Порошковые стали специального назначения.

Использование порошковых материалов для изготовления изделий, эксплуатируемых в экстремальных условиях, обусловило необходимость создания сталей и сплавов, работающих при повышенных нагрузках, в условиях воздействия коррозионных сред, пониженных и повышенных температур. К числу таких порошковых материалов относятся мартенситностареющие, антикоррозионные и другие стали.

Мартенситностареющие порошковые стали. Мартенситностареющие порошковые стали относятся к разряду высокопрочных сталей, которые по своим свойствам не уступают литым и кованым сталям соответствующего состава. Возможность введения в них повышенного содержания титана (до 2-3%) позволяет увеличить их прочность до 2000 МПа при относительном удлинении 2-3% и ударной вязкости а_н = 300-400 кДж/м².

В мартенситностареющих сталях общим является низкое содержание углерода (не более 0,03%), суммарное содержание кремния и марганца не более 0,2% (допустимое содержание каждого из них не более 0,12%), низкое содержание серы и фосфора (не более 0,01% каждого). В табл. 12 приведены составы и свойства некоторых порошковых мартенситностареющих сталей.

Таблица 12.

Состав и свойства мартенситностареющих порошковых сталей, спеченных при 1250 ^оС в течение 4 ч.

Получают высокопрочные мартенситностареющие стали путем холодного прессования либо смеси чистых порошковых компонентов, либо смеси железного порошка с гидридами, а также из галоидных соединений легирующих элементов, которые, разлагаясь при спекании, обеспечивают получение более однородной структуры. Наибольшая дисперсность структуры и ее высокая однородность при спекании, отсутствие в структуре спеченных сталей ликвации достигаются при использовании распыленных порошковых мартенситностареющих сталей.

Спекание прессовок производят при температуре 1250-1300°С в течение 3-4 ч. Дальнейшее повышение прочностных свойств может быть достигнуто после холодной пластической деформации (степень деформации 30-90%) с последующим старением при 400-500°С, а также сочетанием закалки, пластической деформации и старения.

Среда при спекании, термической обработке (закалке, старении) определяется составом стали. Стали, не содержащие титан, могут обрабатываться в водороде, аргоне, вакууме; содержащие титан — только в остроосушенном и очищенном аргоне и вакууме. Высокие свойства мартенситностареющих сталей по сравнению с обычными инструментальными сталями позволяют рекомендовать их для изготовления инструмента, работающего при значительных статических и динамических нагрузках. Так, вырубные штампы из порошковой мартенситностареющей стали имеют в 10-15 раз более высокую стойкость по сравнению со штампами из кованой стали Х12Ф1.

Антикоррозионные порошковые стали. Технология изготовления порошковых изделий из антикоррозионных порошковых сталей включает все этапы, которые присущи процессу изготовления обычных конструкционных деталей. Спекают изделия из антикоррозионных сталей при 1150-1350°С в течение 3-6 ч. Однако из-за высокого сродства к кислороду хрома, содержащегося в повышенном количестве в антикоррозионных сталях, при спекании применяют либо вакуум, либо остроосушенный водород с точкой росы не менее 55-60 °С. Спекание в водороде и вакууме обеспечивает рафинирование металла от оксидов и других вредных примесей, что повышает механические и химические свойства изделий. В некоторых случаях допускается спекание в остроосушенном диссоциированном аммиаке. В связи с тем, что спекание в диссоциированном аммиаке сопровождается образованием нитридов хрома, которые охрупчивают изделия и понижают их коррозионную стойкость, охлаждение после спекания рекомендуется проводить быстро. При низкой степени осушки водорода и диссоциированного аммиака желательно применять засыпки с веществами, обладающими большим сродством к кислороду (порошки титана, хрома).

Коррозионная стойкость порошковых антикоррозионных сталей зависит от пористости и наличия примесей. Наличие пор свыше 5-10% повышает скорость коррозии в десятки и даже сотни раз. В связи с этим рекомендуется применение беспористых изделий, получаемых путем горячей ковки, штамповки пористых (свыше 20-25 % пор) заготовок. В этом случае по механическим и химическим свойствам порошковые детали не уступают изделиям, изготовленным из литых и кованых сталей соответствующего состава. В целях повышения механических свойств рекомендуется после горячей ковки проводить диффузионный отжиг. Антикоррозионные порошковые стали широко используются взамен кованых при изготовлении большого числа конструкционных изделий, фильтрующих элементов и т. п. Так, мартенситная сталь СП20Х13 может применяться для изготовления средне- и тяжелонагруженных деталей, работающих в условиях повышенной влажности, а также для изготовления износостойких изделий. Ферритная сталь СПХ25, обладая высокой коррозионной стойкостью, применяется для изготовления коррозионно-стойких сильно нагруженных деталей, работающих в экстремальных условиях и агрессивных средах.