Введение к работе
Актуальность работы. Применение методов порошковой металлургии при изготовлении различных изделий позволяет довести до минимума потери металла и использование металлорежущих станков, снизить занятость рабочих в производственном процессе, сократить расход электроэнергии на единицу производимой продукции и в значительной мере автоматизировать производство.
Особенно широкое применение методы порошковой металлургии нашли в производстве конструкционных деталей. Расширение номенклатуры деталей из порошковых сталей связано с их использованием при высоких нагрузках, а это требует повышения конструктивной прочности. Для решения этой задачи необходима разработка не только новых марок порошковых сталей, но и теории и практики улучшения их термической обработкой, а также способов и устройств для их термической обработки.
Установлено, что основные закономерности, наблюдаемые при нагреве и охлаждении компактных сталей, действуют в аналогичных условиях и для порошковых сталей. Но особенность структурного состояния последних не позволяет автоматически применять для них параметры, режимы и технологические процессы обработки деталей из литых и компактных сталей.
Поэтому исследование структурных превращений порошковых сталей с различной пористостью, построение изотермических и термокинетических диаграмм, а также разработка простых и надежных устройств для термообработки крайне необходимы для эффективного использования улучшения сталей закалкой и отпуском.
Представленный в диссертационной работе комплекс работ выполнен в соответствии с Государственной программой: ГНТП в рамках МНТК «Порошковая металлургия» (Постановления Совета Министров СССР №1230 от 12.12.85 г., №1352 от 13.11.86 г., №1330 от 14.11.86 г.), ГКНТ в рамках МНТК «Порошковая металлургия»(№23 от 17.01.91) по темам № гос.рег.01.86.0007366, №01.9.1012558, №01.9.60002434, №01.8.80003894, №01.8.60063970, входящим в координационный план научно-исследовательских работ по АН СССР и РАН по направлению 03.01 Конструкционные материалы.
Цель работы . Разработать основы теории, позволяющие эффективно прогнозировать особенности фазовых превращений в пористых порошко-
вых сталей при охлаждении после нагрева выше критических температур, режимы закалки и отпуска, прокаливаемость, разработать необходимые устройства для их термообработки.
Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:
-
Исследовать кинетику распада аустенита в пористых порошковых сталях и построить термокинетические, изотермические диаграммы с диаграммами скоростей распада.
-
На основании выявленных зависимостей распада переохлажденного аустенита построить математические модели процессов фазовых превращений и тепловых изменений системы в зависимости от условий охлаждения.
-
Показать теоретические закономерности влияния пористости на кинетику фазовых превращений в порошковых сталях.
-
Разработать на основании проведенных исследований способ термообработки порошковых сталей в самогенерируемой защитной среде, обеспечивающий высокие физико-механические свойства.
Автор защищает.
-
Методику магнитометрического исследования кинетики распада переохлажденного аустенита в пористых порошковых сталях. Разработку быстродействующего магнитометра и математическое обеспечение обработки экспериментальных данных.
-
Закономерности скорости распада переохлажденного аустенита, позволяющие количественно характеризовать кинетику фазовых превращений.
-
Математические модели тепловых и фазовых превращений, основанных на экспериментально построенных диаграммах скоростей распада аустенита.
-
Теоретические закономерности влияния пористости на кинетику фазовых превращений порошковых сталей.
-
Способ и устройства установок для термообработки порошковых сталей в самогенерируемой защитной среде, позволяющие совмещать спекание, закалку, самоотпуск и пропитку маслом.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: 1) Впервые проведено комплексное моделирование кинетики распада переохлажденного аустенита пористых порошковых сталей на основании анализа изотермических и термокинетических диаграмм, а также диаграмм скоростей распада аустенита.
-
Разработана методика магнитометрического исследования и по" лучены 24 изотермических, термокинетических диаграмм и диаграмм ско" ростей распада аустенита в порошковых сталях различного состава и по" ристости.
-
Созданы математические модели тепловых процессов охлажде" ния, которые учитывают теплоту фазовых превращений. Модифицирована математическая модель Колмогорова процессов фазовых превращений ау" стенита в диффузионной области и разработана модель процессов мартен" ситного превращения аустенита.
-
Впервые показано, что влияние пористости порошковой стали на температуру начала образования мартенсита и кинетику превращений осуществляется через дилатационный эффект.
-
Впервые установлена зависимость скорости роста новых фаз в диффузионной области превращения от пористости стали. Определены ко" личественные закономерности влияния химического состава стали на тем" пературу начала мартенситного превращения, минимальную устойчивость аустенита, критическую скорость закалки и среднюю скорость превраще" нил.
6) Установлено влияние режимов термообработки на структурные
образования и механические свойства порошковых сталей разного состава
и пористости. Научно обоснованы режимы закалки и отпуска конструкшґ
онных порошковых сталей, позволяющие получить заданный комплекс
механических свойств.
Достоверность результатов основана на использовании современных технических средств и исследовательских методик, хорошим соответствие результатов моделирования и эксперимента.
Практическая ценность:
Разработан способ нагрева изделий из порошковых материалов в са" могенерируемой защитной среде, представляющей собой продукты разло" жения масла. Разработан и внедрен ряд устройств для термической обра" ботки порошковых сталей, которые включают камеру нагрева, загрузку и выгрузку деталей через масляный затвор.
Разработай и внедрен способ полугения цилиндрических деталей пу~ тем совмещения спекания и термической обработки, который позволяет сохранять размеры и форму цилиндрических изделий с толщиной стенки три и менее миллиметров.
Личное участие автора. Все выносимые на защиту научные и практи"
ческие результаты получены лично автором. Других исследователей при" влекали на этапах постановки экспериментов, при обсуждении результатов и промышленном опробировании разработок.
Апробация работы. Основное содержание диссертации отражено в 53 статьях, опубликованных в журналах «Порошковая металлургия», «Извес" тие вузов. ЧМ», «Сталь» и др., в сборниках научных трудов, монографии и в 4-х авторских свидетельствах.
Результаты работы доложены и обсуждены на : совещании по ком~ плексной программе «Порошковая металлургия» Курган, 1984; научно-техническом семинаре «Применение порошковой металлургии для изго" товления деталей и инструмента» Москва, 1986; XVI Всесоюзной научно-технической конференции по порошковой металлургии, Свердловск, 1989; всесоюзном научно-техническом семинаре «Электрофизические техноло" гии в порошковой металлургии» Киев, ИПМ АН УССР, 1989; всесоюзной научно - технической конференции «Новые материалы и ресурсосбере' тающие технологии термической и химико-термической обработок дета" лей машин и инструмента», Махачкала, 1989; всесоюзной научно - техни" ческой конференции «Термообработка порошковых сталей» Курган, 1991; первом собрании металловедов России, Пенза, 1993; первом всероссий" ском семинаре «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в со" временном материаловедении», Москва, 1997.
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 48 работах, из них 1 монография. Получено 4 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5глав, общих выводов, списка использованной литературы и содержит 292 стра" ницы текста, 25 таблиц, 106 рисунков, 234 названия литературных источ" ников, приложение.