Структурообразование, контактные и диффузионные явления при спекании распыленных порошков быстрорежущих сталей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИЕИ Институт физики

На правах рукописи

КАСМАЧЫТОВ НУРБЕК КНДЫРНШ1ЕВ1Ч

УДК 621 762

ПТРУТСГУРООБР АЗОВАННЕ, КОНТАКТНЫЕ И ДИаШЭДаННЫЬ ЯВЛЕНИЯ ПРИ СПЕКАНИИ РАСПЫЛЕННЫХ ПОРОШКОВ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

Специальность - 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени' кандидата физико-математических наук,

Бишкек - 1994

Работа Еыполнена в Институте физики Национальной Академии Наук Шргызской Республики

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

чл.-корр.HAH Й1ргызской Республики Андриевский P.A.

Официальные оппоненты: доктор физико-матемагичес'ких наук, . профессор Тузов Л.В.

кандидат технических наук, доцент Бакиров I.T.

Ведущая организация - Московский Ордена Трудового Коасного

Знамени Институт тонкой химической технологии им. М.Б. Ломоносова

Защита диссертации состоится " марта 1994 г. £ часов на заседании специализированного Совета

Д 01.93.12 в Институте физики Национальной Академии Наук Каргьзской Республики по адресу': 720071, г.Бишкек, проспект ЧуЯ, 265-А

С диссертацией можно ознакомиться е Центральной научной библиотеке Национальной Академии Наук Кыргызской Республики

Автореферат разослан " /¿г " Фе&гумх 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного СоЕета,кандидат физико-математических наук

Г. А. Десятков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ '

Актуальность работы: заключается в том, что структурооб-разование, контактные и диффузионные явления при спекании распыленных порошков быстрорежущей стали С БС ), а также исследование их свойств является одной из ключевых проблем физического материаловедения. В настоящее эдемя темпы накопления экспериментальной и теоретической информации в области спекания распыленных порошков БС не соответствуют возрастающим потребностям инструментального производства методами порошковой металлургии в разработке и' получении новых материалов с повышенными эксплуатационными и физико-механическими свойствами. Необходимость детальных исследований в области физики процессов спекания требуют, в частности, изучения закономерностей процессов формирования структуры и свойств, а такие выявления взаимосвязи структурообразования с кинетикой уплотнения. Последнее является актуальной задачей, позволяющей в рамках классической теории спекания, связать эволюцию структуры порошкового тела е изменением ее свойств и кинетикой уплотнения, а также создать его структурно-кинетическую модель*

Цель и задачи работы. Работа выполнена в соответствии о.заданиями научно-технической программы "Порошковая металлургия" Республики Кыргызстан.

Целью работы является изучение закономерностей формирования структуры, исследования физико-механических и эксплуатационных ствойств порошковых материалов на основе распыленных порошков БС, полученных при вакуумном спекании. Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены следующие Ьсновные' задачи^ *

1. Изучить закономерности процессов структураойразования при вакуумном спекании распыленнпх порошков БС,

2. Определить закономерности перераспределения легирующих компонентов БС в процессе спекания.

3. Исследовать кинетику и механизм роста межчастичннх контактов в процессе спекания распыленных порошков БС.

Т. Изучить влияние пористости и температуры спекания на фи-зико-ыеханические свойства спеченных БС,

5, Исследовать стойкостные свойства спеченных резцов БС и сравнить их со стойкостными свойствами традиционных БС.

Научная новизна. В работе впервые проведено модельное исследование кинетики и механизма спекания распыленных порошка БС. Исследовано влияние времени, радиуса частиц и температуры на рост межчастичных контактов при вакуумном спекании свободнонасыпанных сферических порошков БС типа Р12МЗК8Ф2, РГ2МФ5 и Р6М5ФЗ, полученных распылением в азоте. Экспериментально показано, что в чистом виде ни один из элементарных механизмов спекания не может считаться ответственным за рост межчастичных контактов в изученных условиях спекания распыленных порошков БС. Формирование межчастичных контактов является результатом диффузионных процессов (объемных, зернограничкых и поверхностных) и переноса через газовую фазу. Проведена оценка и обсуждение значений энергий активации спекания.

