Сталь СПХ6В3М

Для данной стали можно предложить Высоко температурную термомеханическую обработку (ВТМО), без предварительной обработки. Например горячее динамическое прессование при температуре 1373 К, закалка в воду и отпуск при температуре 473 К 1 час. При ТМО порошковых сталей упрочнение происходит, с одной стороны, за счет снижения пористости в процессе холодной или горячей обработки давлением пористых спеченных заготовок, с другой – так же, как и у прокатных сталей, за счет наклепа, результатом которого является образование большого количества дефектов, которые способствуют образованию мелкозернистой структуры при закалке сталей.

49)

Можно предложить фильтры на основе меди с добавлением(10% Sn) и бронзовые фильтры, полученные распылением жидкого металла. Для грубой очистки подойдут бронзовые фильтры, т.к форма их частиц сферическая и они образуют крупные поры. С целью увеличения количества и размера пор при из­готовлении бронзовых фильтров стараются не допускать дефор­мации частиц, поэтому операция формования или исключается, или проводится при небольших давлениях. При получении фильтра без прессования производят только утряску порошка в графитовых или керамических формах, а затем порошок подвергают спеканию непосредственно в форме. Фильтры, полученные спеканием в свободной засыпке, имеют в 3-4 раза большую произво­дительность, чем спрессованные и спеченные. Спекание бронзовых фильтров производят при 800°С в течение 30-90 мин. Бронзовые фильтры с размером частиц 50-130 мк используют для грубой очистки, 2-30 мк – для тонкой. Для этого перед засыпкой в форму порошок смешивают с растворенным в спирте органическим силикатным флюсом, который склеивает шихту и дает возможность получать без прессования необходимую форму и размеры фильтров. Кроме того, флюс растворяет пленки оксидов на поверхности частиц порошка при спекании и способствует получению металлического контакта между части­цами. Для более тонкой очистки используют медные фильтры с дендридной структурой, из-за более развитой структуры величина их пор будет меньше, чем у бронзовых фильтров со сферическими частицами, что способствует хорошему улавливанию частиц при фильтрации среды. В связи с тем, что сферические порошки имеют гладкую поверхность, затрудняющую прочное сцепление при спекании, нередко производят активацию процесса спекания.

Пористость бронзовых фильтров составляет 40%, допустимая температура эксплуатации при защите от окисления -500°С, без защиты -180°С.

Разница в свойствах.

Разница в проницаемости, у бронзовых фильтров выше т.к у них больший размер пор.

Разница в тонкости очистки, у фильтра Cu-10%Sn тонкость очистки больше.

Механическая прочность ниже у бронзовых фильтров.

 

50)

САП 2 – Спеченный алюминиевый порошок. С содержанием Al2O3 = 10-11%

Дисперсно-упрочненные алюминиевые сплавы появились как результат работ по исследованию возможности изготовления различных деталей из порошков. Было обнаружено, что присутствующие в порошках оксиды способствует существенному повышению жаропрочности и сопротивления ползучести. Высокая прочность САП объясняется большой дисперсностью оксидной фазы, малым расстоянием между ее частицами. Нерастворимость в алюминии и отсутствие склонности к коагуляции тонкодисперсных частиц Al2O3 обеспечивает стабильность структуры и высокую прочность при температуре 500oC.

 

1.Получение Al порошка, исп-мого для пр-ва изделий из САП, проходит следующие основные стадии: распыление (пульверизация) расплава Al, размол и комкование в шаровой мельнице. Расплав Al с T=720 – 790˚С распыляется струей сжатого воздуха, d_cр= 100 – 300 мкм. Пульверизатор сод. 0,5 – 1,5% Al₂O₃, состоит из шарообр. и овал. частиц. Сод. Al₂O₃ опред-ся уд. поверхностью частиц, толщина оксидной пленки – скоростью окисления капли жидкого алюминия в кислородсодержащей атмосфере пылеосадителя. Толщина оксидной пленки не превышает 100˚А.

