Особливості термічної обробки порошкових конструкційних матеріалів

Для підвищення експлуатаційних властивостей порошкових конструкційних деталей використовуються практично всі відомі методи термічної і хіміко-термічної обробки, що застосовуються для звичайних сталей. Можливість термообробки звичайних сталей визначається складом сталі, теплопровідністю, швидкістю охолодження і розмірами деталі. При визначенні режимів обробки порошкових сталей необхідно враховувати залишкову пористість, яка має суттєвий вплив на теплопровідність, і, як наслідок, на фазові перетворення, що протікають при охолодженні. Крім того, при гартуванні наявність пор викликає інтенсивне утворення парової сорочки, що знижує тепловідвід від поверхні деталі і, тим самим, сприяє утворенню плямистої твердості..

Наявність пористості у порошкових виробах викликає необхідність виконання ряду умов при їх термічній обробці:

 –  нагрівання під загартування необхідно проводити в захисних середовищах або вакуумі;

– час нагрівання і ізотермічної витримки  повинні бути на 20-30 % більше, ніж для литих сталей аналогічного складу;

– унаслідок зниженої теплопровідності порошкових матеріалів необхідно застосовувати більш інтенсивні методи їх охолодження.  

Принципова відмінність загартованих порошкових сталей від беспористих полягає в тому, що якщо твердість у них після загартування підвищується (як у беспоритих сталях відповідного хімічного складу), то міцність або підвищується несуттєво, або навіть трохи знижується.

У порошкових сталях при загартуванні на величину й розподіл напруг, які виникають при гартуванні, впливають пори, межі поділу між частинками, хімічна неоднорідність. Цей вплив проявляється у нерівномірному розподілі у виробах внутрішніх напружень, появі їхніх піків по краях пор і інших дефектів структури, що знижує в'язкість і підвищує здатність до крихкого руйнування.

Збільшити міцність загартованих порошкових сталей можна шляхом їх відпуску з температур 200…450 ⁰С, що забезпечує зняття гартівних напруг.

З підвищенням пористості збільшується швидкість розкладання   аустеніту, підвищується температура мартенситних перетворень.

Істотний вплив має пористість і на швидкість охолодження порошкових сталей. Так, при охолодженні деталей пористістю 10…13 % на глибині 2 мм швидкість охолодження у воді складає 510°С/с, а при пористості 24 % – тільки 290 °С/с. Зниження швидкості охолодження пористих сталей по глибині знижує їх здатність до гартування, що необхідно враховувати при проведенні їх термічної обробки.

Гартування вуглецевих і низьколегованих порошкових сталей проводять від температур, на 50…80 ⁰С вище за точку А_С3. Як  охолоджувальне середовищ використовують воду або водні розчини солей, а для сталей, схильних до крихкості і розтріскуванню – мінеральне масло. Для збільшення швидкості охолодження виробів у гартівному середовищі їх необхідно енергійно перемішувати, тим самим порушуючи парову сорочку яка утворюється. Більш інтенсивне охолодження забезпечується струменями води.

Температурні режими гартування порошкових безпористих сталей, отриманих гарячим пресуванням, гарячим штампуванням та іншими високоенергетичними методами, аналогічні режимам обробки литих сталей.

Особливістю цементації порошкових сталей є те, що  збільшення пористості до 10% сприяє збільшення глибини цементації у 2…3 рази в порівнянні з безпористими сталями. Після цементації вироби можуть піддаватися гартуванню і відпуску.

Азотування порошкових конструкційних матеріалів проводять при більш низьких температурах (450…650 °С). Як джерело азоту можна використовувати дисоційований аміак.  

Інші види хіміко-термічної обробки проводяться за режимами, встановленими для литих сталей.

Порошкові сталі через наявність пор мають підвищену схильність до корозії в порівнянні з литими сталями. Зниженню здатності до  корозії порошкових сталей сприяє їх  термічна обробка, а також просочування мінеральним маслом.

 

Лабораторна робота № 3

Одержання та вивчення властивостей порошкових конструкційних матеріалів

 

Перед виконанням роботи студент повинен самостійно вивчити загальні відомості про конструкційні порошкові вироби викладені вище та коротко їх занотувати в звіті про лабораторну роботу.

Необхідно ознайомитись з методикою виконання лабораторної роботи та підготувати протокол з відповідними заготівками таблиць.

 

Експериментальна частина

Мета роботи – Вивчення умов одержання, структури та властивостей порошкових композиційних матеріалів. 

Матеріали та устаткування

1 – Порошки металів та сплавів; 2 – аналітичні ваги; 3 – гідравлічний прес; 4 – прес-форма; 5 – піч спікання; 6 – твердомір; 7 – оптичний мікроскоп.