Термическая обработка порошковых сталей

Для порошковых сталей возможно применение различных видов тер­мической обработки. Наличие пористости в изделиях вызывает необходи­мость ряда условий: нагрев под закалку необходимо вести в защитных средах или вакууме время нагрева и время выдержки должно быть на 20-30 % боль­ше, чем для литых сталей аналогичного состава, вследствие пониженной те­плопроводности необходимы повышенные скорости охлаждения.

Принципиальное отличие закалённых порошковых сталей от беспорис­тых состоит в том, что если твёрдость у порошковых сталей после закалки повышается (как в беспористых сталях соответствующего химического соста­ва), то прочность либо повышается несущественно по отношению к спечён­ному состоянию, либо даже несколько понижается. В порошковых сталях при закалке на величину и распределение закалочных напряжений будут ока­зывать влияние поры, межчастичные границы, химическая неоднородность. Это влияние проявляется в крайне неравномерном распределении в изделиях внутренних напряжений, появлении их пиков в устьях пор и других дефектах структуры, что снижает вязкость и способствует хрупкому разрушению.

Повышение прочности в закалённых сталях происходит только после отпуска с температур, обеспечивающих снятие закалочных напряжений. Ус­тановлено, что максимальная прочность закаленных порошковых сталей дос­тигается после проведения отпуска в интервале температур 200-450 °С.

Скорость охлаждения при термической обработке оказывает решающее влияние на структуру и свойства изделий, поэтому она строго устанавливает­ся в зависимости от назначения обработки и требований, предъявляемых к термически обрабатываемым изделиям. При закалке в масле твёрдость ниже, чем при закалке в воде, но наблюдается повышение прочности. Объясняется это тем, что более «мягкая» закалка в масле снижает величину и неоднород­ность внутренних напряжений и обеспечивает более устойчивое состояние структуры по сравнению с закалкой в воде. Охлаждение в масле при закалке в большинстве случаев не обеспечивает получение мартенситной структуры, а соответственно высокой прочности и твёрдости.

Преимущество воды в качестве закалочной жидкости заключается в том, что она, обладая высокой охлаждающей способностью в интервале тем­ператур 650-550 °С, подавляет диффузионное превращение аустенита в об­ласти его минимальной устойчивости.

Это свойство воды является особенно ценным для порошковых сталей в связи с пониженной устойчивостью аустенита. Одновременно повышенная охлаждающая способность воды в области температур 300-100 °С не обеспе­чивает равномерного охлаждения, способствует появлению в закалённых из­делиях внутренних трещин, а также трещин и «мягких» пятен на поверхно­сти.

Температура нагрева при термической обработке оказывает большое влияние на структуру и свойства обрабатываемых порошковых сталей, по­этому она устанавливается в зависимости от состава стали, её пористости и назначения обработки. Температура нагрева под закалку для углеродистых и низколегированных сталей выше точки Ас₃ на 60-80 °С. Оптимальная темпе­ратура отпуска связана также с пористостью, с увеличением пористости ста­лей температура отпуска повышается.

Порошковые стали из-за наличия пор имеют повышенную склонность к коррозии по сравнению с литыми сталями. Снижение коррозии порошко­вых сталей достигается проведением термической обработки, например, в соляных ваннах. а также за счёт введения операций пассивации и маслопропитки после термической обработки (таблица 3).

Таблица 3 - Технология термической обработки спечённых сталей

№	Наименование операций	Среда	Темпе­ратура, °С	Время, мин.
1	Ванна нагрева деталей	Соляная ванна состава 75-80 % ВаС12 + 25-20 % NaCl	760-950	В зависимо­сти от разме­ров и массы
2	Ванна закалки	Вода + 0,5 % NaCl или масло		1-2
3	Участок сушки после закалки	Сжатый подогретый воздух	70-100	3-6
4	Ванна отпуска	50 % KN0.5 + 50 % NaNCb	160-500	9-18
5	Первая отмывка	Вода + 1 % Na2C03	90-100	3-6
6	Вторая отмывка	Вода	90-100	3-6
7	Пассивация	Вода + 4-5 % NaNCb +1-1.5 % Na2C03	90-100	3-6
8	Сушка		100-120	3-6
9	Ванна пропитки	Масло И-20	80-90	3-6
Примечание - Время 3-6 минут в зависимости от размеров деталей

Проведённые коррозионные испытания показали, что скорость корро­зии порошковых изделий различной пористости при относительной влажно­сти воздуха 90 % практически равна скорости коррозии аналогичных порош­ковых материалов после спекания. Установлено, что и после длительного хранения коррозионная стойкость термообработанных в соляных расплавах порошковых материалов сравнима с коррозией аналогичных материалов по­сле спекания.

Сравнительные исследования различных защитных сред при термиче­ской обработке порошковых сталей позволяют сделать заключение, что при нагреве порошковых сталей в соляных ваннах свойства их выше и стабиль­нее, чем при применении газовых защитных атмосфер. Кроме того, время термической обработки с использованием соляных ванн в 4-6 раз меньше и операция выполнения термической обработки легко поддаётся автоматизации.