РАЗДЕЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Характеристика исходных материалов и оборудование.
2.1.1. Объекты исследования. Железный порошок является одним из наиболее распространенных исходных компонентов, применяемых в порошковой металлургии для изготовления деталей конструкционного назначения. При изучении влияния состава и технологических факторов на формирование субструктуры феррита в порошковых сталях, полученных горячей штамповкой, использовались материалы на основе железного порошка. Углерод в железоуглеродистые материалы вводился в виде графита марки С-1 (ГОСТ 17022 - 81). В основу выбора марки графита положено установленное ранее влияние различных марок графита на формирование структуры порошковых материалов, обусловленное различным содержанием золы в графите [133]. Наиболее активно растворяется в железе углерод марки С-1 с содержанием 0,5% золы [134], что обусловило его применение в качестве легирующего элемента.
Шихтовые материалы в исходном состоянии представляют железный порошок марки ПЖВ4 (ГОСТ 9849 - 86) производства Сулинского металлургического завода, смесь железного порошка с 1% графита марки С-1 , смесь железного порошка с 1,5% графита марки С-1, порошок хромистой стали ПК10Х17, полученный диффузионным насыщением из точечных источников [62]. При исследовании тонкой структуры сталей конструкционного назначения использовались карбонильное особочистое железо по ТУ 6-09-3000-78, класс 13-2, карбид хрома Cr3C2 ТУ 88 УССР 147. 011.77, содержащего свободного углерода меньше 0,09%.
Исходным сырьем для получения стали марки 60Х2 служил порошок сплава с заданным содержанием хрома, полученный диффузионным насыщением из точечных источников [135]. Чтобы получить заданное содержание углерода, железохромистый порошок смешивали в необходимом соотношении с графитом.
Характеристики использованных порошков железа и хромистой стали ПК10Х17 приведены в таблицах 2.1 - 2.4.
Таблица 2.1
Химический состав и размер частиц восстановленного железного порошка
ПЖВ4
МаркаСодержание примесей, %, не болееМаксимальный размер
частиц, мкмСSiMnSPOПЖВ4.160.260,120,150,450,030,031,11601
1 до 10% частиц размером > 160 мкм
Таблица 2.2
Физико-технологические свойства восстановленного железного порошка
ПЖВ4
МаркаНасыпная плотность г/см3Текучесть,
с/50гУплотняемость при 700 МПаПрочность прессовки Н/мм2, при плотности 6,5±0,05 г/см3ПЖВ4.160.262,5-2,7356,433
Таблица 2.3
Технологические свойства порошка Х17
Марка порошкаМетод получе нияГранулометрический состав, %Насып ная плот н ость,
г/см3Теку честь*, с02501601000710056-0056Х17Диффу зионное насыще ние0931388142,9735,6
*Время истечения навески порошка массой 50 г
Таблица 2.4
Физические свойства порошка Х17
Марка порошкаФормуе мость, г/см3Уплотняемость, г/см3,
при давлении МПаПикнометрическая плотность, г/см3Микротвердость,
ГПа400700Х175,00-7,205,025,677,391,14 -1 ,53
2.1.2. Изготовление образцов, методы и оборудование для исследования их механических и структурных характеристик. Процесс получения образцов методом горячей штамповки включает в себя ряд основных операций: приготовление шихты, холодное прессование пористых заготовок, нагрев заготовки в защитной среде, горячая штамповка образцов, охлаждение изделия. Температура нагрева под штамповку выбирается в пределах 900 - 1200 ?С, именно такие температуры используются в производственных условиях [14]. Процесс штамповки зависит от состава материала, сложности формы заготовок, температуры нагрева.
Приготовление шихты производили смешиванием железного порошка и графита, марки С-1, железного особочистого карбонильного порошка с карбидом хрома Cr3C2. Используемые компоненты перед прессованием тщательно перемешивали в лабораторном двухконусном смесителе в течение двух часов.
Холодное прессование. Холодное прессование призматических образцов осуществлялось по схеме двустороннего приложения давления в закрытой пресс-форме на гидравлическом прессе ПГ- 60. Давление прессования для технического железа равнялось 600 МПа, для углеродистых сталей 650 МПа и для порошков хромистой стали ПК10Х17 700 МПа. Таким образом, из порошков были изготовлены прессовки с пористостью ~ 15% с размерами в плане10?55 мм.
Нагрев образцов перед штамповкой производили в специальной печи с силитовыми нагревателями в муфеле из нержавеющей стали. Защитной средой служил аргон. Прессовки перед штамповкой нагревали при температурах 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150 ?С. С момента достижения заданной температуры прессовка выдерживалась в среде аргона в течение 15 минут, затем переносилась в штамп. Время переноса в штамп не превышало 4 - 5 секунд. Контроль температуры осуществлялся автоматическим самопишущим потенциометром КСП-4 с применением платино - платинородиевой термопары, находящейся в контакте с образцом на глубине 10 мм от торца.
Объемная горячая штамповка заготовок производилась на дугостаторном прессе модели Ф1732 (рис. 2.1) со скоростью приложения нагрузки 0,8 - 1 м/сек
Горячештампованные образцы имели конечные размеры 11?11?56 мм. Относительная плотность образцов после горячей штамповки составляла 97.5 - 99%
Степень деформации определяли как отношение приращения размера образца к его начальному размеру (2.1), интенсивность деформации рассчитывали по формуле: (2.2) , где
?x, ?y, ?z - степени деформации по осям координат [136],
Осевая деформация составляла (-0,215), а интенсивность деформации 0,19 для железных, железоуглеродистых заготовок. Для образцов из стали ПК10Х17 осевая деформация имела значение (-0,31), а интенсивность деформации равнялась 0,25.
Изучение формирования субструктуры в порошковых горячештампованных сталях в зависимости от технологических параметров проводились в различных частях заготовки. Учитывая раз