Повышение механических свойств горячедеформированных порошковых сталей

^∗∗∗ The research is done within the frame of the independent R&D.

деформация. Для того, чтобы использовать аналитическое описание процесса уплотнения и развития контактной поверхности, полученное для сферической формы металлических частиц, экспериментальная часть исследования выполнялась с применением в качестве исходного материала железного порошка марки Atomet 4601 [7].

Экспериментальная часть . Образцы изготовлялись по следующей технологии: статическое холодное прессование (интервал значений исходной пористости 12-40 %), горячая допрессовка при температурах 950-1150°С (остаточная пористость<0,5%), объемная деформация в закрытом штампе в том же интервале температур. Из призматических прессовок вытачивались образцы с рабочей частью диаметром 5 мм для испытаний на статическое растяжение при комнатной температуре (ГОСТ 1497) и при охлаждении до -120°С. Во втором случае использовали методику испытаний, описанную в [8]. Криостат заполнялся смесью жидкого азота и петролеумного эфира. В процессе хрупкого низкотемпературного разрушения не происходит образования шейки, сопровождающее разрушение при комнатной температуре, что повышает точность определения площади контактного сечения.

Результаты низкотемпературного разрушения представлены на рис. 1. Значения низкотемпературного предела прочности практически не зависят от значения исходной пористости, которая варьировалась в отмеченном выше интервале. Механические свойства при комнатной температуре определялись на образцах с исходной пористостью 30%, являющейся оптимальной для используемой марки порошка [9].

Обращает на себя внимание тот факт, что с повышением температуры горячей допрессовки низкотемпературный предел прочности увеличивается, и при 1150°С его значение составляет 850 МПа независимо от исходной пористости.

Рис.1. Зависимость предела прочности ГДПМ при 20 ° С (1) и 20 ° С (2), относительного удлинения (3), относительного сужения (4) и контактного сечения с незавершенным сращиванием (5) от температуры горячей допрессовки

С повышением температуры горячей допрессовки наблюдается повышение как прочности, так и пластичности ГДПС (линии 2-4). Максимум механических свойств достигается при 1150°С. Это обстоятельство позволяет рассматривать образец, полученный при этой температуре, в качестве эталона, характеризующего завершение процесса формирования внутрикристаллитного сращивания на всей контактной поверхности. Факт ярко выраженной зависимости низкотемпературного предела прочности ГДПС от температуры горячей допрессовки может быть объяснен следующим образом. Образцы получены в условиях горячего уплотнения в закрытой матрице и имеют одинаковую остаточную пористость до 0,5%. Так как в данных условиях уплотнения площадь контактного сечения является функцией пористости и совпадает по величине с площадью номинального поперечного сечения, то отмеченное отличие ГДПС в значениях предела прочности связано с незавершенностью межчастичного сращивания на определенном участке контактной поверхности, выпадающей из несущего внешнее нагружение сечения. Сопоставление значений низкотемпературного предела прочности у ГДПС, полученного при различных температурах горячей допрессовки, и эталона позволяет количественно определить относительную долю контактного сечения с незавершенным сращиванием (ai0) (рис.1, линия 5).

ai0=1- ствi/Gэ, где аи — низкотемпературный предел прочности ГДПС; аэ — низкотемпературный предел прочности эталона.

Наличие в структуре ГДПС участков контактной поверхности с незавершенным сращиванием следует рассматривать как элемент, облегчающий разрушение и, следовательно, играющий роль концентратора напряжений. Повышение уровня механических свойств ГДПС возможно путем устранения отмеченного структурного элемента в результате дополнительной обработки давлением порошкового образца [10]. Для проведения этой операции горячедеформированные образцы подвергались механической обработки для создания необходимого бокового зазора между ними и стенками матрицы и затем деформировались в горячем состоянии объемной штамповкой. Степень дополнительной горячей деформации определялась зазором между матрицей и образцом. Результаты исследования показаны на рис. 2.

Егоров М.С. и др. Повышение механических свойств горячедеформированных порошковых сталей

Рис.2. Зависимость механических свойств ГДПС от степени дополнительной пластической деформации: 1, 2 — -120 ° С (1); 3,4 — 20 ° С; 1,2,3 — а в ; 4 — у

Кривая 1 относится к ГДПС, горячая допрессовка которого проводилась при 1100°С, кривые 2-4 соответствуют ГДПС, полученному при 950°С. Дополнительная объемная деформация проводилась при 1000°С.

Обсуждение и результаты. Скачкообразное увеличение прочности и пластичности материала, наблюдаемое при степени деформации 2,5%, свидетельствует о завершении сращивания. При этой степени деформации низкотемпературный предел прочности достигает эталонное значение, которое на меняется при дальнейшем деформировании. Отмеченное значение степени дополнительной пластической деформации может быть истолковано как критическая величина, характеризующая минимальную степень деформирования, достаточную для завершения сращивания на всей контактной поверхности. Эта величина является функцией температуры горячей допрессовки, с повышением которой она монотонно уменьшается. Так при проведении горячей допрессовки пористой заготовки при 1100°С критическая степень деформации составляет 1,5%.

Выводы. Таким образом, дополнительная обработка давлением горячедеформированных порошковых сталей может быть предложена не только для формоизменения, но и для повышения уровня их механических свойств. Степень пластической деформации зависит от относительной площади контакного сечения с незавершенным при горячей допрессовки межчастичным сращиванием.