Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 37
Текст из файла (страница 37)
В процессеграфитизации происходит выделение точечного мелкопластинчатого графита,который благоприятно влияет на повышение триботехнических свойств стали.Таблица 22 – Основные механические свойства кремнистых сталейМатериалПределпрочности нарастяжение,МПаПределпрочности наизгиб, МПаПределпрочности насжатие,МПаТвердостьHRCЖГр1С2ЖГр1С2Д2ЖГр1,5С2ЖГр1,5С2Д26107105906201180107011401240251023502710259043 – 4940 – 4540 – 5040 – 42Совместное легирование кремнием и медью обеспечивает получениевысокихмеханическихитриботехническихсвойствпорошковыхграфитизированных сталей, что позволяет использовать их для изготовлениядеталей тяжелонагруженных узлов трения.Марганцовистые стали. Марганец образует с углеродом карбид Mn 3 C ,который является более устойчивым и прочным, чем карбид железа Fe 3 C .
Привведении марганца в железоуглеродистые сплавы образуются карбиды типа(Fe, Mn ) 3 C , в которых часть атомов железа замещено атомами марганца.Механические характеристики марганцовистых порошковых сталейполученных механическим смешиванием железного порошка и легирующихэлементов приведены в таблице 23. Материалы изготавливали однократнымпрессованием и спеканием, двукратным прессованием и спеканием и горячейковкой предварительно спрессованных заготовок. Из перечисленных методовполучения порошковых марганцовистых сталей горячая ковка спеченныхзаготовок является наиболее эффективной, дающая более высокие механическиехарактеристики.Молибденовые стали.
Молибден является карбидообразующим элементом.Он образует железомолибденовые карбиды типа (Fe, Mo) 3 C , способствующиеповышению механических и триботехнических свойств материалов.Введение молибдена в железографитовую композицию с последующейтермообработкой (закалкой и низким отпуском) приводит к повышениюизносостойкости и уменьшению коэффициента трения. Комплекс механическихсвойств возрастает на 15 – 25% по сравнению со спеченным состоянием.В молибденовых сталях при воздействии скорости и нагрузки наблюдаетсяпроцесс направленного аустенитно-мартенситного превращения, что приводит купрочнению в процессе трения.Таблица 23 – Механические свойства марганцовистых сталейСвойстваматериалаFe+6%MnFe+2%Mn+0,8%CFe+2%Mn+2%Cr+0,6%CFe+2%Mn+2%Cu+0,6%CFe+4%(Mn-CrMo)+0,6%CОднократноепрессование и спеканиеПределОтносителпрочностиьноенаудлинение,растяжени%е, МПа6002,5Двукратноепрессование и спеканиеПределОтносителпрочностиьноенаудлинение,растяжени%е, МПа6802,6Горячая ковкаспеченных заготовокПределОтносителпрочностиьноенаудлинение,растяжени%е, МПа––5802,56702,811607,06404,06701,663010,07002,6––10008,56301,57001,514707,0Хромистые стали.
Хромистые порошковые стали используют какизносостойкие материалы. Введение хрома в порошковые стали повышаетпрочность, износостойкость и придаёт особые физико-химические свойства.Свойства порошковых хромистых сталей зависят от способа введения хрома,среды и температуры спекания. Так сталь марки 20Х13, полученнаямеханическим смешиванием порошка Х13 с графитом с последующимпрессованием и спеканием имеет:– предел прочности на разрыв, МПа – 190 – 300;– относительное удлинение, % – 4 – 6.После закалки и отпуска прочность стали увеличивается до 590 – 700 МПа, апластичность уменьшается до 3 – 4%.Износостойкая сталь, полученная введением в порошок железауглеродистого феррохрома и графита и динамическим горячем прессованием,имеет свойства:– предел прочности на разрыв, МПа – 880 – 980;– твёрдость HV, МПа – 6000 – 6200;– плотность, г / см 3 – 7,6 – 7,7.Наибольшую износостойкость имеют стали, содержащие карбиды типа(Fe, Cr ) 23 C 6 .Хромомолибденовые стали используются для изготовления деталей узловтрения с повышенными триботехническими и механическими свойствами.Технология получения порошковых хромомолибденовых сталей включаетприготовление шихты, прессование, спекание в защитной атмосфере, химикотермическую обработку и термообработку.Механические свойства некоторых хромомолибденовых сталей послеспекания и закалки приведены в таблице 24.Для сталей, полученных из поликомпонентных шихт, характернаструктурная неоднородность, которая повышается с увеличением легированностистали.
