Влияние дисперсности порошков на структурно-фазовые превращения в хромомолибденовых порошковых сталях Кичигиина, Надежда Аркадьевна

Введение к работе

Актуальносте работы. Термическая обработка порошковых сталей повышает не только трочность, но и пластичность, твердость, вязкость, износостойкость. В ряде случаев применение термической обработки в совокупности с другими видами обработки позволяет полутать для некоторых порошковых сталей более высокие прочностные и пластические свойства, чем для литых.

Однако при термической обработке порошковых сталей необходимо учитывать осо-зенности их структурного строения. К таковым относятся наследственная мелкозернистость, пониженная теплопроводность, пористость, химическая неоднородность, повышенная дефектность строения.

Немаловажную роль в характере процессов, протекающих при термической обработке порошковых сталей, играет дисперсность исходных порошков, содержание легирующих элементов и примесей, характер их распределения, неоднородность структуры, межчастичные границы, степень гомогенности твердого раствора и др.

В связи с этим возникает необходимость исследования особенностей структурообразо-ванил и термической обработки порошковых легированных сталей, получаемых из поликомпонентных шихт с введением легирующих элементов разной дисперсности.

Цель и задачи работы. Изучение влияния размера частиц легирующих элементов и типа железного порошка на структурно-фазовые превращения в порошковой хромомолнбденовой стали ПК100Х12М2 и науглероженной композиции ЖХ12М2.

Поставленная цель обусловила необходимость решения следующих основных задач исследования:

изучение влияния размера частиц легирующих элементов и типа железного порошка на формирование структуры порошковых хромомолибденовых сталей в процессе спекания и термической обработки;

выяснение влияния легирования, способа введения углерода, дисперсности исходных порошков, температуры и времени спекания на процесс гомогенизации твердого раствора сталей;

исследование характера влияния структурного состояния и степени гомогенизации твердого раствора на перлито-аустенитное превращение, устойчивость переохлажденного аустенита в изотермических условиях;

изучение влияния легирования, способа введения углерода, дисперсности исходных порошков, температуры и времени спекания на физико-механические свойства сталей.

Научная новизна.

1. Установлены закономерности структурообразования порошковых хромомолибденовых сталей в зависимости от марки железного порошка и размера частиц вводимых легирующих элементов.

2. Установлено, что при спекании высоколегированных хромомолибденовых сталей гомогенизация твердого раствора затруднена за счет образования первичных труднорастворимых карбидов, что приводит к снижению концентрации углерода в растворе. Полная гомогенизация не происходит даже при высокой температуре и длительной выдержке.

3. Показано, что снижение химической однородности хромомолибденовых порошковых сталей вызывает смещение критических точек перлито-аустенитного превращения в область более низких температур, а аустенито-перлитного превращения в область более высоких температур.

4. Установлено, что уменьшение размера частиц железного порошка и частиц легирующих элементов приводит к увеличению устойчивости переохлажденного аустенита. Максимальная скорость распада аустенита достигается на начальной стадии изотермической выдержки в отличие от компактной, где скорость нарастает постепенно.

5. Кинетический анализ кривых изотермического распада с помощью уравнения Авра-ми показал, что процесс развития превращения у сталей с использованием порошков хрома и молибдена в состоянии поставки следует рассматривать, как рост уже образовавшихся зародышей новой фазы. У более однородных сталей с субмикронными частицами легирующих элементов распад аустенита лимитируется зарождением участков новой фазы.

Основные положения, выносимые на защиту:

6. Уменьшение размера частиц легирующих элементов, вводимых в шихту, наряду с увеличением температуры спекания и времени выдержки приводит к снижению химической неоднородности порошковых хромомолибденовых сталей, что, в свою очередь, приводит к повышению устойчивости переохлажденного аустенита.

7. Снижение устойчивости переохлажденного аустенита порошковой хромомолибде-новой стали ПК100Х12М2 с увеличением негомогенности твердого раствора, а также обеднение углеродом мартенсита закаленной стали в результате связывания углерода в первичные труднорастворимые специальные карбиды приводят к уменьшению закаливаемости стали.

3. Закалка с последующей обработкой холодом порошковой стали ПК100Х12М2 приводит к значительному увеличению твердости за счет полного распада остаточного аустенита, сохраняющегося в стали после закалки.

4. Максимальное значение скорости распада аустенита порошковой хромомолибдено-вой стали соответствует начальной стадии изотермической выдержки в отличие от компактной, у которой скорость нарастает постепенно, что обусловлено чрезвычайно облегченным возникновением зародышей низкотемпературных фаз практически без термической активации в условиях повышенного количества структурных несовершенств порошковой стали.

5. Процесс развития превращения при изотермическом распаде у сталей с исходными частицами хрома и молибдена следует рассматривать, как рост уже образовавшихся зародышей новой фазы. У более однородных сталей с субмикронными частицами легирующих элементов распад аустенита лимитируется зарождением участков новой фазы.

6. С целью повышения гомогенности твердого раствора и достижения однородной структуры порошковой хромомолибденовой стали необходимо науглероживание предварительно спеченной безуглеродистой композиции. Отсутствие графита в исходной шихте способствует равномерному распределению хрома и молибдена в твердом растворе при спекании из-за отсутствия процесса карбидообразования.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Полученные закономерности структурных превращений и изменения свойств при термообработке высоколегированных хромомолибденовых сталей являются основанием для выбора конкретных технологических режимов получения изделий конструкционного назначения.

Предложен способ получения высоколегированной хромомолибденовой стали, обладающей однородным твердым раствором посредством науглероживания предварительно спеченной легированной основы. Такая сталь хорошо закаливается и обладает высокими физико-механическими свойствами.

Выбранный режим науглероживания использовали для изготовления втулок подшипников качения, используемых в барабанах поточных конвейеров, на ООО «ЭНЕРПРЕД-ТРЬЙДИН» г. Иркутска.

Апробация работы. Материалы доложены и обсуждены на XXVIII научно-технической конференции «Повышение качества изготовления и эксплуатации деталей машин технологическими методами» (г.Пермь, 1995), Международной научно-технической конференции «Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века» (г.Магнитогорск, 1996), Международной научно-технической конференции «Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии» (г.Киев, 1997), Международной научно-технической конференции «От булата до современных материалов, в честь 200-летия со дня рождения П.П. Аносова» (г.Златоуст, 1999).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, изложена на 125 страницах, содержит 27 таблиц, 31 рисунка, список использованных источников, включающих 62 источника, приложение.