Установлены закономерности формирования структуры спеченных БС до и после процесса спекания распыленных порошков БС. Методом локального микрорентгеноспектрального анализа изучено перераспределение металлических и неметаллических элементов БС. Шервые показано, что величина микротверцости в контактной зоне значительно выле, чем в центральных участках частиц, что связывается с более высокой парциальной скоростью диффузии углерода в зоны межчастичных контактов в процессе спекания.

Экспериментально изучено влияние пористости и температуры на электропроводность и модуль упругости спеченных БС, Электропроводность спеченных порошков БС в зависимости от температуры спекания леняется симбатно плотности. С возрастанием пористости образцов БС модуль упругости уменьшается, причем до пористостей 20$ модуль изменяется практически линейно. Опытные значения Е/Е„ хорошо согласуются с расчетными данными, полученные по формуле Хашина;'

Практическая значимость и реализация результатов работы'^На. основании проведенных исследований определены оптимальные темпе-ратурно-временные режимы вакуумного спекания распыленных порошков БС, направленные на получение наиболее качественной микроструктуры и. физико-механических свойств.

В работе совместно с инженерным центром завода Кыргызавто-маш было проведено опытно-промышленное опробование стойкостных свойств спеченных БС в качестве токарных резцов. Благодаря изучению стойкостных свойств спеченных порошков БС было установлено, что спеченные пластины-резцы БС обладают стойкостными характеристиками, превышающими в 1,5-1,9 раза по сравнению с традиционными

резцами БС. Результаты эксплуатационных исследований спеченных резцов БС позволяет их рекомендовать для изготовления режущих пластин методом вакуумного спекания".

Автор защищает:

1. Закономерности формирования структуры и физико-механических свойств от пористости и температуры спекания БС.

2. Особенности перераспределения легирующих элементов в процессе спекания.

3. Кинетику роста межчастичных контактов и особенности механизма спекания.

Возможность получения спеченных БС с низкой пористостью и- высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Апробация работы. Основные результаты научно-исследовательской работы доложены и обсуждены на Республиканской конференции по порошковой металлугии 15-16 ноября I98tf г., Фрунзе; на ХУ1 Всесоюзной научно-технической конференции по порошковой металлургии "Теория и технология порошковых материалов", 17-19 мая 1989г., Свердловск; на IX Международной конференции по порошковой металлургии в ГДР, 23-25 октября 1989 г., Дрездену на I Республиканской конференции молодых ученых, 20-23 сентября 1990 г., Фрунзе; на ХУЛ Взесоюзной конференции по порошковой металлургии, 21-25 октября 1991 г., Киев; на координационном научном семинаре по порошковой металлургии, 2-3 ноября 1989 г., йосква; на координационном совещании-семинаре по порошковой металлургии в гЛрез-ден (ГДР), 16-18 октября 1990 г.

• Публикации. По материалам диссертации опубликовано' 7 печатных работ, список которых приведен ниже*

Структура и обьем.работы; Диссертация состоит из' введения^ постановки задачи, "пяти глав, выводов, списка литературы и приложения.

Общий объем работы составляет 124 страницы, включая 24 рисунка, 21 таблицу, библиографию из 150 наименований^

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вз введении отражена актуальность темы, сформулированы задачи работы и цели исследования, отмечена научная новизна, практическая ценность и реализация результатов исследования, приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен аналитический обзор литературных данных по теоретическим основам физики спекания твердых тел. Кратко отражены физические аспекты процесса спекания и основные диффузионные процессы массопереноса твердофазного спекания. В 'частности, описываются механизмы объемной, поверхностной, зерно-граничной диффузии и механизм переноса массы через газовую фазу.

Анализируется характер зависимостей свойств спечениж тел с обобщением экспериментальных результатов, опубликованных ранее в литературе. Приводятся основные свойства и формулы, описывающие влияние пористости на свойства типа проводимости, прочности и упругие характеристики.

