Разделы сайта

Читаемое

Обновления Sep-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 [ 45 ] 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

порошков. Так, фирма Kawasaki Seitetsu производит порошки серии Sigmaloy .

Сушественным резервом повышения эксплуатационных характеристик порошковых изделий из частичнолегированных порошков являются термическая и химико-термическая обработки. Так, применение закалки и отпуска приводит к повышению прочности в 1,5-2 раза при сохранении удовлетворительного уровня пластичности и ударной вязкости.

Для получения деталей электротехнического назначения, а также с целью улучшения обрабатываемости порошковых деталей на основе железных порошков в последние годы широко используются порошки частичнолегированные фосфором, полученные путем введения в них дисперсных частиц феррофосфора. В порошковых материалах из таких порошков наблюдается снижение коэрцитивной силы и потерь на гистерезис, а также повышение магнитной проницаемости по сравнению с порошковыми изделиями из высококачественных железных порошков типа ASCI00.29 и АВСЮО.ЗО. Имеются данные, что введение фосфора существенно повышает усталостную прочность в порошковых сталях, обладающих остаточной пористостью.

Частичнолегированные медью порошки типа Distaloy Си или ЮР Sigmaloy Си применяют в качестве лигатур при приготовлении медьсодержащих смесей, что обеспечивает за счет устранения макросегрегации меди повышение точности размеров, улучшение условий калибровки и чистоты поверхности, а также стабильности механических свойств изделий в условиях автоматизированного крупносерийного производства.

Учитывая, что одним из перспективных видов исходных материалов для порошковых деталей являются частичнолегированные порошки, в последние годы за рубежом весьма акттшно ведутся разработки, направленные на повышение их качества за счет оптимизации химического состава, расширения диапазона легирующих элементов, применения новых технологических приемов, улучшающих стабильность свойств деталей в условиях крупносерийного автоматизированного производства.

В фирме Kawasaki Seitetsu для изготовления деталей с высокими прочностью и вязкостью разработан новый частичнолегированный порошок марки Sigmaloy-2010 (0,001 % С; 0,017 % Si; 0,05 % Мп; 0,005 % Р; 0,003 % S; 1,9 % Ni; 1 % Мо и 0,07 % кислорода). Кроме того, этой же фирмой разработана и запатентована новая технология получения частичнолегированных порошков, при которой легирующие элементы с высоким сродством к кислороду, такие как хром, ванадий, ниобий, бор,

вводятся в базовый железный порошок на стадии выплавки металла в количествах, не ухудшающих уплотняемость порошка, а элементы, оксиды которых легко восстанавливаются водородом (никель, медь, молибден, вольфрам и др.), добавляют к базовому порошку в виде элементов или оксидов с последующим диффузионно-восстановительным отжигом.

фирмой КоЬе Seikose разработан выпуск двух новых частичнолегированных порошков на основе системы Fe-Ni-Cu-Mo марок 4800DFA и 4800DFB. Никель и медь добавляют к железному порошку основы в виде тонкого порошка сплава Ni-Си, а молибден - в виде порошка молибдена, что обусловлено, по данным фирмы, как потребительскими свойствами порошковых изделий, так и экономическими факторами.

Японской фирмой Дайдо токосюко разрабатывается технология получения гибридных порошков, предусматривающая введение в восстановленный железный порошок основы тонкодисперсных порошков высоколегированных сплавов на основе железа с последующим отжигом.

Американской фирмой Элкем Метлз разработан и запатентован так называемый метод псевдолегирования , позволяющий, по мнению разработчиков, избежать недостатков как метода механического смешивания, так и получения гомогеннолегированных порошков. Суть предложенной технологии состоит в размоле смеси железного и легирующих порошков в течение времени, достаточного для внедрения легирующих частиц в мягкие частицы железа, и последующего отжига полученного продукта. В настоящее время фирма приступила к освоению выпуска порошка стали марки 4100, полученного методом псевдолегирования .

В Донском государственном техническом университете разработаны процессы получения поликомпонентных материалов путем термосинтеза в вибрирующем слое в дисперсных системах с введением микро- и макроприсадок легирующих элементов (Cu/CuO/CujO, Ni, Fe/FeO, Al, P. S, B, Ti(C, N) и оболочкового подслоя на частицах базового порошка - железной основы.

