Влияние термической обработки на структуру и свойства псевдосплава порошковая углеродистая сталь – медный сплав, получаемого инфильтрацией

Представлены результаты исследований влияния режимов термической обработки (ТО) на изменение структуры и свойств псевдосплавов сталь – медный сплав, получаемых инфильтрацией. Показано, что в зависимости от состава и исходной плотности стального каркаса прочность материала повышается в 1,3–1,8 раза. Эффект упрочнения реализуется при содержании углерода в стальном каркасе 0,3–1,5 % и достигается вследствие изменения структуры и фазового состава стальной основы и медной фазы. Установлено, что в процессе выдержки при нагреве под закалку и при отпуске происходит перераспределение углерода в железной фазе, которое более выражено в каркасе псевдосплава из среднеуглеродистой стали. Отмечено образование в зернах каркаса «корковой» структуры, при этом в каркасе из среднеуглеродистой стали это происходит при температуре отпуска 200 °С, из низкоуглеродистой – при 500–650 °С. В каркасе из высокоуглеродистой стали расслоение по углероду в теле зерна менее выражено. Повышение прочности псевдосплавов при температурах отпуска 500–650 °С связано с образованием α′-фазы, выпадением карбидной фазы Fe₃C и метастабильной фазы Fe₂C в железной фазе, а также с выделением дисперсных фаз Fe₄Cu₃, η-Cu₆Sn₅ и δ-Cu₃Sn₈ в медной фазе. Благодаря выделению фаз микротвердость инфильтрата в виде меди в псевдосплавах после отпуска при 550 °С повысилась с 820–880 по 950–980 МПа, в виде оловянной бронзы – с 1450 по 1750 МПа. Применение термической обработки приводит к повышению не только прочности, но и триботехнических свойств псевдосплава: коэффициент трения псевдосплава с каркасом плотностью 80 % из стали ПК80 снижается до 0,008–0,009, предельное давление схватывания возрастает в 2 раза и более чем в 2,5 раза повышается износостойкость.

1. Ермаков, С.С. Порошковые стали и изделия / С.С. Ермаков, Н.Ф. Вязников. – М.: Машиностроение, 1990. – 319 с.

2. Шатт, В. Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы / В. Шатт. – М.: Металлургия, 1983. – 520 с.

3. Гуревич, Ю. Г. Термическая обработка порошковых сталей / Ю.Г. Гуревич, В. И. Рахманов. – М.: Металлургия, 1985. – 80 с.

4. Гревнов, Л.М. Некоторые особенности термической обработки спеченных пористых сталей / Л. М. Гревнов // Порошковая металлургия. – 1998. – №11/12. – С. 16–19.

5. Некоторые особенности термической обработки порошковых материалов на основе железа / Н.Г. Крашенинников [и др.] // Вестн. Казан. технол. ун-та. – 2013. – Т. 16, № 21. – С. 128–130.

6. Влияние термической обработки на изменение механических свойств металлокерамической композиции на основе железа / А.В. Людаговский [и др.] // Вестн. МГСУ. – 2013. – № 6. – С. 117–122.

7. Павлов, В.А. Перспективные технологические процессы порошковой металлургии / В.А. Павлов, А.П. Ляшенко, М.И. Носенко // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2008. – №1. – С. 30–33

8. Исследование уплотнения при деформации пористых материалов / Н.А. Шестаков [и др.] // Изв. Тул. госуд. ун-та. Техн. науки. – 2011. – Вып. 3. – С. 440–448.

9. Тучинский, Л. И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки / Л.И. Тучинский. – М.: Металлургия, 1986. – 208 с.

10. Дьячкова, Л.Н. Исследование влияния методов получения на структуру и свойства инфильтрированного материала на основе железа / Л.Н. Дьячкова // Материалы, технологии, инструменты. – 2007. – Т. 12, № 2. – С. 60–63.

11. Pelletiers, T.W. Copper-Infiltrated Steels / T.W. Pelletiers, W.K. Daye // ASM Handbook. – ASM International, Materials Park, OH, 1998. – Vol. 7: Powder Metallurgy / eds.: P. Samal, E. Klar. – P. 326–330. https://doi.org/10.31399/asm.hb.v07.a0006076

12. Термообработка порошковых сталей / С. И. Богодухов [и др.] // Вестн. ОГУ. – 2004. – №5. – С. 150–153.

13. Теплофизические свойства псевдосплава железо-медь / С.В. Демидков [и др.] // Порошковая металлургия. – 1992. – №10. – С. 38–42.

14. Особенности текстурирования при холодной прокатке псевдосплавов / Р.В. Минакова [и др.] // Порошковая металлургия. – 2000. – №1/2. – С. 88–96.

15. Влияние инфильтрации и горячей штамповки на свойства порошковых железо-медных материалов: компьютерное моделирование и эксперимент / Л.Н. Дьячкова [и др.] // Новейшие технологии в порошковой металлургии и керамике: материалы Междунар. конф., Киев, 8–12 сент. 2003 г. – Киев, 2003. – С. 152–153.

16. Смышляева, Т.В. Изотермический распад переохлажденного аустенита в псевдосплавах хромоникелевая стальмедь / Т.В. Смышляева, А.А. Шацов // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2000. – №1. – С. 11–14.

17. Гуревич, Ю. Г. Кинетика превращения аустенита в порошковой стали ЖГр1Д3 до и после пропитки медью / Ю. Г. Гуревич, А. Г. Ивашко, И.Ф. Паньшин // Изв. вузов. Черная металлургия. – 1985. – №11. – С. 139–140.

18. Дьячкова, Л.Н. Влияние термической обработки на структуру и свойства инфильтрированных материалов на основе порошковых углеродистых сталей / Л.Н. Дьячкова, Л.Ф. Керженцева // Перспективы развития поверхностного и объемного упрочнения сплавов. – Минск: БНТУ, 2004. – С. 161–164.

19. Дьячкова, Л.Н. Закономерности формирования структуры псевдосплавов системы порошковая сталь – медный сплав, получаемых инфильтрацией / Л. Н. Дьячкова, П.А. Витязь // Доклады Нац. акад. наук Беларуси. – 2012. – Т. 56, №5. – С. 106–114.

20. Шацов, А.А. Особенности структуры метастабильных псевдосплавов «сталь – медь» / А.А. Шацов // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2007. – №6. – С. 21–24.

21. Маликов, Л. С. Использование принципа получения метастабильного аустенита, регулирования его количества и стабильности при разработке экономнолегированных сплавов и упрочняющих обработок / Л.С. Маликов // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1996. – №2. – С. 35–39.

22. Колачев, Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Б.А. Колачев, В. А. Ливанов. – М.: Металлургия, 1981. – 416 с.

23. Новиков, И.И. Теория термической обработки металлов / И.И. Новиков. – М.: Металлургия, 1986. – 480 с.

24. Hendrickson, A.A. Impact forging of sintered steel performs / A. A. Hendrickson, P. M. Machmeier, D.W. Smith // Powder Metallurgy. – 2000. – Vol. 43, № 4. – P. 327–344.