Во второй части литературного обзора "Порошковые быстрорежущие стали" детально: освещены современные методы получения распыленных порошков БС, их структурные особенности и свойства, формирующиеся в процессе кристаллизации (охлаждении расплава). Рассмотрены различные схемы газоструйного распыления в зависимости ат конструкции форсунок и др., которые могут возбуждать поступательное, вращательное и колебательное движение расплава, а также их комбинации; Обсуждаются механизмы распыления расплава для различных методов диспергирования. Приводятся некоторые особенности свойств распыленных порошков БС.

Обсуждаются закономерности кристаллизации расплава БС "в процессе распыления и формирования фазового состаза, легирован-ности твердого раствора карбидообразующими элементами V/ , V , Но, (л и С, При увеличении скорости охлаждения обнаруживается рост микротвердости распыленных порошков БС, что связывается с формированием более дисперсных карбидов, измельчением зерна и увеличением степени легированности матрицы при быстрой кристаллизации. ВзледстЕии высокой твердости и сферичности распыленные порошки БС не" "формуются при холодном прессовании без пластификаторов.

Второй параграф данной главы посвящен спеканию порошков БС, Отмечены главные факторы, способствующие развитию производства порошковых БС: возможность ограничения ликвационных явлений; рациональное использование сырья и материалов; возможность получения композиций и формы инструмента, которые невозможно производить классическими методами литья; обеспечение лучших эксплуатационных свойств инструмента.

Обсуждаются различные методы получения порошковых БС (ГИП, ковка, горячее выдавливание, экструзия и др.). Отмечаемся, что классическое спекание БС с точки зрения реализации в производстве является наиболее простым и экономичным. Основная положительная сторона метода спекания порошков БС по сравнению с другими технологиями в том, что сохраняется один из главных преимуществ порошковой металлургии - изготовление фасонных изделий, которые по своей форме мало отличаются от конечной формы интрумента.

Отмечено, что в литературе очень мало данных о физических процессах спекания распыленных порошков БС и физико-механических свойствах, полученных методом классического спекания. Поэтому в этой главе обширно представлена информация о свойствах порошковых БС, полученных горячедеформированными методами (горячее изостатическое прессование, экструзия и др.). Обобщены и проанализированы литературные данные о структуре и физико-механических свойствах порошковых БС.

Анализ литературных данных по формированию структуры и физико-механическим свойствам БС позволил сформулировать цель работы и основные задачи, требующие изучения.

Вторая глава посвящена исходному материалу и методикам исследования. 3 качестве основных исследуемых порошков использовали распыленные порошки БС промышленного производства завода Днепросталь следующих марок Р6М533, Р12МЗК852 и Р12МФ5. В табл.1 приведен химический состав (мас.$) исследуемых порошков БС.

Спекание исследуемых порошков БС проводили в вакуумной печи ЩЗ-1,20 радиационным нагревом. Порошки БС спекались при свободной засыпке в специальных керамических тиглях. Нагрев порошков БС осуществляли по ступенчатому режиму, а именно,проводили выдержку 0,5 часа при температуре 950-1000°С с последующим,выходом аа исследуемую температуру. Вакуум в процессе спекания поддерживался в интервале Ю-3*- Ю-4 мм.рт.ст. Температура, спекания контролировалась а помощью вольфрам-ренивбй термопары с точностью £ю°С..

В работе освещены электронно-микроскопические методы изучения структуры,- в частности, методика растровой электронной микроскопии, оптической металлографии, и методика морфологического анализа с помощью растрового электронного микроскопа.

Кратко изложена стандартная методика рентгеноструктурного анализа, методика измерения твердости, плотности и микротвердости, а также методика измерения электросопротивления и резонансно-ультразвуковой метод определения модуля упругости.

