Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время процесс спекания с участием жидкой фазы представляет несомненный научный и практический интерес. Потребность в развитии и совершенствовании данного метода порошковой технологии обусловлена актуальностью проблем разработки и получения беспористых материалов на основе сложнолегированных систем.
Одним из перспективных способов изготовления высокоплотных изделий из порошков является вариант спекания в интервале температур солидус-ликвидус сплава, который уже находит распространение при обработке жаростойких, жаропрочных и, в особенности, инструментальных сталей в связи с широким использованием технологии их получения из расплава путем распыления и быстрой кристаллизации. Увеличение масштабов порошкового инструментального производства, значительный объем выпуска в котором принадлежит быстрорежущим сталям, в немалой степени обусловлено высокой производительностью распылительных установок, относительно низкой стоимостью порошков, их удовлетворительным качеством по чистоте и однородности состава. Достигаемое при высоких скоростях кристаллизации расплава дисперсно-матричное распределение структурных составляющих в объеме частиц при сверхсолидусном спекании способствует ускорению диффузионного массопереноса вещества, что приводит к интенсификации процесса уплотнения без нарушения общей структурной однородности стали.
В то же время именно активное протекание диффузионных процессов в системе с тонким и равномерным строением частиц на стадии образования жидкой фазы вызывает существенное огрубление исходной структуры порошков, следствием которого становится снижение механических и эксплуатационных свойств конечного материала. Кроме того большинство промышленных схем переработки легированных порошков предусматривает значительный объем работ по калибровке и механической доводке спеченных заготовок и не обеспечивает условий для получения изделий сложной формы.
Поэтому для развития и совершенствования технологии жндкофазної спекания порошковых сложнолегнрованных систем большое практическі значение могут иметь дальнейшие теоретические и экспериментальные рабої по сверхсолндусному спеканию распыленных порошков.
Целью настоящей работы явилось комплексное исследован! возможности регулирования процессов уплотнения и структурообразован! при спекании распыленных порошков быстрорежущей стали в интерва температур солидус-ликвидус, а также разработка дополнительных мер д получения изделий с требуемым уровнем свойств, необходимь соответствием размеров и формы.
Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
1.Установить оптимальные режимы и условия спекания распыленш порошков быстрорежущей стали в интервале температур солидус-ликвидус.
2.Изучить влияние малых давлений на процессы уплотнения структурообразования при сверхсолидусном спекании распыленн быстрорежущей стали.
3.Осуществить высокотемпературную обработку давлением спеченн образцов, полученных в присутствии различного количества жидкой фазы, провести их структурные исследования.
4.Рассмотреть возможности получения биметаллических и композиционн материалов методом сверхсолидусного спекания под давлением.
5.На базе проведенных исследований разработать технологичесь рекомендации по изготовлению изделий из распыленных быстрорежуа порошков.
Работа выполнена в рамках межвузовских научно-исследовательсь программ "Перспектива", "Поисковые и прикладные исследования выси школы в приоритетных направлениях науки и техники".
Научная нопизна. 1.13 работе впервые изучено влияние малых давлений на процессы уплотнеї
и структурообоазования при спекании газораспыленных порошков быстрорежущей стали 10Р6М5 в интервале температур солидус-ликвидус и при этом установлено:
за счет разрушения имеющихся в порошковой засыпке арок и мостиков под действием давления происходит повсеместное залечивание пространственных пустот с соответствующим перераспределением жидкой фазы в системе, что приводит к интенсификации процесса уплотнения (уровень остаточной пористости снижается на 25-75%) и ликвидации грубых эвтектических скоплений в структуре стали;
максимальный эффект от приложения нагрузки реализуется в начальный период формирования жидкой фазы в системе, когда явление срастания частиц по соприкасающимся граням (коалесценция) еще не получило широкое развитие. На стадии образования жесткого каркаса влияние давления ослабевает, и в дальнейшем процесс уплотнения порошков развивается по аналогии со сверхсолидусным спеканием в отсутствии нагрузки.
2.Выполнен сопоставительный анализ процессов сверхсолидусного спекания газо- и воднораспыленной быстрорежущей стали 10Р6М5 различного фракционного состава. При увеличении параметров температуры и времени спекания огрубление исходной мелкодисперсной структуры частиц наблюдается в первую очередь в системах из газораспыленных порошков большей размерной фракции. Наиболее эффективное уплотнение (0 = 100и) практически без изменения начальной структуры стали достигается при спекании воднораспыленных порошков с размером <63 мкм по режиму Т = 1300 С, т = 40 мин.
3.Предложен методический подход для определения величины минимального удельного давления (Pv.(), необходимого для деформирования порошковой системы при сверхсолидусном спекании. Показано, что удельное давление Ранимі, создаваемое грузом массой nilр>!а, является достаточным для смятия криволинейной поверхности спеченного цилиндра с образованием в области
приложения давления горизонтального участка площадью SMolu:|Ai,OC|„:
I уд пни ~~ 'Пі рул/^іюпермюаи '
Экспериментально установленная величина минимального удельного давлен Руд составляет 30 кПа.
Практическая ценность. 1.Разработан усовершенствованный вариант сверхсолндусной технолог обработки распыленной быстрорежущей стали 10Р6М5, основанный спекании под действием малых давлений порошковых систем с различи степенью консолидации (в состоянии свободной засыпки и предваритель спеченных заготовок). Метод обеспечивает получение изделий с вьісокі соответствием размерам и форме керамической оснастки и пригоден д выполнения биметаллических соединений.
2.Материал, спеченный из газораспыленного порошка быстрорежущей ста 10Р6М5 в присутствии жидкой фазы под действием нагрузки характеристикам структуры и плотности отвечает требованиям зксплуатаці износостойких элементов конструкций в условиях умеренных нагрузок. 3.Предложена двухстадийная технология обработки распыленна быстрорежущей стали 10Р6М5, включающая жидкофазное спекание газо-воднораспыленных порошков до устранения открытой пористости (Э > 90%) горячее изостатическое прессование спеченных заготовок (Т = 1150 , т = I ч. = 130 МПа), обеспечивающее получение материала с близкой к 100%-ой и. теоретической плотностью при сохранении мелкозернистой структуры стали! отличии от традиционного газостатического прессования порошков дани технология не предполагает проведение сложных операций изготовлен капсул, их вакуумироваиия, герметизации и последующего удаления. 4.Установлены оптимальные режимы и условия обработки распмлеші быстрорежущей стали І0Р6М5, необходимые для реализации в копечн материале комплекса структурно-плотностных характеристик (относителы шкипосп. >98"о, средний размер зерна аустенита G = N10 (баллов), средним
размер карбидов =:4,4 мкм), позволяющих рекомендовать его для раооты в качестве режущего инструмента.
Апробация работы. Материалы работы доложены на 5 научно-технических конференциях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка литературы (158 наименований) и представлена на 153 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков и 18 таблиц.