2.Al порошок,затем подвергают размолу в ШВМ. Частички Al, деформируясь, превращаются в мельчайшие чешуйки толщиной порядка 1 мкм. При измельчении частичек порошка образуются поверхности, свободные от Al₂O₃, поэтому, чтобы избежать самовозгорания пудры (высокая пирофорность), измельчение ведут в определенных средах (газовой или жидкой). Сущ-ет 2 метода измельчения порошка: а) сухой помол в среде азота с 20 – 28% кислорода и б) мокрый помол в среде бензина или спирта.

При размоле в среде азота присутствующий кислород постепенно окисляет частички Al. В процессе измельчения порошка в среде бензина, спирта частичное окисление происходит за счет имеющегося в средах кислорода. Чаще используют сухой помол в ШВМ в присутствии 1,5 – 2,5% технического стеарина или стеариновой кислоты (ПАВ), производят размол порошка до пудры с размером частичек менее 75 мкм. Увеличение содержания Al₂O₃ в пудре происходит за счет окисления новых поверхностей, возникающих на частичках при их измельчении.

3.Комкование в той же ШВМ с добавкой стеарина для увеличения насыпной массы. Процесс комкования периодический, т. е. весь продукт из мельницы выдувается, а при малом сод-нии Al₂O₃– м.б. без остановки. После комкования каждая частичка представляет собой конгломерат, состоящий из мельчайших частичек. d_cр= до 300 мкм. Изг-ся комкованная пудра для САП четырех марок: АПС-1, АПС-2, АПС-3 и АПС-4. Обр-ся крупные частицы, каждая из кот. с оболочкой Al₂O₃+м/у ними осколки Al₂O₃, т.е.получают гидратные соединения.

4.Для уменьшения газосодержания (т.к. высокая уд. пов-ть) Al порошки подвергают отжигу – дегазации. Отжиг проводят в вакууме, инертной атмосфере азота, водорода, аргона или на воздухе. Чем выше Т, тем меньше адсорбированного газа. осн. Вклад в газосод. вносит размол. Т_отж>500⁰C/

5.Формование. Часто-прессование до 5т/см²,бывает изотермическое формование и экструзия в жестяной оболочке.

6.Спекание(лучше в вакууме). Необходима полная дегазация. Возможно применение промежуточных выдержек при Т=300,370-400,470-480,550-570,610-630,640-650- для мах плотности д.б. низкая скорость и промеж. Выдержки.

7.Возможны доп. обработка прессованием (чаще – гор. прессованием в закрытой п/ф при Т=450-480⁰С), горячей экструзии (Т=500-550⁰С), штамповки (Т=50⁰С), прокатки (Т=450-500⁰С).

 

51)

Дальнейшее улучшение свойств спеченных подшипников

Методы упрочнения пористых материалов и повышения их антифрикционных свойств можно разделить на два вида:

1) путем изменения состава исходной шихты;

2) химико-термической обработкой после или в процессе спекания, или термической обработкой.

Улучшение свойств пористых материалов с графитом и без него может быть достигнуто путем легирования металлической основы за счет диффузии легирующего компонента во время спекания.

Растворимости большинства элементов в феррите и аустените благоприятствует их близость к Fe в периодической системе элементов и, следовательно, небольшая

разница в атомных диаметрах, а также подобие кристаллической решетки. Существует следующее соотношение между растворимостью легирующих элементов и их атомными диаметрами:

при разнице в атомных диаметрах менее 8 % растворимость полная (для полной растворимости в Fe необходимо, чтобы легирую­щий элемент имел одинаковую по типу с a - или g - Fe кристаллическую решетку);

при разнице атомных диаметров 8-15 % - растворимость ограниченная;

при разнице > 15 %: элементы с большими диаметрами не только не дают твердых растворов, но и не смешиваются с ним даже в расплавленном состоянии;

элементы с очень малым атомным диаметром образуют с ферритом твердые растворы внедрения малой концентрации. Исходя из атомного диаметра железа, равного 2,52 А, благоприятная зона растворимости определяется в пределах 15%. Легирующие элементы, растворяясь в феррите, повышают его твердость, пре­дел прочности и текучести, сопротивление вязкому разрушению. В качестве легирующих элементов для материалов на основе Feиспользуют Cu, P, Mn, Pb, Sn, Ni, V и др., для материалов на основеCu – Pb, Co, твердые включения окислов. Влияние легирующих добавок на механические свойства композиции Fe – C приведено в табл. 1. 2.