В третьей главе "Формирование структуры и физико-механических свойств спеченных ЕС* представлен анализ экспериментальных исследований спеченных БС. В первой части охарактеризована структура опытных порошков БС Р12МЗК8Ф2, Р12МФ5 и Р6М5ФЗ и выявлен морфологический тип частиц. Форма распыленных частиц БС является округлой (близкой к сферической), причем это характерно для всех исследуемых марок БС. В зависимости от сорта и размера частиц БС имеются отличительные особенности в структуре. В крупных частицах наблюдаются "сростки" более мелких частиц, возникшие в результате столкновения частиц в процессе распыления расплава. Поверхность крупных частиц БС (400-500 мкм) имеет-рельефную макрошероховатость. Металлографическими исследованиями были обнаружены поры внутри частиц, которые присутствуют в отдельных порошинках, преимущественно в крупных. В подавляющем большинстве поры имеют сферическую форму. Для мелких частиц (50-150 мкм) характерна мелкозернистая микроструктура с равномерно распределенной тонкодисперсной карбидной фазой. С увеличением размера частиц до 500 мкм и выше происходит заметное "огрубление" микроструктуры. Наблюдаются тонкие обрывистые микрокарбидные сетки («>■> 1-1,5 мкм) по границам-зерен.-

В табл; 2 представлены значения пикнометрической плотности порошков БС. Шдно, что с возрастанием фракционного состава Порошка Р12МЗК8Ф2 пикнометрическая плотность уменьшается. Так для

Таблица й 2. Пикнометрическая плотность порошков быстрорежущей стали ( )

Марка стали Размер частиц, мкм г/см3

Р12МЗК8Ф2 63-100 160-200 250-315 400-500 8.77 ± 0,05 8.78 + 0,06 8,76 + 0,06 8,70 + 0,07

Р12МФ5 50-500 8,16 + 0,05

Р615ФЗ 80-100 8,02 + 0.03

порошка Р12МЗН8Ф2 (60-100 мкм) пикнометрическая плотность равна Кп= б»77 ± 0,05 г/см3, а для БС Р12МЗК8Ф2 (400-500 мкг) Цп =8.70+ 0,07 г/см3. Последнее связывается с наличием внутренних пор, а

а также неравномерным распределением легирующих компонентов в "зависимости от размера частиц. В табл.3 приведены результаты химического анализа на содержание углерода и кислорода. Обнаруживается заметное уменьшение количественного содержания углерода и кислорода с увеличением размера частиц БС.

Таслица & 3. Влияние размера частиц быстрорежущих сталей на содержание углерода и кислорода

Марка стали Размер частиц, мкм С, мае. % 0, мае. %

Р12МЗК8Ф2 менее 63 .63 * 100 400 «■ 500 1,20 1,15-1,16 1,12-1,13 0,025-0,02 0,015-0;02 0,006-0,01

Р12МФ5 менее 100 315 * 400 1.53 1,51-1,53 0,02 0,01

Р6М5ФЗ менее 100 315 * 400 1,07-1,09. 1,02 0,025-0,03 0,01

Микродюрометрический анализ позволил обнаружить возрастание мккротвердости с уменьшением среднего размера частиц БС. Представлял интерес определить изменение ми!фотвердости в процессе спекания. В приконтактной зоне спеченных образцов ее значение

Таблица К? 4. Микротвердость (Нр ) порошков БС Р12МЗК8Ф2 до и после спекания (доверительный интервал 6,95), МПа -

Диаметр частиц, мкм В исходном состоянии Т°С После спекания

центр частиц край частицы центр частиц у контактной 30 вы контактная зона

63-100 12020+640 11860+580 1200 1250 10330+640 10930+580 10630+1200 11070+760 ( 12200+800 I4300+II30 20490+1850

250-315 10300+590 10790+660 - - - -

400-500 9010+380 8980+550 1200 1250 0100+660 8060+1250 8800+480 8370+500 ( 8950+1100 I2540+II00 14470+1850'

увеличивается, а в центре снижается (см.таблЛ). Повышение иик-ротвердости в зоне контактного перешейка связывается с более интенсивным притоком в эту область углеродных атомов, диффузионная подвижзость которых выше, чем у металлических.

