30 декабря 2017г.
Определенные особенности порошковых сталей (пористость, химическая неоднородность и т.д.) затрудняют применение термической обработки (ТО), которая используется для компактных сталей. Поэтому для получения требуемых свойств необходимо разрабатывать индивидуальные режимы термообработки для каждой порошковой стали [1]. Были изучены основные закономерности структурных и фазовых превращений порошковых низколегированных сталей на примере стали СП80Н4Д2М с наноразмерными добавками Ni и NiO при проведении закалки.
Было проанализировано влияния на эти превращения особенностей порошковых сталей и влияние наноразмерных добавок, обусловленных технологией их получения.
На основании анализа литературных источников были выбраны следующие температуры нагрева под закалку: 850, 900, 950, 1000 и 1050 оС, время выдержки при этих температурах – 15, 30 и 45 мин., закалочная среда – вода и масло [2].
Нагрев под закалку осуществляли в атмосфере водорода в водородных проходных печах.
Твердость после закалки с различной температурой и временем выдержки перед закалкой в течение 15, 30 и 45 мин. в воду и масло приведена в таблицах 1-3.
При закалке в масло твёрдость ниже, чем при закалке в воде, но наблюдается повышение прочности. Объясняется это тем, что более «мягкая» закалка в масло снижает величину и неоднородность внутренних напряжений и обеспечивает более устойчивое состояние структуры по сравнению с закалкой в воду [3].
Таблица 1
Твердость HRA образцов после закалки (15 мин)
|
Температура
закалки, оС
|
Добавка
|
|
Ni-нано
|
NiО-нано
|
|
вода
|
масло
|
вода
|
масло
|
|
850
|
58±2
|
59±2
|
56±2
|
51±2
|
|
900
|
52±2
|
50±2
|
48±2
|
47±2
|
|
950
|
43±2
|
50±2
|
44±2
|
48±2
|
|
1000
|
41±2
|
38±2
|
37±2
|
40±2
|
|
1050
|
35±2
|
36±2
|
34±2
|
39±2
|
Таблица 2
Твердость HRA образцов после закалки (30 мин)
|
Температура
закалки, оС
|
Добавка
|
|
с Ni-нано
|
NiО-нано
|
|
вода
|
масло
|
вода
|
масло
|
|
850
|
64±2
|
64±2
|
59±2
|
55±2
|
|
900
|
58±2
|
54±2
|
57±2
|
52±2
|
|
950
|
49±2
|
53±2
|
48±2
|
51±2
|
|
1000
|
46±2
|
42±2
|
42±2
|
44±2
|
|
1050
|
39±2
|
39±2
|
39±2
|
45±2
|
Таблица 3
Твердость HRA образцов после закалки (45 мин)
|
Температура
закалки, оС
|
Добавка
|
|
с Ni-нано
|
NiО-нано
|
|
вода
|
масло
|
вода
|
масло
|
|
850
|
62±2
|
61±2
|
57±2
|
54±2
|
|
900
|
56±2
|
52±2
|
55±2
|
51±2
|
|
950
|
47±2
|
52±2
|
46±2
|
50±2
|
|
1000
|
44±2
|
40±2
|
40±2
|
42±2
|
|
1050
|
37±2
|
36±2
|
38±2
|
43±2
|
Для оценки полученных после проведения закалки по выбранным режимам структур материала был проведен металлографический анализ на микроскопе НЕОФОТ-21. Микроструктура спеченных закаленных легированных сталей представлена на рисунке 1.
После проведения закалки структура стали неоднородна, следует отметить неполное превращение аустенита в мартенсит, что вызвано неоднородностью полученной после спекания структуры [3]. Данное обстоятельство можно объяснить малым временем выдержки при спекании (2 часа), что не позволяет в полной мере пройти всем диффузионным процессам, протекающим в порошковых легированных сталях, полученных методом смешивания порошков железа и легирующих компонентов. Это определяет
недостаточную гомогенизацию составов при спекании и термической обработке. Изучение микроструктуры
образцов показало наличие на поверхности мартенситной структуры с включениями остаточного аустенита и отдельными участками бейнита. Выделившиеся мелкие карбидные частицы образуют на поверхности
мартенситных игл шероховатости. В структуре сердцевины наблюдается сорбит и остаточный
аустенит.
При закалке происходит повышение твердости и
прочности
порошковых низколегированных сталей и снижение пластических характеристик, что отчетливо видно на изломе, который имеет хрупкий
транскристаллитный ручьевой вид. Оставшийся нерастворенным углерод является центром
трещинообразования (рисунок
2).
Для оценки фазового анализа стали СП80Н4Д2М после проведения закалки по выбранным режимам был проведен рентгенофазовый анализ на установке ДРОН 4М. Результаты
рентгенофазового анализа
после закалки представлены на рисунке 3.
Анализ полученных результатов свидетельствует о неоднородности фазового состава закаленной стали.
После анализа
полученных результатов оптимальной выдержкой
при
температуре нагрева под закалку выбрано 30 мин., средой охлаждения – масло. Оптимальная температура нагрева под
закалку стали СП80Н4Д2М с наноразмерными добавками Ni-нано и NiO-нано – 850 оС.
Список литературы
1.
Айзенцон Е.Г., Спивак Л.В., Утробина И.К. // Структурные и фазовые превращения при нагреве
стали и сплавов. Сб. № 148. – Пермь: ППИ, 1974. – С. 120-125.
2.
Гуревич Ю. Г., Рахманов В. И., Ивашко А. Г., Микуров А. И. Теория и практика термической обработки порошковых сталей. // Новые материалы и технологии в машиностроении. Матер, регион, науч.-техн. конф. Тюмень, 1997.
С. 22.
3.
Мейлах А. Г. Теоретические и технологические принципы совершенствования структуры и свойств порошковых материалов на основе Fe, Ni, Cu с металлическими нанодисперсными
добавками: диссертация – Екатеринбург – 2007 г.
– 226 с.
