- •Введение
- •1. Получение порошков
- •1.1 Механические методы
- •1.2 Физико-химические методы получения металлических порошков
- •2. Свойства порошков
- •2.1. Химические свойства порошков (состав)
- •2. 2. Физические свойства порошков
- •2. 3. Технологические свойства порошков
- •3. Технология формования деталей из порошков.
- •4. Спекание изделий из порошковых материалов
- •Конструкционные материалы.
- •5.1. Классификация конструкционных материалов
- •Антифрикционные материалы и изделия
- •7. Современные композиционные материалы
- •8. Композиционные материалы, получаемые методом порошковой металлургии
5.1. Классификация конструкционных материалов
В зависимости от условий эксплуатации конструкционные порошковые материалы можно подразделить на две группы:
конструкционные материалы общего назначения:
на основе железа;
на основе цветных металлов.
конструкционные материалы со специальными свойствами:
износостойкие материалы;
инструментальные;
жаропрочные;
жаростойкие;
для атомной энергетики;
коррозионно-стойкие материалы;
тяжелые сплавы.
По степени нагруженности:
малонагруженные (пористость 25÷16%)
умереннонагруженные (пористость 15÷10%)
средненагруженные (пористость 9÷2%)
тяжелонагруженные (пористость до 2%)
3. По группам сложности различают 7 групп. К первой группе относятся самые простые детали, к седьмой – самые сложные.
Для производства конструкционных материалов используют порошки чистых металлов и сплавов, полученные различными методами (Fe, Cu, Ni, Co, Cr, Mn).
Технологические процессы изготовления КМ определяются степенью нагруженности деталей.
Малонагруженные детали наиболее целесообразно изготавливать из железного порошка или шихт на его основе с добавками углерода, холодным прессованием и спеканием при Т 0,8 Тпл. Для обеспечения геометричности изделия пропитывают металлическими или неметаллическими расплавами, органическими мономерами (в этом случае с последующей полимеризацией).
Умереннонагруженные порошковые детали изготавливают из порошков углеродистых или низколегированных сталей пористостью 10-15% однократным или двойным прессованием и спеканием. При необходимости (для деталей повышенной сложности) применяют механическую обработку, для деталей простой и средней сложности калибрование. В зависимости от условий эксплуатации детали подвергают термической обработке.
Средненагруженные детали изготавливают из порошков углеродистых или легированных сталей, цветных металлов и сплавов. Пористость материалов не должна превышать 9-2%. Изделия для данных условий эксплуатации получают горячей или холодной штамповкой, двойным прессованием и двойным спеканием. Тяжелонагруженные детали изготавливают из гомогенных порошков легированных сталей. Получают горячей штамповкой, пропиткой с последующей термической, химико-термической или термомеханической обработкой. При горячем прессовании используют температуру 800÷1300ºС. При необходимости на детали этой группы наносят защитные или декоративные покрытия
Углеродистые стали. Исходные стальные порошки или смесь порошков железа и графита прессуют при давлении 400 - 600 МПа. Обеспечивая повышенную плотность заготовок, которые затем спекают при 1150 - 1200 оС в течение 1,5-2 ч в атмосфере водорода, диссоциированного аммиака или эндогаза. При этом структура получается достаточно мелкозернистая в основном из-за наличия пор, тормозящих рост частиц. Для уменьшения пористости спеченный материал повторно обрабатывают давлением в холодном (калибрование) или нагретом (ДГП) состоянии. Свойства порошковой стали могут быть улучшены соответствующей термообработкой.
Легированные стали. В основном изделия получают из коррозионно-стойких хромистых и хромоникелевых, мартенситно-стареющих и высокомарганцевых сталей. При изготовлении изделий из хромистых и хромоникелевых сталей исходный порошок, полученный совместным восстановлением оксидов гидридом кальция или распылением расплава, иногда с добавкой до 0,4% Р и 0,1 % С прессуют в пресс-формах или формуют в гидростатах при давлении 400-700 МПа и спекают при 1200-1250 С в течение 1,5-2,5 ч в защитной атмосфере. Для улучшения износостойкости деталей, работающих в условиях трения, их подвергают сульфидированию. Один из возможных вариантов: пропитать спеченную заготовку расплавленной серой, а затем отжечь в водороде при 600 °С в течение 1 -1,5ч. По другому варианту шихту, состоящую из порошков железа (70 %), белого чугуна (20 %) и стали Х30 (10 %), прессуют при давлении 600 МПа, заготовки спекают при 700 "С в течение 1 ч и проводят их второе прессование при давлении 800 МПа и спекание при 1200 оС в течение 2ч. После закалки с 840 °С получают изделия с гетерогенной микроструктурой (отдельные зерна с высоким содержанием хрома окружены низколегированным феррито-перлитом), обеспечивающей высокую износостойкость в условиях трения.
В случае мартенситно-стареющих сталей смесь порошков железа, никеля, кобальта и молибдена прессуют при давлении 600 - 800МПа и спекают заготовки при 1200-1300 °Св течение 3-4ч; в процессе охлаждения спеченной детали в материале происходит мартенситное превращение. Затем проводят старение при 450 - 500°С в течение 3 - 4ч и, если нужно, повторную обработку давлением (например, обжатие прокаткой; при деформации 60 %и более сталь практически беспористая и имеет структуру безуглеродистого мелкозернистого мартенсита). В зависимости от состава и режимов получения такие порошковые стали имеют временное сопротивление 1000 - 2500МПа, пластичность0,5 - 6 %и ударную вязкость 98 - 931кДж/м2,что лишь незначительно ниже прочности литой стали идентичного состава.
Порошковую высокомарганцовистую сталь получают из механической смеси порошков железа, ферромарганца и сажи или серого чугуна. Заготовки из нее прессуют при давлении 450 - 500МПа и спекают их при 1100-1200°С в течение 15-20мин в смеси водорода с природным газом, добавка которого предотвращает обезуглероживание материала. После допрессовывания (ДГП) изделия практически беспористые и по прочности не уступают кованой литой стали.