На рис.1 показано влияние температуры вакуумного спекания на относительнуо плотность к электросопротивление спеченных в свободнонасыпанном состоянии порошков EGCt=2x, Р=бб5 х 10-% а). В исследованное интервале температур спекания плотность порошка БС изменяется весьма интенсивно, что связывается с образованием жидкой фазы, температура появления которой зависит от содержания углерода и кислорода. Различия в уплотнении образцов, состоящих из порошков разных фракций (рис.1б), объясняются не только известным эффектом размера частиц, но и существенна неодинаковой насыпной плотностью, что сохраняется вплоть да 1125°С. Характерна также инверсия влияния размера частиц на усадку при температуре спекания 1250°С. Можно предположить, что это связано с различным содержанием углерода и кислорода в разных фракциях. Интересно также.сравнить уплотнение при спекании порошков БС типа PI2 и Рб Скривые 4 и 5 на рис.1б, в, относящиеся к частицам почти одинаковых размеров). Менее легированная сталь Рб при Т=П75~1225°С спекается намного активнее, чем БС Р12МЗН8Ф2. Однако при 1250°С, различие практически нивелируется, очешдно в резучьтате появления жидкой фазы. При более низких температурах усадка зависит от уровня диффузионной подвижности в твердой фазе и вполне очевидно, что в более легированных сталях этот уровень ниже. Установлено., что межчастичные контакты наиболее активно формируются при спекании в температурном интервале 1200-1250°С, причем при 1250°С появляется карбидная сетка, имеющая эвтектическую структуру ячеистого типа.

Электросопротивление компактного материала J>K определяли по известному соотношению j3=j>«( 1-1,56-), где 9-- пористостью Установлено, что при температуре спекания Т=1225-1250°С оно составляет 50 * 60 мкОн.см.

На рис',2 приведены результаты исследования модуля упругости спеченной БС Р12МЗК8Ф2. Из рис.2 видно, что в области пористо-стей от ~ 0 до 20$ модуль упругости изменяется практически линейно, что совпадает со многими известными зависимостями Е=^Сб5. В табл.5 приведены расчетные и экспериментальные данные F/ER для БС Р12МЗК8Ф2.

ф

Таблица № I. Химичеокий состав Смао. %) рнопыленных порошков БС

Марка стали С V V Но Ох Со Мп. N1 Си 3 51 Р

Р6М5ФЗ 1,12 5,90 2,95 5,38 3,86 0,21 0,27 0,29 0,19 0,025 0,65 и, 02

Р12МЭК8Ф2 1Д5 11,70 2,Ой •2,64 3,6 5,19 0,25 0,25 0,15 0,025 0,34 0,026

Р12МЯ5 1,5 12,30 4,15 1,44 4,1 0,30 0,23 0,23 0,13 0,029 0,5 0,031

I

нн

I

Таблица № 5. Расчетные и опытные данные Е/Ек в зависимости от

пористоати

Пористо а иь, %

5 10 15 20 25 30 35 40

в/Е„ - I - ЕК^У)' » к (7-5(М)+2(4-5£09- 0,869 0,794 0,684 0,569 0,450 0,326 • 0,196 0,062

Опытные данные БС . Р12МЗК8Ф2 0,90 0,80 0,69 0*58 0,5 0,41 0,33 0,26

о ,600

Р-И6

Ом-си 500

1175 1200 1225 1250

»

Рис.1, Влияние температуры на электросопротивление (а) и на относительную плотность (б,в) спеченных образцов: 1-4 - сталь Р12МЗК8Ф2, I- ¿=4004-500 мкм; 2-с1 =250*3001 3- с1=160*200 мкм; 4-Л=63*100 мкм; 5 - сталь 10Р6М5(сЫ +100 мкм); б - сталь Р12МФ5 С ¿=50-5-500 мкм).

Р12МЗНВФ2 от пористости.

Анализ табличных данных Е/Ек показывает, что в интервале по-ристостей &= 5...20% экспериментально найденные значения модулей Е/Ед БС Р12МЗК8Ф2 хорошо согласуются с расчетными данными формулы Хашина (см.та<3л.5), а при пористоогях выше 20% отклонение Е/Ек от теоретических данных значительное.