Неоднородность структуры ведёт к понижению предела прочности нарастяжение и ударной вязкости из-за действия концентраторов хрупкогоразрушения.Таблица 24 – Механические свойства хромомолибденовых сталейПосле спеканияПределпрочностМарка сталейи нарастяжение, МПаЖГр1Х2М2750ЖГр1Х5М5440ЖГр1Х5М10690ЖГр1Х12М12500После закалкиУдарнаявязкость,кДж / м 2ТвердостьHRC1601107814018 – 2533 – 4037 – 4020 – 37Пределпрочности нарастяжение, МПа390460460560Ударнаявязкость,кДж / м 2ТвердостьHRC4026352948 – 5241 – 4538 – 4534 – 40Повышение однородности структуры стали достигается проведениемцементации с последующей закалкой и низким отпуском. В результате химикотермической обработки понижается коэффициент трения и возрастает нагрузка досхватывания трущихся материалов.
Это связано, с одной стороны, созначительным увеличением твердости поверхностного слоя, с другой – суменьшением гетерогенности структуры.Никелевые стали. В практике порошковой металлургии для легированиясталей, получаемых методом смешивания порошковых компонентов, могутиспользоваться три вида никелевого порошка:– электролитический;– карбонильный;– восстановленный (порошок, получаемый восстановлением оксидовникеля).Сталь, легированная восстановленным никелем, имеет гомогеннуюструктуру, низкую пористость и высокие прочностные свойства.На свойства порошковых никелевых сталей большое влияние оказываетспособ введения углерода, который может вводится в виде графита, сажи,карбидов и насыщением изделий углеродом из твердого или газообразногокарбюризатора.
Влияние марки никелевого порошка и способа введения углеродана свойства спеченных сталей приведены в таблице 25. В сталь марки 50Н10К4Муглерод вводили в виде мелкого коллоидного графита, а в стали 40Н10К4М вкачестве углеродосодержащего компонента использовали железо марки Р-20.Наличие в составе шихты компонентов, имеющих низкий удельный вес(графит, сажа) вызывает сегрегацию в смеси и приводит к неоднородностиструктуры стали. Растворение графита в железной основе в процессе спеканиясопровождается большой диффузионной пористостью, что снижает механическиесвойства спеченных сталей.Отсутствие в составе стали 40Н10К4М графита даёт возможность получитьоднородную структуру, низкую пористость и более высокие механическиесвойства.Таблица 25 – Влияние способа введения углерода и марки никелевогопорошка на свойства спеченных сталейМарка стали50Н10К4М40Н10К4МНикелевыйпорошокЭлектролитическийКарбонильныйВосстановленныйЭлектролитическийКарбонильныйВосстановленныйОтносительнаяплотность,%Пределпрочности нарастяжение,ГПаОтносительноеудлинение,%Твердость,HRC931,121,745941,423,752951,474,655971,643,654971,736,555971,787,055Коррозионностойкие стали.
В настоящее время освоено промышленноепроизводство порошков хромистых, хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей типа 12Х19Н10, 12Х18Н9, 12Х18Н15, Х30 и других.Антикоррозионные и механические свойства порошковых коррозионостойких (нержавеющих) сталей характеризуются их плотностью, химическимсоставом и структурой, которые в свою очередь зависят от давления прессования,температуры и длительности спекания, защитных сред, в которых проводитсяспекание.
