Порошковые углеродистые конструкционные стали.

Под конструкционными порошковыми сталями понимаются сплавы, используемые для замены литых и кованых сталей при изготовлении различного рода деталей машин и приборов методами порошковой металлургии.

Для обозначения конструкционных порошковых сталей принята следующая маркировка. Первый буквенный индекс характеризует класс материала: П — что сталь получена методом порошковой металлургии, а второй К — конструкционная сталь. Первый числовой индекс после буквы П означает среднее содержание углерода в сотых долях процента (свободный углерод не должен превышать 0,2%). Следующие за первым числом буквы обозначают следующие легирующие элементы: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, К — кобальт, М — молибден, Н — никель, П — фосфор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц — цирконий. Цифры после символов элементов означают их среднее содержание в процентах, отсутствие цифры указывает на то, что массовая доля легирующего элемента не превышает одного процента.

Условное обозначение таких материалов состоит из букв и цифр, например: сталь порошковая конструкционная медноникелевая со средней массовой долей углерода 0,4 %, никеля 2 %, меди 2 % и минимальной плотностью 6400 кг/м3 в соответствии с ГОСТ 28378-89 будет иметь следующее обозначение: ПК40Н2Д2-64.

В табл. 10 приведены составы наиболее широко применяемых порошковых сталей.

Таблица 10.

Химические составы (масс. %, основа — железо) конструкционных порошковых материалов по ГОСТ28378–89

Таблица 11

Механические свойства конструкционных порошковых материалов на основе железа.

В зависимости от условий работы конструкционные детали подразделяется на ненагруженные, малонагруженные, средне-нагруженные и сильно нагруженные. Условиями их работы определяются материал и технология их изготовления. Так, первые две группы изготавливаются на основе порошков железа с графитом и железа с чугуном однократным, прессованием и спеканием, а их пористость задается условиями работы. Эти же стали могут применяться и для изготовления средненагружениых деталей, но при пористости не более 10-12%.

Тяжело нагруженные, а также отдельные виды средненагружениых деталей изготавливаются на основе легированных сталей с использованием сложной технологий.

Углеродистые порошковые стали и стальные изделия могут быть получены путем непосредственного введения в железный порошок углерода в виде графита, сажи, или чугунного порошка, а также посредством науглероживания изделий в процессе спекания или их цементации после спекания. Наиболее распространенным является метод введения в порошковую смесь графита. Однако из-за неравномерного распределения графита по объему смеси стали, полученные на основе механических смесей, отличаются неравномереным распределением углерода в аустените, а в спеченном состоянии непостоянством соотношении структурные составляющих. Этот недостаток можно устранить путем замены традиционного графита наноуглеродом при соблюдении соответствующей технологии его ввода. Наиболее насыщенные углеродом микрообъемы аустенита располагаются вблизи графитовых включений, что способствует появлению в структуре спеченной стали свободного избыточного цементита и феррита в соотношениях, не соответствующих диаграмме состояния железо—углерод.

Независимо от метода введения углерода в порошковые стали углерод повышает прочность, но снижает пластичность. Наибольшей прочностью обладают стали со структурой после спекания тонкодисперсного перлита, исходные смеси которых содержат 0,8-1,0% графита.

К основным факторам, определяющим структуру и свойства порошковых углеродистых сталей, относятся температура, время и среда спекания. При содержании в смеси графита до 1,0-1,2% оптимальная температура спекания составляет 1200-1150°С, при содержании графита выше 1,2-1,5% — 1150-1050°С. Время спекания в зависимости от размеров садки и изделий составляет 1-4 ч. В качестве среды спекания применяются углеродосодержащие газы, диссоциированный аммиак и др. При использовании твердых сред применяют засыпки из крупки древесного угля, отработанного карбюризатора, чугунной стружки. Несмотря на сравнительно высокие прочностные свойства углеродистых порошковых сталей, изделия из них отличаются нестабильностью свойств из-за высокой чувствительности процесса формирования структуры и свойств сталей при спекании к воздействию внешних технологических факторов, что является большим недостатком в условиях массового производства.