Технические науки/1.Металлургия

К.т.н. Литвинова Т.А., д.т.н. Егоров С.Н.

Волгодонский инженерно-технический институт «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Россия

Волгодонский институт сервиса (филиал) ДГТУ, Россия

Структура и прочностные характеристики порошковой стали, полученной электроконтактным уплотнением.

I. Введение

Современная тенденция развития порошковой металлургии заключается не только в совершенствовании широко применяемых в промышленности технологических процессов, но и в разработке технологий, использующих наряду с механическим электрическое, электромагнитное воздействия на уплотняемую шихту. Выбор того или иного технологического процесса зависит от уровня требуемых функциональных свойств формируемого порошкового материала, определяемого в первую очередь значением пористости. В тех случаях, когда работоспособность материала достигается при пористости в пределах 2 – 6 % целесообразно использовать технологию, исключающую горячую допрессовку пористой заготовки. К таким технологическим процессам относится электроконтактное уплотнение (ЭКУ), совмещающее электротермическое и деформационное воздействия.

II. Постановка задачи

В работах [1,2] было исследовано влияние технологических режимов ЭКУ на предел прочности и плотность материала, изготовленного из железного и бронзового порошков. Выявлены процессы, обуславливающие формирование прочностных характеристик этих материалов. Настоящая работа является продолжением этих исследований.

III. Результаты

В качестве исходных материалов использовали порошки железа марки ПЖР 3.200.28 ГОСТ 9849-86 и графита карандашного марки ГК-1 ГОСТ 4404-78. Состав шихты выбирался с таким расчетом, чтобы в результате ЭКУ была получена сталь с содержанием углерода 0,45%, которая широко применяется в машиностроении. Методика проведения и лабораторная установка ЭКУ описаны в [3,4].

На этапе изучения механических свойств получаемого порошкового материала предпочтение отдавалось исследованию образцов на временное сопротивление разрыву, ввиду того, что прочностная характеристика является одной из наиболее важных для материала конструкционного назначения, имеющего остаточную пористость.

Исследование образцов показало, что изменения давления прессования и длительности пропускания электрического тока оказывают незначительное влияние на величину предела прочности исследуемого материала. Варьирование же плотностью тока приводит к существенному, монотонному повышению его прочностных характеристик. При ее значениях в интервале 28 - 36 МА/м² и длительности ЭКУ 70 с формируется порошковая сталь с пределом прочности 300 - 440 МПа.

Результаты измерения микротвердости полученной порошковой стали показали, что ее формирование при ЭКУ связано во многом с протеканием гомогенизацией материла. Если при минимальной продолжительности его микротвердость соответствует микротвердости феррита, то увеличение длительности ЭКУ приводит к расширению диапазона значений микротвердости. Причем минимальное значение сохранялось в течение 40с., что свидетельствует о сохранении в структуре ферритной фазы. Рост значений микротвердости объясняется растворением углерода в железе и образованием феррито-цементитных колоний. При повышении длительности ЭКУ до 70с. наблюдается сокращение интервала изменения твердости, характерное при повышении степени однородности порошковой стали. При этом значение микротвердости превышает микротвердость перлита и соответствует микротвердости бейнитной структуры.

Для объяснения результатов исследований прочностных характеристик было проведено микроструктурное исследование порошкового материала, полученного при различных технологических режимах ЭКУ.

В результате проведенного микроструктурного анализа установлено, что режимы ЭКУ существенно влияют на микроструктуру порошкового материала.

Микроструктуры нетравленых шлифов характеризуются наличием микропор и графитовых включений (рис. 1). Морфологические характеристики структуры изменяются по мере увеличения электротермического и деформационного воздействий. Количество микропор уменьшается с увеличением плотности материала. Развитие гомогенизационных процессов приводит образованию твердого раствора углерода и, соответственно к снижению структурно свободного графита вплоть до его полного исчезновения.

Рис. 1 . Микроструктура порошковой стали (шлиф нетравленый), полученная при следующих режимах ЭКУ: τ = 10 с, J = 24 МА/м², p = 127 МПа; х100

Травление микрошлифов позволило выявить фазовый состав, размеры и форму зерен стали. Микроструктура порошковой стали характеризуется трансформацией феррито – графитовой структуры с сильно растравляющимися межчастичными границами в бейнитную структуру с мелкодисперсными карбидами (рис. 2) и структурно неидентифицирующимися межчастичными граница. Такой характер микроструктуры свидетельствует о качественном сращивании.

Рис. 2 . Микроструктура порошковой стали (шлиф травленый), полученная при следующих режимах ЭКУ: τ = 70 с, J = 36 МА/м², p = 380 МПа; х 800

Максимальный предел прочности обусловливает бейнитную структуру с твердостью 35 - 37 НRC и микротвердостью 5400МПа.

IV. Выводы

Таким образом, результаты микроструктурного исследования свидетельствуют о сложности и многообразии процессов, сопровождающих формирование порошкового материала при ЭКУ. Варьирование технологических режимов позволяет управлять этими процессами и добиваться требуемой структуры порошкового материала, обладающего заданным уровнем функциональных свойств.

Литература:

1. Егоров С. Н., Медведев Ю. Ю., Чухан С. М. Зависимость временного сопротивления железных образцов от параметров процесса электропластического уплотнения порошкового материла.: Материалы VIII международной науч.практ. конф. «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» 28-30 мая 2003г./ Пензенский гос. ун-т. - Пенза, 2003. - С. 19-21.

2. Мецлер А.А., Егоров С.Н. Механические свойства порошковой бронзы, полученной методом электропластического уплотнения.: Материалы V Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 3 нояб. 2006 г. - Новочеркасск, 2006. - С. 42-43.

3. Медведев, Ю.Ю. Формирование порошкового материала при электропластическом уплотнении // Дисс. … канд. техн. наук: - Новочеркасск. – 2003. – 152 с.

4. Литвинова Т.А., Егоров С.Н. Формирование порошковой стали в условиях электроконтактного уплотнения // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функцион. покрытия. -2009. - № 2 . - С. 20-22.