Получены композиционные порошки на основе серийных и экспериментальных железных порошков (типа Fe-лСи-уР) для последующего изготовления конструкционных изделий, деталей электронной и бытовой техники.

На Всемирном конгрессе П М-2000 в Киото бьши представлены последние разработки в области применения ферропорошков. Наилучшие



свойства по усталостной прочности (вращение с изгибом) получены на порошковых сталях, предварительно легированных хромом, молибденом и ванадием.

Размеры частиц легирующих компонентов в смеси должны быть малы для обеспечения большого числа контактов с железными частицами. Углерод добавляют в металлические порошки всех типов в виде графита, так как в противном случае наблюдается снижение прессуемости изделий. Способ введения углерода в сталь является важной технологической проблемой порошковой металлургии. Как показала практика, процесс спекания трудно управляем, поэтому получение сталей с требуемым содержанием и распределением углерода затруднительно.

В результате термообработки происходят необратимые изменения, обусловленные, в первую очередь, фазовыми превращениями. Для исключения образования при охлаждении продуктов превращения вводят молибден при 0,4 % С и плотности более 7,2 г/см. Другое преимущество введения молибдена - устранение отпускной хрупкости, а недостатком его является высокая стоимость.

На протяжении 15 лет в качестве легирующей добавки в промышленных технологических процессах используют фосфор, хотя в литых сталях фосфор является вредной примесью.

В Научном центре порошкового материаловедения методом механического легирования разработана технология получения порошковых фосфористых сталей с содержанием фосфора 0,65...1,1 % (масс.) и углерода 0,8 % (масс). При механическом легировании происходит гомогенизация смеси по фосфору в объеме каждой частицы, образование твердых растворов фосфора и углерода в железе и температура спекания снижается на 100 °С. Разработанные стали обладают следующими свойствами: предел прочности на растяжение - 700...850 МПа, ударная вязкость - 400...700 кДж/м-, относительное удлинение - 7...14%.

Фирмой H6ganas разработана технология получения кремниевых сталей серии Апсог1оу , не содержащих в больших количествах легирующие элементы, такие как никель и медь. Технологический процесс включает в себя двойное прессование, спекание в течение 30 мин при температуре 1260 °С, закалку и низкий отпуск. Плотность сталей после спекания составила 7,4г/см-, предел прочности при растяжении 770... 1350 МПа, относительное удлинение - 3...5,4 %, твердость - 38 HRC, ударная вязкость - 46 кДж/м,

Перспективное направление в порошковой металлургии - разработка азотсодержащих коррозионностойких сталей. Преимуществами этих ма-

териалов является легирование азотом, что позволяет снизить содержание металлических легирующих элементов. Азот в качестве упрочнителя сталей и сплавов эффективен как в твердом растворе, так и в виде нитридов. В России ведутся работы по получению азотсодержащих порошков [4].

Растворимость молекулярного азота при атмосферном давлении, вплоть до температур плавления железа, невелика. Так, при 1500°С она составляет 0,045 % (масс). Обычно азотсодержащие стали получают с использованием плавильных методов (введением азотсодержащих лигатур, повышением парциального давления азота в печи, наведением соответствующих шлаков) либо насыщением поверхностей деталей и инструмента атомарным азотом (например, в среде диссоциированного аммиака). Однако нитриды, образующиеся при кристаллизации слитка, имеют большие размеры и неравномерно распределены по сечению. Метод насыщения атомарным азотом поверхности готовых деталей сопряжен со значительными офаничениями по размерам изделий и глубине азотсодержащего слоя.

Для обеспечения высоких эксплуатационных свойств сталей требуется создание системы тонкодисперсных и однородно распределенных частиц упрочьгяющей фазы в исходной матрице. В случае использования для этих целей нитридов необходима высокая активность насыщающей среды - азота. Этого можно добиться, уменьшая пути диффузии, т. е. переходя к насыщению порошков, а также увеличивая азотный потенциал. Использование в качестве насыщающей атмосферы молекулярного азота, сжатого до высоких давлений, создает условия для глубокого азотирования сплавов железа при температурах, когда неэффективно традиционное азотирование.

Регулирование азотного потенциала давлением и использование в качестве объекта насыщения специально разработанных порошков сплавов должно обеспечить получение однородно распределенных в матрице тугоплавких дисперсных нитридов.

