5.5. Порошковые легированные конструкционные стали.

Порошковые конструкционные детали на основе легированных сталей могут быть изготовлены прессованием и спеканием легированных порошков и гранул, смесей порошков железа с порошками легирующих элементов, а также пропиткой жидкими металлами пористых спеченных заготовок и диффузионным насыщением при высоких температура.

В качестве легирующих элементов применяют никель, медь, хром, молибден и др. Роль каждого из них определяется количественным отношением легирующего элемента к железу и к другим легирующим элементам, а также отношением к оксидам, представляющим в большинстве случаев межчастичные границы.

При большем сродстве к кислороду по сравнению с железом легирующие элементы могут образовывать оксиды, сульфиды и другие неметаллические соединения.

По отношению к находящемуся в стали углероду легирующие элементы делятся на:

• карбидообразующие и

• графитообразующие.

Карбидообразующие элементы (титан, ванадий, вольфрам, молибден, хром, марганец) с углеродом образуют специальные карбиды, более прочные и устойчивые, чем карбид железа (цементит). Титан образует самые устойчивые и прочные карбиды; марганец является самым слабым карбидообразующим элементом, но его карбид более прочен, чем карбид железа. Чем прочнее и устойчивее карбид, тем при более высокой температуре он растворяется в аустените, например при закалке, и труднее выделяется из мартенсита при отпуске закаленной стали.

Карбиды в стали на своей основе образуют твердые растворы с железом и другими карбндообразующими элементами. Так, в хромомарганцовистой стали вместо чистого карбида хрома Сr₂₃С₆ образуется карбид (Cr, Mn, Fe)₂₃C₈, содержащий в растворе железо и марганец. Карбиды, имеющие одинаковую химическую формулу, взаимно растворяются, вследствие чего образуется - один общий карбид. Поэтому для карбидов, встречающихся в сталях, принято следующее обозначение: MgC, M₂₃C₆, М7С3, M₆C, МС₇ М₂С, где под М подразумевается сумма карбидообразующих металлических элементов.

Графитообразующие элементы (кремний, алюминий, медь, никель и кобальт) с углеродом не образуют карбиды и понижают устойчивость карбидов других элементов, особенно карбида железа, способствуя его распадению на феррит и углерод отжига (графит). Самым сильным графитообразующим элементом является кремний, а самым слабым — кобальт. Чем сильнее графитообразующее действие элемента, тем меньше его нужно для разрушения карбидов, т.е. для графитизации стали.

Важное значение имеет влияние легирующих элементов на кинетику залечивания пор и других дефектов кристаллической структуры, а также на усадку порошковых сталей.

Для увеличения усадки и повышения механических свойств порошковых изделий целесообразно вводить в порошковую смесь элементы, образующие при спекании с железом легкоплавкие эвтектики, жидкие растворы и т. п., которые активизируют процесс спекания. Лучшие же результаты достигаются при комплексном легировании углеродом, медью, никелем, молибденом и другими элементами. Так, добавка меди совместно с фосфором компенсируем разницу в усадке, а добавка никеля снижает температуру и время спекания.

Установлено, что никель, а также ряд других элементов и особенно медь (в жидком состоянии) способствуют «рассасыванию» межчастичных границ, образованию между частицами металлического контакта, прохождению собирательной межчастичной рекристаллизации, что, с одной стороны, повышает механические свойства спеченных изделий, а с другой, — понижает устойчивость аустенита против роста его зерна как в процессе спекания, так и при изотермических выдержках при нагреве под закалку. Наоборот, такие элементы, как хром, кремний, марганец, имея на поверхности частиц трудновосстановимые оксиды, препятствуют сращиванию частиц, и для прохождения межчастичной рекристаллизации необходимо применение остро осушенных и хорошо очищенных от кислорода и влаги сред спекания. В связи этим целесообразным является одновременное легирование порошковых материалов карбидообразующими и некарбидообразующими элементами путем введения их в порошковую смесь в виде порошков (гранул) лигатур типа CuSi, CuMn, MnNi, X30 а т. п.

Введение порошковых лигатур при спекании может обеспечивать в течение определенного времени наличие жидкой фазы, что способствует увеличению усадки, получению более однородной структуры и повышению механических свойств. На конечную усадку оказывают влияние превращения, происходящие при охлаждении.