Порошковые методические материалы как важные составляющие НТП

Углеродистые порошковые стали и стальные изделия могут  быть получены непосредственным введением  в железный порошок углерода в  виде графита, сажи или чугунного  порошка, а также путем науглероживания  изделий в процессе спекания или цементации после спекания. Наиболее распространен метод введения в порошковую смесь графита. Однако из-за неравномерного распределения графита по объему смеси при смешивании стальные изделия в спеченном состоянии отличаются непостоянством свойств и структурных составляющих. Наиболее насыщенные углеродом микрообъемы аустенита располагаются вблизи графитовых включений, что способствует появлению в структуре спеченной стали свободного избыточного цементита и феррита в соотношениях, не соответствующих диаграмме состояния железо—углерод.

При спекании железографитовых изделий графит частично выгорает. Для уменьшения выгорания применяют  графитосодержащие засыпки, углеродсодержашие  среды. Кроме этого при приготовлении  порошковой смеси в ее состав дополнительно вводят избыточное количество графита. Так, для получения стальных порошковых изделий с 0,4–0,45 % углерода при спекании в атмосфере конвертированного природного газа в смесь необходимо вводить до 0,85 % графита. При применении эндогаза с точно регулированным потенциалом по углероду содержание графита в смеси должно превышать заданное на 0,3–035 %. В связи с этим при приготовлении стальных изделий в порошковую смесь взамен графита зачастую вводят сажистое железо и порошок из чугунной стружки. Более высокая плотность сажистого железа и порошка чугунной стружки по сравнению с графитом позволяет получать более однородную смесь, что обеспечивает стабильность структуры и свойств изделия.

К основным факторам, определяющим структуру и свойства порошковых углеродистых сталей, относятся температура, время и среда спекания. При содержании в смеси до 1,0–1,2 % графита оптимальная температура спекания составляет 1150–1200 °С, при содержании графита выше 1,2–1,5 % — 1050–1150 °С. Время спекания опреде-ляется масштабом садки и массой изделия.

Медь в порошковые стали (табл. 21.6) вводится в виде порошка  чистой меди, омедненного графита, путем  пропитки спеченных заготовок. В  первых двух случаях при спекании медь, имея температуру плавления 1083 °С, находится в жидком состоянии и взаимодействует с железом, образуя твердый раствор замещения на основе g -железа с максимальной концентрацией меди в растворе до 8 %.

Медь понижает концентрацию углерода в перлите, сдвигая точки S и Е на диаграмме железо—углерод влево. При содержании в стали до 1 % меди она способствует усадке при спекании, при дальнейшем повышении ее концентрации наблюдается рост спеченного изделия. Повышение в порошковых сталях углерода уменьшает влияние меди на рост спеченного изделия, что достигается образованием в структуре сплава тройной железомедноуглеродистой фазы, которая расплавляясь при 1100 °С, вызывает усадку. Введение углерода в железомедные сплавы также резко повышает прочность порошковых изделий, причем максимальное возрастание свойств наблюдается при содержании меди до 5–6 % и углерода до 0,3–0,6 %. Большое влияние на свойства спеченных изделий из медистой стали имеет метод введения меди. Более высокие свойства достигаются при использовании омедненного графита.

Введение никеля в  порошковые стали приводит к повышению механических свойств материала, что связано как с повышением прочности феррита, так и благоприятным воздействием никеля на состояние межчастичных границ. Никель способствует «рассасыванию» межчастичных границ, увеличению протяженности металлического контакта, повышает усадку и плотность изделий. Никелевые порошковые конструкционные стали содержат обычно 0,3–0,6 % углерода и 1–3 % никеля. Увеличение содержания никеля понижает оптимальное содержание углерода. В связи с тем, что никель при спекании вызывает большую усадку, для получения безусадосньх изделий с высокими механическими свойствами порошковые стали легируют одновременно медью и никелем.

Легирование порошковых сталей молибденом производится только при изготовлении ответственных  тяжелонагруженных деталей. В порошковые стали молибден вводится в количестве » (0,2–1,0) % при изготовлении порошковой смеси в составе порошков, полученных распылением и другими методами, либо в виде лигатуры, реже в виде чистого порошка молибдена.

Введение хрома в порошковые стали положительно влияет на ее свойства. С железом хром образует α-γ-твердые растворы и интерметаллидные соединения, которые появляются в сплаве при содержании хрома свыше 30 %. Являясь сильным карбидообразующим элементом, хром образует в структуре стали сложные и двойные карбиды.

