Влияние операции спекания на свойства дисперсно-упрочненных сплавов на основе железа

Цель. Определение зависимости параметров предварительного спекания на формирование структуры и свойств высокоплотных дисперсно-упрочненных легированных сплавов для дальнейшего эффективного использования термической обработки с целью повышения их механических и эксплуатационных свойств. Рассмотрены технологические особенности при формировании качественного межчастичного сращивания дисперсно-упрочненных материалов. Качественное сращивание в первую очередь определяется механическими свойствами сплавов, которые показывают степень его завершенности при спекании, в зависимости от плотности материалов, температуры спекания и процентного содержания углерода, который вводится в шихту сплава.

Для решения поставленной цели потребовалось установить закономерности формирования свойств и создания качественных связей между частицами дисперсно-упрочненных сплавов при введении в шихту углерода.

Методы. В настоящей работе приводится подробное описание термической обработки сплавов, рассматривается изменение структурных особенностей по сравнению с компактными материалами. Спекание проводили в среде диссоциированного аммиака при различных температурах. Полученные образцы подвергались механическим испытаниям.

Результаты. Экспериментальным путем установлено следующее: определены прочностные и пластические характеристики спечённых сплавов от плотности образцов, а также от вводимого в шихту углерода. По данным настоящей работы следует, что спекание в течение 30 минут для чистых железных сплавов является минимальным временем, при котором происходит гомогенизация углерода в металлической матрице. Температура спекания в 1100°С для таких материалов является абсолютно обоснованной и повышение температуры спекания не будет иметь значения для ускорения процесса спекания.  

Выводы. В работе показаны прочностные свойства рассматриваемых сплавов в зависимости от процентного содержания углерода в исходной шихте.  Для сплава ПЛ-Н4Д2М оптимальной температурой спекания является 1200°С, что на 100°С превышает температуру спекания для железных сплавов. 

1. Егоров М. С., Еремеева Ж. В., Егорова Е. В. Методы получения железных и стальных порошков и конструкционных материалов на их основе. Ростов н/Д: Дон. гос. техн. ун-т, 2021. 250 с.

2. Волков Г. М. Исторические предпосылки и перспективы нанотехнологии // Нанотехнологии: наука и производство. 2017. № 2. С. 23–31.

3. Волкогон Г. М., Гаврилин О. С., Ратнер А. Д. Производство металлических нанопорошков химическими способами // Нанотехнологии и информационные технологии – технологии XXI века. М.: Изд-во МГОУ, 2006. С. 127–129.

4. Егоров М. С., Егоров С. Н. Горячедеформированные порошковые низколегированные конструкционные стали. Новочеркасск: Волгодонский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ), 2008. 54 с.

5. Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Базылева О. А. Материалы для высокотеплонагруженных деталей газотурбинных двигателей // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия: Машиностроение. 2011. № SP2. С. 13–19.

6. Robert-Perron E., Blais C., Pelletier S. Tensile properties of sinter hardened powder metallurgy components machined in their green state // Powder Metallurgy. 2009. Vol. 52, No. 1. Р. 80–83.

7. Kondo H., Hegedus M. Current trends and challenges in the global aviation industry // Acta Metall. Slovaca. 2020. Vol. 26. Р. 141–143.

8. Chang I., Zhao Y. Automotive applications of powder metallurgy in advanced in powder metallurgy. Cambridge, UK: Woodhead Publishing Series, 2013. P. 493–519.

9. Анциферова В. Н. Проблемы современных материалов и технологий. Пермь: Пермский гос. тех. ун-т, 1995. 196 с.

10. Дорофеев В. Ю., Кочкарова Х. С. Горячая штамповка высокохромистого порошкового белого чугуна, микролегированного кальцием // Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка: сборник докладов 10-го Международного симпозиума: в 2 ч. Ч. 1 / Нац. акад. наук Беларуси [и др.]; редкол.: А. Ф. Ильющенко (гл. ред.) [и др.]. Минск: Беларуская навука, 2017. С. 93–104.

11. Chagnon Fr. Effect of Ni addition route on static and dynamic properties of Fe-2Cu1.8Ni-0.5Mo-0.65C and Fe-2Cu-1.8Ni-0.5Mo-0.85C PM steels // Adv. Powder Metall. Part. Mater. 2012. Vol. 2. P. 10.73–10.84.

12. Анциферов В. Н., Перельман В. Е. Механика процессов прессования порошковых и композиционных материалов. М.: Грааль, 2001. 628 с.

13. The influence of silicon on the mechanical properties and hardenability of PM steels / C. Schade, T. Murphy, A. Lawley, R. Doherty // Advances in Powder Metallurgy and Particulate Materials – 2013: Proceedings of the 2013 International Conference on Powder Metallurgy and Particulate Materials, PowderMet. Chicago, Illions, USA, 2013. P. 754–772.

14. Исследование процессов термической обработки порошковых сталей, легированных наноразмерными добавками / Ж. В. Еремеева, Н. М. Никитин, Н. П. Коробов, Ю. С. Тер-Ваганянц // Нанотехнологии: наука и производство. 2016. № 1 (38). С. 63–74.

15. Порошковая металлургия в автомобилестроении и других отраслях промышленности / В. Ю. Лопатин, Ж. В. Еремеева, Г. Х. Шарипзянова, Н. М. Никитин. М.: Универститет машиностроения, 2014. 276 с.

16. Износостойкие композиционные материалы / Ю. Г. Гуревич, В. Н. Анциферов, Л. М. Савиных, С. А. Оглезнева, В. Я. Буланов. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 215 с.

17. Скориков Р. А. Электроимпульсное спекание порошковой углеродистой стали, упрочненной наночастицами // Нанотехнологии: наука и производство. 2015. № 2 (34). С. 34–40.

18. Дьячкова Л. Н., Дечко М. М. Влияние нанодисперсных добавок на структуру и свойства порошковой углеродистой и высокохромистой стали // Нанотехнологии: наука и производство. 2015. № 3 (35). С. 5–14.

19. Панов В. С., Скориков Р. А. Влияние наноразмерных легирующих добавок на структуру и свойства порошковых углеродистых сталей // Нанотехнологии: наука и производство. 2015. № 3 (35). С. 40–45.

20. Егоров М. С., Егорова Р. В. Пластичность композиционных материалов с определением температурных режимов горячей штамповки, исключающих появление дефектов в структуре материала // Заготовительные производства в машиностроении. 2019. Т. 17, № 2. С. 66–72.