Присадка к Fe – C от 2 – 10 % Cu повышает прочность и твердость материала, позволяет получить более однородную структуру и стабилизировать размеры деталей. Износостойкость материала при этом возрастает. Однако, при более высоком содержании меди износостойкость вкладышей снижается.

Износостойкость, механическая прочность и коррозионная устойчивость пористого Fe и Fe – C могут быть повышены путем химико-термической обработки: цементации, сульфидирования, хромирования, нитрирования и т.д. Такую обработку проводят в процессе спекания или после него. Технология ее про­ведения отличается от аналогичной обработки металлургического железа значительно большими скоростями протекания процессов, глубиной насыщения, что обусловлено наличием пор.

Цементация пористого железа в обычных карбюризаторах обычно протекает более интенсивно и на значительно большую глубину, чем у компактных сталей. Ее проведение до содержа­ния углерода в поверхностных слоях пористого материала в пределах до 1 % на глубину порядка 2 мм приводит к образованию перлитной структуры и тонкой сетки цементита по границам зерен. Износостойкость материала при этом повышается, однако резко ухудшается его прирабатываемость, возрастает износ контртела при испытаниях, что ограничивает применение этого вида обра­ботки.

Исследования по термодиффузионному хромированию пористо­го Fe как на спеченных образцах с различной относительной по­ристостью, так и в процессе их спекания, показали, что при этом значительно увеличиваются их прочностные характеристики
(приблизительно в 1,5 раза), значительно улучшаются антифрик­ционные свойства.

Наиболее существенно улучшает свойства антифрикционных материалов на основе Fe сульфидирование, которое проводит­ся нескольким способами: пропитыванием пористых вкладышей серой с последующим отжигом; введением в состав материалов порошков сульфидов Fe, Cu, Pb, Zn; нагревом порошка железа в сероводороде. При этом на поверхности трения образуется слой сульфида железа, обладающий повышен­ной износостойкостью. Износ деталей при трении значительно меньше, а допустимая нагрузка в 2-3 раза больше, чем для не­сульфидированных деталей. Сульфидированные материалы обладают лучшей прирабатываемостью, но их механическая прочность несколько ниже ввиду образования па границам зерен эвтектики Fe – FeS. Поэтому содержание Sв сульфидированных вкладышах не должно превышать 0,4 – 0,6 %.

 

52)

В последние годы в связи с развитием космонавтики, ядерной физики, вакуумной металлургии изучение поведения материа­лов в вакууме приобретает большое значение.

При трении металлических поверхностей в глубоком вакууме, когда на них отсутствуют оксидные и адсорбированные пленки, резко возрастает коэффициент трения и сцепление поверхностей, что может привести к схватыванию и холодному свариванию ме­талла.

Такое увеличение коэффициента трения в вакууме обусловле­но тем, что металлические связи между чистыми, освобожденными от всяких пленок поверхностями металлов во много раз прочнее, чем между пленками оксидов или адсорбированными пленками.

Другой важной особенностью вакуума является очень плохая термическая проводимость, что связано с отсутствием газовой среды.

В высоком вакууме на поверхностях трения образуются высо­кие температурные градиенты, что приводит к размягчению по­верхностного слоя и диффузионным процессам.

Такие особенности высокого вакуума часто приводят к тому, что внешнее трение становится невозможным и возникает схваты­вание, сопровождающееся значительным разрушением поверхностей трения.

Задача борьбы со схватыванием трущихся поверхностей в условиях вакуума решается применением твердометаллических смазок и легкоплавких мягких металлов, которые вводятся про­питкой в пористую заготовку или в пазы на рабочих поверхностях подшипника. В качестве материалов твердых смазок используют MoS₂ ∙ WSe, WS₂ т.п.

