Влияние содержания углерода на формирование контактной межчастичной поверхности при горячей допрессовке

Введение. Технология получения горячедеформированной порошковой стали является одной из самых энергозатратных в порошковой металлургии, которая включает в себя большое количество операций. Изучение влияния технологических режимов на конечные свойства детали является актуальной задачей. Разработанная научным коллективом под руководством Ю.Г. Дорофеева в конце XX века технолог ия изготовления горячедеформированных порошковых сталей на сегодняшний день является одной из главных в производстве высокоплотных изделий. Однако применение новых материалов, улучшающих механические свойства изделий, требует современного подхода к анализу качества межчастичного сращивания порошковых частиц. Установлено влияние на процесс формирования качественного межчастичного сращивания следующих технологических факторов: плотности заготовки, гранулометрического состава исходной шихты, температуры и времени выдержки заготовки при нагреве, соотношения ее размеров, скорости деформации. Целью данного исследования является анализ влияния графитсодержащего компонента на механические свойства горячедеформированных порошковых сплавов за счет формирования качественного межчастичного сращивания.

Материалы и методы. В работе использовались отечественные и зарубежные порошки производства ПАО «Северсталь» и шведской фирмы Höganäs с добавление углерода ГК-1 (ГОСТ 4404-78). Горячая штамповка осуществлялась на кривошипном прессе модели К2232 с максимальным усилием 1600 кН. Температура нагрева заготовок варьировалась в пределах 800–1200 C.

Результаты исследования. В результате проведенных экспериментов было установлено влияние продолжительности спекания на механические свойства материалов. Причиной изменения механических свойств являются локальные включения графита, которые не успели гомогенизироваться в результате длительного спекания. Разработаны технологические режимы горячей штамповки для сталей, влияющие на сохранение или разрушение предварительно сформированной контактной межчастичной поверхности.

Обсуждение и заключения. Исследования показали, что дополнительная горячая пластическая деформация способствует формированию внутрикристаллитного сращивания на всей контактной поверхности. Добавление в шихту графита способствует улучшению сращивания для легированного железного порошка и практически не сказывается при использовании легированного и нелегированного железного порошка.

1. Дорофеев В.Ю., Егоров С.Н. Межчастичное сращивание при формировании порошковых горячедеформированных материалов. Москва: Металлургиздат; 2003. 152 с.

2. Егоров М.С., Егоров С.Н. Горячедеформированные порошковые низколегированные стали. Новочеркасск: Волгодонский институт (фил.) Южно-Российского гос. технического ун-та; 2008. 54 с.

3. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Базылева О.А. Материалы для высоко теплонагруженных деталей газотурбинных двигателей. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2011;SP2:13–19.

4. Егорова Р.В. Микроструктурный анализ поверхности ступенчатой формы. Металлург. 2009;6:65–67.

5. Григорьев А.К., Рудской А.И. Деформация и уплотнение порошковых материалов. Москва: Металлургия; 2002. 192 с.

6. Robert-Perron E., Blais C., Pelletier S. Tensile properties of sinter hardened powder metallurgy components machined in their green state. Powder Metallurgy. 2009;52(1):80–83. https://doi.org/10.1179/174329007X205055

7. Штерн М. Б., Картузов Е.В. Особенности возникновения и распространения ударных волн в высокопористых материалах. Порошковая металлургия. 2016;3:13–22.

8. Глотка А.А., Мороз А.Н. Сравнительное влияние карбидов и неметаллических включений на образование усталостных микротрещин в сталях. Металловедение и термическая обработка металлов. 2019;8:61–65. https://doi.org/10.30906/mitom.2019.8.61-65

9. Гуревич Ю.Г., Анциферов В.Н., Савиных Л.М. и др. Износостойкие композиционные материалы. Екатеринбург: УрО РАН; 2005. 215 с.

10. Kondo H., Hegedus M. Current trends and challenges in the global aviation industry. Acta Metallurgica Slovaca. 2020;26(4):141–143. https://doi.org/10.36547/ams.26.4.763

11. Ramakrishnan P. Automotive Applications of Powder Metallurgy. Advances in Powder Metallurgy. Woodhead Publishing Series: Cambridge, UK; 2013. P. 493–519. https://doi.org/10.1533/9780857098900.4.493

12. Rojek J., Nosewicz S., Mazdziarz M., et al. Modeling of a Sintering Process at Various Scales. Procedia Engineering. 2017;177:263–270. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.02.210

13. Guo J.Y., Xu C.X., Hu A.M., et al. Sintering dynamics and thermal stability of novel configurations of Ag clusters. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2012;73(11):1350–1357. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2012.06.010

14. Еремеева Ж.В., Никитин Н.М., Коробов Н.П. и др. Исследование процессов термической обработки порошковых сталей, легированных наноразмерными добавками. Нанотехнологии: наука и производство. 2016;1:63–74.

15. Егоров М.С., Егорова Р.В. Пластичность композиционных материалов с определением температурных режимов горячей штамповки, исключающих появление дефектов в структуре материала. Заготовительные производства в машиностроении. 2019;17(2):66–72.