Химический состав, режимы изготовления и механические свойстванекоторых спеченных коррозионностойких сталей приведены в таблице 26.Технология спекания порошковых коррозионностойких сталей имеет рядособенностей, связанных с высоким сродством хрома к кислороду инеобходимостью применения высокоосушенных защитных сред и высокихтемператур.
Спекание коррозионностойких сталей проводят в водороде, вакууме,диссоциированном аммиаке при температурах 1150 – 1300 °С.Спекание в атмосфере высокоосушенного водорода и в вакууме обеспечиваетрафинирование сталей от оксидов и других вредных примесей и позволяетполучать коррозионностойкие стали с высокими прочностными и пластическимихарактеристиками.Значительная часть деталей, изготовленных из коррозионностойких сталей,работают в условиях трения. С целью повышения триботехнических свойствтаких сталей проводят их сульфидирование и сульфоборирование. А дляповышениия коррозионной стойкости проводят пропитку пластиками илистеклом.Мартенситно-стареющие стали представляют собой группу сталей,конечное значение прочности в которых приобретает в результате превращенияаустенита в мартенсит и последующего старения мартенситной основы.
Вкачестве легирующих элементов применяются титан, молибден, кобальт.Состав мартенситно-стареющих сталей имеет свои особенности,заключающиеся в том, что содержание углерода должно быть не более 0,03%,кремния и марганца в сумме не более 0,2%, серы и фосфора не более 0,01%каждого. Дело в том, что увеличение содержания углерода приводит кобразованию в структуре стали карбидов (TiC, Mo 2C ), что, в свою очередь, ведетк уменьшению прочности материала.Введение легирующих элементов может осуществляться различнымиспособами. Это может происходить в виде добавления гидридов или галоидныхсоединений с последующим восстановлением их при спекании или в видеотдельных металлических порошков. Однако наибольшее распространениеполучил способ поликомпонентного легирования, при котором элементы вводят ввиде отдельных компонентов.При правильной технологии получения порошковые мартенситно-стареющиестали при поликомпонентном легировании по свойствам практически неуступают компактным.Наиболее распространенным способом получения заготовок из мартенситностареющих сталей является прессование смеси порошков в стальных прессформахприкомнатнойтемпературеипоследующемспекании.Таблица 26 – Химический состав, режимы изготовления и механические свойства некоторых спеченныхкоррозионностойких сталей.Химический состав спеченной стали, %МаркасталиТехнологияизготовленияОднократное12Х18Н9 прессование и спеканиепри 1250°С в водородеОднократное12Х18Н15 прессование и спеканиепри 1350°С в водородеСвободная ковкаспеченных заготовок вХ17Н2интервале 800 – 1200°СОднократноепрессование иХ30спекание при 1250°С вводородеПлотностьстали,г / см 3Пределпросностина разрыв,МПаОтносительноеудлинение,%CrNiMoMnSiC20,38,0–––0,17,0543312,518,714,6–0,100,100,077,5851531,517,51,8–––0,18–8481,8––––––6,5030010,0Спекание играет определяющую роль в процессе формования комплексафизико-механических свойств мартенситно-стареющих сталей.
Для получениявысоких прочностных свойств спекание проводится при 1250 – 1300 °С припродолжительности не менее 4 ч.Структура сталей после спекания представляет собой твердый раствор –безуглеродистый мартенсит, характерный для компактных сталей иотличающийся лишь наличием пористости.Механические свойства порошковых мартенсино-стареющих сталей послеспекания и старения при 480 °С приведены в таблице 27.Данные, приведенные в таблице, показывают, что с увеличением содержаниятитана степень упрочнения после старения возрастает. В тоже время, послеоперации спекания увеличение прочности сопровождается снижениемпластичности и ударной вязкости. Это обусловлено тем, что происходитлегирование мартенсита титаном, а также понижение температурного интерваламартенситного превращения, что приводит к фазовому наклепу мартенсита иповышению дисперсности его структуры.Молибден в меньшей мере снижает пластичность и вязкость мартенсита пристарении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