Для газобарического насыщения азотом порошки сплавов (табл. 4.2) получали методом распыления вращающегося электрода в гелии (ReP-процесс) или распылением расплава азотом. В результате были получены опытные партии порошков матричных сплавов с содержанием кислорода 0,002...0,005 %, углерода 0,034...0,047 % и серы 0,004...0,005 % [5].

В качестве рабочей фракции для газобарического насыщения азотом использовали порошки крупностью менее 400 мкм с насыпной плотностью 4,5...4,7г/см2 и текучестью 15...16 с (50 г).



Таблица 4.2. Состав матричных сплавов, % (масс.)

Марка сплава*

X6M3T

X6M3T3

Х6МЗТ5

Х6МЗБ

Х6МЗБЗ

Х6МЗБ5

6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0

3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0

1,0 3,0 5,0

1,0 3.0 5,0

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Основа - железо.

Порошок

Содержание, %

0,65

0,02

0,08

0,21

0,20

0,05

3,10

0,20

0,63

0,01

2,60

1,10

0,51

0,31

5,80

0,68

Для получения азотсодержащих порошков, легированных хромом и

алюминием, порошки железа подвергали двухступенчатой обработке хро-

моалитированием и насыщали азотом. Термодиффузионное легирование

алюминием и хромом проводили из порошковых смесей в виброкипя-

щем слое с использованием в качестве активатора хлорида алюминия

по режиму: 590 °С - вьщер-

жка 15 мин, 960 °С - выдер-Таблица 4.3. Состав порошков железа г-

* жка 30 мин. Состав распы-

ленных порошков железа для термодиффузионного легирования приведен в табл. 4.3.

Для азотирования был использован метод активаци-онного смешивания, позволяющий осуществлять равномерное диффузионное легирование металлических порошков без их спекания и агломерации. Ускорение диффузионного процесса достигалось за счет механической и химической активации поверхности порошка. В качестве насыш,аю-щей среды использована контролируемая атмосфера, содержащая аммиак и активатор - хлористый аммоний. Азотирование проводили при температуре 5600 в течение 5 ч.

При обработке порошка в закрытом объеме без подачи новых пориий аммиака не происходило заметного насыщения частиц азотом и порошки содержали азот только до 0,10...0,19 %. В то же время непрерывная продувка реакционного объема аммиаком увеличила содержание азота в порошке до 4,0...9,0% в зависимости от степени легирования. Содер ® ние азота, фазовый состав и микротвердость насыщенньгх азотом пороШ

Таблица 4.4. Характеристика насыщенных азотом порошков

Порошок

Фазовый состав

2 3 4

Примеча FejN cooTBt тре частиц,

3,6 5,4 6,8 9,0

ние: фазь :тственно; знаменате

а + РсзС, У а + FcjC, у, е То же - -

I У и е - нитриды же числитель - микротвер ль - на поверхности.

300/500 400/1500

700/900 800/1300

леза Fe4N и дость в цен-

ков приведены в

табл. 4.4.

Видно, что с увеличением содержания легирующих элементов (в основном алюминия) растет количество растворенного в материале азота. Количество азота в

материале повышается с уменьшением исходного содержания углерода.

4.2. ПОРОШКОВЫЕ СТАЛИ

Основные направления улучшения эксплуатационных характеристик деталей из порошковых сталей - повышение плотности изделий, упрочнение за счет легирования металлической матрицы, термообработка.

Следует отметить, что каждый из этих методов имеет свои недостатки: в промышленных условиях недостижимы высокие давления прессования, использование легирующих добавок (даже в количестве нескольких процентов) часто приводит к снижению точности конечных размеров изделий и увеличению стоимости продукции, термообработка не нашла широкого применения из-за несовпадения оптимальных режимов для традиционных и порошковых сталей и невысокой ее эффективности при повышенной пористости.

В принятых методах улучшения плотности на практике используют два подхода: механический и химический. Наиболее просто повысить давление прессования, но в промышленности оно ограничено и не превышает 800 МПа, при этом плотность составляет порядка 7,1 г/см. Порошки улучшенной прессуемости, например марки АВСЮО.ЗО, не нашли широкого применения из-за высокой стоимости. Себестоимость продукции, изготовленной по технологии, включающей допрессовку, увеличивается примерно на 40 %. Однако при получении изделий с повышенной прочностью двойное прессование и спекание оправдывают себя.

Конкурирующее направление повышения механических свойств конструкционных порошковых сталей - горячая штамповка (или динами-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 [ 45 ] 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка