Получение железных порошков из природно-легированного сырья. Физико-химические основы
Буланов В.Я.,Ухов В.Ф.
Наука, 1978 г.
СОСТАВ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНО-ЛЕГИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ПОРОШКОВ
7.1. Свойства материалов
Материалы на основе 17ГСи 18ХСНД. Из исследуемых порошков изготавливались спеченные материалы без добавки и с добавками углерода в виде графита марки С—1 в количестве 1— 3 мас.%. Шихта перемешивалась в течение 4 ч (32 об/мин) и из нее прессовались двусторонним прессованием образцы при удельном давлении прессования от 10 до 1 • 103 кгс/см2 (через 1 • 103 кгс/см2), которые спекались в среде водорода при точке росы —41—45° С в течение 2 ч при температурах 900, 1000, 1100, 1200 и 1300° С без засыпки и с засыпкой окисью алюминия с добавкой до 5 мае. % сажи.
Образцы с пористостью менее 5% изготавливались двукратным прессованием и спеканием (первое прессование при 7,0 • 103 кгс/см2, спекание при 900° С, допрессовка при 7,0—9,0-103 кгс/см2 и вновь спекание при оптимальных для данной шихты температуре).
Режимы изготовления образцов, представленные в табл. 28, рассчитывались и подбирались по разработанным методикам [118, 122, 127, 128].
Для сравнения исследовались свойства материалов, изготовленных на основе нелегированного железного порошка марки ПЖ2М.
В процессе изготовления образцов исследовалась прессуемость порошков, которая, как известно, определяется двумя характеристиками: уплотняемостью и формуемостью.
Уплотняемость порошков различна. Для получения одинаковой плотности и пористости образцов несколько большие давления необходимо прикладывать к легированным железным порошкам.
Так, при давлениях прессования 1,0—3,0-103 кгс/см2 кривые прессуемости порошка ППЛ-18ХСНД лежат выше кривых прессуемости порошков ППЛ-15ГС на 0,5—1,0-103 кгс/см2, что объясняется повышенным значением насыпного веса порошка ППЛ-18ХСНД.
При удельных давлениях прессования выше 3,5-103 кгс/см2 кривые прессования порошков ППЛ-15ГС и ППЛ-18ХСНД лежат ниже кривой прессования порошка ПЖ2М на 0,5—1,0-103 кгс/см2, что объясняется большей твердостью частиц природно-легирован-ного железного порошка. Отжиг исследуемых порошков в водороде улучшает их уплотняемость.
Результаты испытаний на формуемость показали, что величина максимальной плотности, при которой грани брикета не имели сколов, трещин и следов осыпания для всех порошков, одинакова и имеет значение 7,2 г/см3. Значения минимальной плотности 3,2— 3,7 г/см3 для природно-легированных железных порошков показывают на их несколько меньшую формуемость по сравнению с порошком ПЖ2М, что объясняется большей прочностью частиц и менее разветвленной их формой.
Исследование упругого последействия порошков показало, что самым низким упругим последействием обладают порошки ПЖ2М из-за различия размеров, формы, строения и твердости частиц.
Исследование усадки образцов в процессе спекания производи, лось путем спекания образцов при различных температурах в интервале 1000—1250° С в среде остросушенного водорода в течение 2 ч. Анализ результатов показал, что с увеличением пористости образцов усадка увеличивается для всех исследуемых порошков вне зависимости от их состава и режима.
Для исследования физико-механических свойств материалов экспериментально были выбраны оптимальные режимы изготовления, материалов на основе этих порошков с различной пористостью.
Результаты исследования свойств приведены на рис. 32—36.
Для определения предела прочности на разрыв образцам была придана форма типа восьмерки, при испытании на изгиб, срез, ударную вязкость применяли образцы размером 5 X 10 X 55 мм, на. сжатие — диаметром 13 мм и высотой 15 мм.
Испытания образцов на одноосное сжатие, растяжение, изгиб, срез показывают, что предел прочности для материалов на основе
^легированных железных порошков выше этих же характеристик ^материала на основе нелегированного железного порошка. ' Таким образом, показано, что железные порошки, полученные [комбинированным восстановлением из окалины проката природно-^легированных сталей обладают удовлетворительными технологическими характеристиками, позволяющими изготавливать на их осно-гве материалы заданной пористости и плотности при режимах, близких к режимам изготовления материалов на основе нелегирован-|ных железных порошков. Механические свойства материалов на .основе легированных железных порошков выше по сравнению с нелегированными и искусственно-легированными.
Износостойкость материалов на основе природно-легированных железных порошков .
На основе исследуемых порошков были изготовлены железографитовые вкладыши подшипников скольжения, для чего приготавливалась шихта из 96,2 мае. % порошка + 3,0 мае. % С + 0,8 мае. % стеарата цинка.
Вкладыши прессовались и спекались по режимам, указанным выше для данной шихты.
Исследование износостойкости втулок велось на машине МИ-1 в течение 100 ч при удельном давлении 25 кгс/см2.
Износ определяется методом отпечатков [116]. Перед исследованием было произведено три накола алмазным индентером на приборе ТП линии касания вкладыша с контртелом.
Через каждый час износа проводились замеры диагоналей отпечатков всех трех наколов. По размерам и расчетам трех отпечатков был определен средний износ и построены графики износа (рис. 37).
Из графика видно, что вкладыши на основе порошка ППЛ-15ГС имеют значительно меньший износ, чем на основе порошка ПЖ2М.
В процессе приработки чистота поверхности вкладышей из природно-легированного железного порошка установилась 3 класса против 7 класса у образцов из нелегированного железного порошка с соответственным увеличением чистоты поверхности контртела до 10 класса против 9 класса у контртела, работавшего в паре с нелегированным материалом.
Коэффициент трения, возникающий при трении о контртело материала из порошка ППЛ-15ГС ниже со сравнимым материалом. Подобные же результаты дает исследование износостойкости материала на основе ППЛ-18ХСНД, РКПХ, РПХ.
Результаты исследований говорят о том, что на основе природно-легированных железных порошков можно создать антифрикционный материал с повышенной износостойкостью.