На основе принципа "положительного градиента" созданы многослойные антифрикционные материалы с рабочим антифрикцион­ным слоем, нанесенным на металлическую основу и прочно сцеп­ленным с ним.

Одним из таких материалов является антифрикционная ме­таллокерамика на основе бронзы с рабочим слоем из дисульфида молибдена. После пропитки пористого бронзового слоя суспензией дисульфи­да молибдена получают материал с поверхностным слоем из ди­сульфида молибдена, образовавшегося благодаря избыточному количеству суспензии.

Благодаря сочетанию высоких механических свойств и теплопроводности металлической основы с хорошими смазывающими свойствами дисульфида молибдена, этот материал обеспечивает длительную работу деталей трения в вакууме при широком диапазоне скоростей, температур и нагрузок.

Необычное использование металлических порошков связано с недавно разработанными пенометаллическими изделиями, имею­щими столь высокую пористость, что их плотность составляет лишь 1/7 теоретической.

Пенометалл может быть получен вспениванием металлических расплавов. Метод заключается во введении в расплав соединений, стабильных при температуре плавления металла и легко диссоциирующих при перегреве с выделением газа. Практически для вспенивания металлических расплавов используют гидридные сое­динения. Выделяющийся при диссоциации газ – водород, вспени­вая расплав, образует пустоты округлой формы, которые вслед­ствие быстрой кристаллизации расплава в кристаллизаторе не коалесцируют, а образуют ячеистую структуру. Таким образом получают пенометаллы: Al, Zn, Sn.

Однако этот метод применим только для металлов, имеющих сравнительно невысокую температуру плавления (до 1000°С).

Другой, универсальный, метод получения пенометаллов – коллоидно-химический, заключающийся в создании стабильных пен на органической основе в сочетании с металлическим порошком (органическая смола + органический газообразующий агент + поро­шок). Этот метод позволяет получать пенометаллы на основе лю­бых металлических порошков. Технологическая схема их получения:

 

Этим методом можно поучить пеноматериал не только из метал­лов, но и из тугоплавких сплавов и соединений (пенокарбидов, пеноборидов и др.). Метод обеспечивает регулирование ячеистой структуры, дисперсности ячеек (пор), равномерность их распре­деления в объеме, ажурность металлического каркаса (соотношение толщины стенок и размера закрытых пор).

Свойства пеновольфрама в сравнении со спеченным:

 

		σв, кг/мм2	σв/g
Пеновольфрам	(g = 3,03 г/см3)	9,0 – 9,5	3,5 – 3
спеч. W	(g = 18,43 г/см3)	42 – 41,0	2,4 – 2,3

 

Плотность и удельную прочность пенометаллов можно регулиро­вать в широких пределах изменением дисперсности и фракцион­ного состава порошка, его количества, методом получения коллои­дально-химической суспензии и режима спекания. Критерием опти­мальности подбора физико-химических факторов является показа­тель удельной прочности. Метод получения суспензии и режимы спекания подбираются экспериментально, в зависимости от предъявляемых требований. При спекании, например, изменяется общая пористость, которая может регулироваться в широких пределах (от 50 до 80 – 90%).

Особенностью пористой структуры является полная изолиро­ванность пор и их сферическая форма. На структуру пенометалла влияет не только дисперсность горошка, но и количественное соотношение порошка и коллоидной пены.

Некоторые характеристики пенометаллов и возможности их использования:

 

Характеристика	Назначение
Ячеистая структура, заполненная воздухом	Звукоизоляция, теплоизоляция
Развитая поверхность	Основы для катализаторов, пористые пластины аккумуляторов, пористые аноды
Проницаемость и капиллярная активность	Детали охладителей с интенсивным испарением жидкости, высокотемпературные масляные фильтры и смазочные детали
Легкость и низкая плотность	Наполнитель для слоистых металлических конструкций

 

При изготовлении изделий из пенометаллов необходимая форма может быть получена либо путем подбора соответствующей изложницы, либо путем механической обработки пенометаллической заготовки.