Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.16.06 – Порошковая металлургия и
композиционные материалы. — Национальный исследовательский
технологический университет «МИСиС». — Москва, 2010. — 46 с.
Научный консультант - доктор технических наук, профессор,
член-корреспондент РАН Костиков В.И.
Целью работы являлось изучение возможностей
получения порошковых сталей с повышенными эксплуатационными и
механическими свойствами путем использования различных
углеродсодержащих компонентов (УСК) в порошковой шихте,
совершенствованием существующих процессов порошковой металлургии, а
также применением электроконтактного спекания, горячей штамповки,
оптимизации термической обработки и применением многокомпонентного
диффузионного насыщения порошковых сталей.
Научная новизна
Установлена взаимосвязь между степенью графитации УСК и скоростью изменения объемной усадки образцов железо-углеродных композиций, выражающаяся в увеличении скорости усадки с увеличением степени графитации, что приводит к образованию перлита в спеченном материале с требуемыми параметрами структуры.
Установлено влияние степени графитации УСК на процесс спекания железо-графитовых композиций, которое проявляется в изменении механизма спекания при применении нетрадиционных УСК в случае спекания в присутствии искусственного графита и высокотемпературного пека лимитирующей стадией является поверхностная диффузия, в присутствии пироуглерода и традиционно применяемого естественного графита – объемная диффузия и вязкое течение.
Впервые экспериментально исследована кинетика электроконтактного спекания железо-графитовых композиций и показано, что низкая остаточная пористость образцов достигается вследствие реализации механизма жидкофазного спекания на первой стадии.
Установлен синергетический эффект при многокомпонентном насыщении порошковых сталей, проявляющийся в увеличении толщины диффузионного слоя за счет того, что интегральный коэффициент диффузии насыщающих элементов (Cr, Al, Si), на порядок выше, чем парциальные коэффициенты диффузии отдельных компонентов.
Практическая значимость
Разработаны технологические схемы получения порошковых железоуглеродистых сталей при использовании в качестве углеродсодержащего компонента высокотемпературного пека и искусственного графита. Оптимизированы режимы смешивания, прессования и спекания, в результате чего получены изделия с оптимальным сочетанием прочности и пластичности.
Разработана технология термоциклической обработки порошковых сталей при введении в шихту углеродных материалов различной природы, которая обеспечивает получение заданной структуры перлита и соответствующих физических и механических свойств.
Разработана усовершенствованная технология ХТО многокомпонентного диффузионного насыщения порошковых сталей, которая внедрена на ООО «ДОНКАРБ Графит» и на ОАО «НЗС» в серийное производство деталей «стакан» и «втулка» центробежного насоса для перекачки агрессивных жидкостей, в результате внедрения повысилась коррозионная стойкость деталей в 5 раз, а износостойкость в 3 раза.
Оптимизированы режимы многокомпонентного диффузионного насыщения, разработаны рекомендации по выбору скорости нагрева, температуры и времени диффузионного насыщения с учетом пористости заготовок, содержания углеродсодержащего компонента, последовательности технологических операций при получении изделий из порошковых сталей.
Разработаны оптимальные режимы высокочастотного нагрева горячештампованных порошковых сталей в процессе многокомпонентного насыщения, обеспечивающие получение равномерных по толщине диффузионных зон заданного состава. Внедрение технологии на ЗАО «ГРАФИ» для детали «вкладыш» пресс-формы при изготовлении тиглей для газового анализа позволило повысить износостойкость в 3 раза.
Внедрена технология горячей штамповки с последующим многокомпонентным диффузионным насыщением детали «насадка специальная» для мундштучного прессования электродов среднего и малого сечения на ОАО «НЭЗ», что увеличило срок службы детали в 2 раза.
Научная новизна
Установлена взаимосвязь между степенью графитации УСК и скоростью изменения объемной усадки образцов железо-углеродных композиций, выражающаяся в увеличении скорости усадки с увеличением степени графитации, что приводит к образованию перлита в спеченном материале с требуемыми параметрами структуры.
Установлено влияние степени графитации УСК на процесс спекания железо-графитовых композиций, которое проявляется в изменении механизма спекания при применении нетрадиционных УСК в случае спекания в присутствии искусственного графита и высокотемпературного пека лимитирующей стадией является поверхностная диффузия, в присутствии пироуглерода и традиционно применяемого естественного графита – объемная диффузия и вязкое течение.
Впервые экспериментально исследована кинетика электроконтактного спекания железо-графитовых композиций и показано, что низкая остаточная пористость образцов достигается вследствие реализации механизма жидкофазного спекания на первой стадии.
Установлен синергетический эффект при многокомпонентном насыщении порошковых сталей, проявляющийся в увеличении толщины диффузионного слоя за счет того, что интегральный коэффициент диффузии насыщающих элементов (Cr, Al, Si), на порядок выше, чем парциальные коэффициенты диффузии отдельных компонентов.
Практическая значимость
Разработаны технологические схемы получения порошковых железоуглеродистых сталей при использовании в качестве углеродсодержащего компонента высокотемпературного пека и искусственного графита. Оптимизированы режимы смешивания, прессования и спекания, в результате чего получены изделия с оптимальным сочетанием прочности и пластичности.
Разработана технология термоциклической обработки порошковых сталей при введении в шихту углеродных материалов различной природы, которая обеспечивает получение заданной структуры перлита и соответствующих физических и механических свойств.
Разработана усовершенствованная технология ХТО многокомпонентного диффузионного насыщения порошковых сталей, которая внедрена на ООО «ДОНКАРБ Графит» и на ОАО «НЗС» в серийное производство деталей «стакан» и «втулка» центробежного насоса для перекачки агрессивных жидкостей, в результате внедрения повысилась коррозионная стойкость деталей в 5 раз, а износостойкость в 3 раза.
Оптимизированы режимы многокомпонентного диффузионного насыщения, разработаны рекомендации по выбору скорости нагрева, температуры и времени диффузионного насыщения с учетом пористости заготовок, содержания углеродсодержащего компонента, последовательности технологических операций при получении изделий из порошковых сталей.
Разработаны оптимальные режимы высокочастотного нагрева горячештампованных порошковых сталей в процессе многокомпонентного насыщения, обеспечивающие получение равномерных по толщине диффузионных зон заданного состава. Внедрение технологии на ЗАО «ГРАФИ» для детали «вкладыш» пресс-формы при изготовлении тиглей для газового анализа позволило повысить износостойкость в 3 раза.
Внедрена технология горячей штамповки с последующим многокомпонентным диффузионным насыщением детали «насадка специальная» для мундштучного прессования электродов среднего и малого сечения на ОАО «НЭЗ», что увеличило срок службы детали в 2 раза.