Отличительной особенностью хрома является высокая устойчивость его оксидов, температура диссоциации  которых почти достигает температуры  плавления чистого хрома. Это  осложняет процесс спекания, особенно когда хром вводится в смесь в виде чистого порошка хрома. Наличие оксидов затрудняет диффузионные процессы, а само спекание необходимо производить при высоких температурах в остроосушенных восстановительных средах (водороде, диссоциированном аммиаке). Поэтому структура спеченных хромсодержащих сталей отличается повышенной гетерогенностью и наличием фаз, которые по среднему составу материала не отвечают равновесной диаграмме его состояния.

Ограниченное применение марганца в качестве легирующего элемента в порошковой металлургии связано с большой трудностью восстановления его оксидов, которые сохраняются в сплавах даже при спекании в вакууме и остроосушенных средах. Поэтому при изготовлении порошковых смесей марганец вводят в виде порошков ферросплавов-лигатур, а при спекании применяют остроосушенные среды и высокие температуры (1200–1280 °С).

Точность изготовления порошковых деталей определяется в  основном точностью прессового оборудования, стабильностью упругих последействий  при холодном прессовании и объемных изменений при спекании, износом пресс-форм, ростом линейных размеров полуфабрикатов и изделий при хранении.

Точность размеров холоднопрессованных  брикетов при уплотнении «по давлению»  соответствует для высотных размеров 12–14 квалитетам, для диаметральных  — 6–8 квалитетам; при уплотнении с ограничителем для высотных размеров — 12 квалитету, для диаметральных 8–11 квалитетам.

Спекание приводит к  снижению точности изделия на 1–2 квалитета. Для повышения точности пористых конструкционных изделий применяют  калибрование заготовки путем обжатия в калибровочных пресс-формах при припуске 0,5–1,0 %. Усилие калибрования составляет 10–25 % усилия холодного прессования. Упругое расширение после калибрования достигает 0,1 %.

Точность линейных размеров изделий после горячей штамповки в основном определяется точностью пресс-инструмента.

Механические свойства порошковых материалов определяются по ГОСТ 18227–85 («Материалы порошковые. Метод  испытания на растяжение»), ГОСТ 18228–94 («Материалы металлические спеченные, кроме твердых сплавов. Определение предела прочности при поперечном изгибе»), ГОСТ 25698–83 («Порошковые изделия. Метод определения твердости»).

 

Вывод:

 

Легкие, прочные и теплоустойчивые  сплавы применяются в атомной, авиационной  и автомобильной промышленностях.

 К числу особенностей порошковых сплавов относится их чистота, точность дозировки, повторяемость состава, отсутствие литейных дефектов: ликвации, раковин и т. д., а также возможность высокой производительности при изготовлении из них мелких деталей простой формы, узкие пределы допусков и минимальная последующая механическая обработка деталей из них; наконец, в отдельных случаях преимуществами является экономия материалов (малые отходы производства), сокращение трудоемкости процесса изготовления деталей, экономия инструмента. При этом наиболее экономичным является производство деталей из железного порошка, получаемого из руды прямым восстановлением.

 Несмотря на все  эти достоинства, порошковые сплавы  еще не заняли подобающего  места в современном машиностроении, так как этому препятствует высокая цена порошков, высокая цена штампов для прессования, особенно для прессования крупных деталей и сложных по форме изделий, меньшая прочность и вязкость металлокерамических сплавов по сравнению с катаными, коваными и литыми, трудность обеспечения безупречной чистоты сплава в условиях массового производства.

 При конструировании  деталей из порошковых сплавов  необходимо учитывать следующие  требования, определяемые условиями  их прессования: не применять  острых углов и пересечений; избегать больших и резких изменений сечений; внешние и внутренние резьбы, купавки, углы, отверстия, перпендикулярные к направлению прессования, выполнять посредством механической обработки после прессования; принимать во внимание, что слишком длинные детали после прессования дают неплотную центральную часть.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

 

1. Арзамасов Б. И,  Сидорин И. И., Косолапов Г. Ф., Материаловедение -  Москва.: Машиностроение, 1986- 384с.

2. Лахтин Ю. М., Леонтьева  В. П. – Материаловедение.: Москва, Машиностроение, 1980- 493 с.

3. Солнцев. Ю. П, Е.  И. Пряхин, Материаловедение –  СПб.: ХИМИЗДАТ, 2007 – 784 с.

4. В.В. Тарасов, С.Б.  Малышко. материаловедение –  Владивосток.: Мор. гор. ун-т, 2008 – 72с.