Билет 32

1. Особенности термической обработки порошковых материалов.

ТО - совокупность операций нагрева, выдержки при высоких Т и охлаждения в целях изменения структуры и обрабатываемости материала, улучшения сочетания его механических и физических свойств без изменения формы и размеров изделий. ТО является эффективным методом повышения физико-механических свойств и износостойкости стали.

Особенности:

- Специфические особенности спеченных сталей (пористость, неоднородность структуры, высокая окисляемость и др.) затрудняет использование технологических режимов ТО, разработанных для литых сталей, хотя основные закономерности процессов, происходящих при нагреве и охлаждении компактной стали, могут быть перенесены и на спеченные материалы.

ТО порошковых сталей имеет ряд особенностей, обусловленных прежде всего остаточной пористостью, а также химической и структурной неоднородностью.

- Остаточная пористость порошковых сталей оказывает влияние на рост зерна аустенита при нагреве сталей.

Наличие пор, а также особое строение контактных участков между исходными частицами порошков препятствуют росту зерна аустенита. Границы растущих зерен при встрече с порами блокируются ими и остаются неподвижными даже при длительной аустенизации.

- Повышенная дефектность порошковых сталей, большая флюктуация по углероду, наличие свободных поверхностей пор изменяют термодинамическое состояние порошковых сталей, повышают их свободную энергию и понижают работу образования зародышей новой фазы – аустенита.

2. Влияние степени обжатия при ПТМО и ВТМО на свойства сталей.

У порошковых материалов с повышением степени деформации увеличивается эффект их упрочнения, что связано с превалирующим влиянием повышения плотности(уменьшение или даже ликвидация пористости) над разупрочняющими процессами. В связи с этим при ТМО порошковых сталей в отличие от прокатанных компактных материалов, для которых оптимальными считаются средние степени обжатия (25 – 40%), целесообразно увеличить степень деформации до 80 – 90%. В ряде случаев рекомендуются степени обжатия, составляющие 90 – 95%.

В отличие от ВТМО при использовании холодной деформации по схеме ПТМО не следует применять очень высокие степени обжатия. Так, максимальная степень обжатия при прокатке пористых спеченных заготовок низколегированных сталей составляет 50%. Повышение степени обжатия при ПТМО способствует появлению трещин и других макродефектов. Однако в ряде случаев для относительно пластичных сталей степень обжатия может быть и 90%

Билет 33

1. Химико-термическая обработка как способ повышения свойств конструкционных материалов на основе железа.

ХТО порошковых сталей - обработка, связанная с изменением их химического состава как по всему объёму (в случае проницаемых изделий), так и по глубине сечения от поверхности, с целью получения изделий с различными свойствами на поверхности и в сердцевине. При ХТО пористых изделий происходит повышение твёрдости на поверхности изделий, поверхностью приобр-ся спец. свойств (повышенная коррозионной стойкости, жаростойкости и т. д.), а также залечивание пор и резкое возрастание свойств.

Распространёнными видами ХТО порошковых стальных изделий являются:

- цементация – насыщение изделий углеродом,

- азотирование – насыщение азотом,

- сульфидирование – насыщение серой и т. д.

- применяют также насыщение металлами: хромом, алюминием, титаном и др. (металлизация),

- несколькими элементами: цианирование – совместное насыщение углеродом и азотом, карбохромирование – углеродом и хромом, карбохромосилицирование – насыщение углеродом, хромом, кремнием.

Отличие порошковых изделий – большая глубина дифф. слоя (литые – 1мм, П<10% - до 3 мм, при сквозной П м.б. на всю глубину), возможно совмещение со спеканием (насыщ. с образованием структуры), а также уменьшение размера пор (залечивание).

Стадии ХТО:

1. Обогащение насыщающей среды атомами диффундирующего эл-та;

2. Адсорбция их и установление химической связи с атомами насыщаемого металла;

3. Диффузия-проникновение вглубь металла адсорбированных атомов (лимитирующая стадия).

Степень насыщенности зависит от концентрации поступающих атомов и от их скорости диффузии вглубь.

2. Технология получения САП.

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).