Методом вокального микрорентгеноспекитэального анализа была изучено перераспределение легирующих элементов, что позволил® сделать следующие выводы. Углерод равномерно распределен по матрице, но большая часть сосредоточена у границ зерен в областях наличия карбидов. Кислород - равномерно распределен па всему телу образца'. Молибден - подавляющее большинство Мо находится в светлой См6с> и серой карбидных фазах (МС), причем его количество преобладает в светлых-. Ванадий - наибольшая часть ванадия приходится на серые карбидные включения. Хром - сосредоточен в серой карбидной фазе. Железо - равномерно распределено по матрице; В Малых количествах железо присутствует в светлой карбидной фазе. Основная масса вольфрама сосредоточена в карбидах, с небольшим преобладанием в светлых карбидных включениях» Таким образом, карбидообразую-вщие элементы \Г, V , ко, От , С в процессе спекания сосредотачиваются на границах зерен в виде карбидных фаз. .

-14 -

В четвертой главе проведены модельные исследования механизма спекания порошков БС. Изучено -влияние времени, радиус частиц и температуру на рост межчастичных контактов при вакуумном спекании свободнонасьпанных сферических порошков БС (см.рис.3 и ¡0. Обработка результатов показывает, что в соотношениях и показатели степеней имеют следующие значения: для Р12МЗК8Ф2 т= 0,217 ( 4=192 мкм) и т(= 0,083 (3= 96 мкм); для Р6М5ФЗ т= 0,069 С с1 = 106 мкм); для Р12КЗК8Ф2 ГП =-0,625 (Т = 1230°С), т= - 0,696 (Т=Н90°С), т= - 0,917 (Т=П50°С). Сравнение этих результатов с проанализированными теоретическими данными свидетельствует о том, что в чистом виде ни один из элементарных механизмов не может считаться ответственным за рост контактов в изученных условиях спекания порошков БС. Формирование межчастичных контактов является результатом действия диффузионных процессов (объемных, зернограничных, поверхностных) и переноса через газовую фазу.'

Оценены температурные зависимости коэффициентов диффузии

(см. табл.б) для объемной диффузии по формуле:

■ «

где поверхностная ... энергия (~2 Дж/м2), О,- период решетки, к - постоянная Больцмана, Т - температура. ЕИдно, что во всех случаях линейность в координатах Ад!) —— выполняется удовлетворительно, хотя максимальные погрешности в ^определении (с учетом разброса значений эс и , а также точности поддержания температуры спекания и режима нагрева) довольно значительны. Обращает на себя внимание большие величины энергий активации, которые в 3-6 раз выае соответствующих значений 0 для самодиффузии металлических атомов в легированных сталях (табл.б). Отмеченное расхождение следует связывать:, во-первых, оцениваемое из выражения (I) значения I) представляют собой ЗЗ^коэффицкент , связанный с парциальными коэффициентами самодиффузии с учетом термодинамических свойств. Во-вторых, отмеченное расхождение опытных значений/тг' и т с теоретическими данными показывает, что наряду с объемной самодиффузией на рост мекчастичных контактов могут влиять и другие процессы. Энергии активации различных диффузионных процессов и соответственно кх вклад при различных температурах спекания может быть различным. Ранее отмечалось (глава Ш), что в интервале

¥

Рис.3. Кинетика изменения ^ при 1230°С для порошков Р12К и Р6.

00 0,9

1.1

оь ф

05-

0.7

Н од «V»

т=-0,917

"т=- 0,696

т=-0,625 . Очшо'с

\ «50°с

1 1 ■

г?. 2,< г, о

X

Рис.4. Влияние радиуса частиц на изменение -ц- при

.различных температурах спекания порошков быстрорежущей стали Р12К Зт).

температур спекания 120Э-1250°С плотность порошков БС меняется очень значительно» Так для фракции 160-200 кки (БС Р12МЗК852) относительная плотность в этом интервале температур менялась от 0,35 "До 0,7. Такое интенсивнее уплотнение определяет собственно температурный ход изменения и сказывается на высоких значениях энергий активаций. Следует также -.иметь в виду, что при Т=1230-1250°С в БС появляется жидкая фаза, активирующая процесс спекания,

В данной главе приводится метрологическая проработка результатов модельных исследований, В частности проанализированы случайные и систематические погрешности косвенно измеряемой величины т'» которая является параметром модели; характеризующей механизм спекания*

. В пятой главе характеризуются основные положения о стойкости инструмента, описана методика эксперимента определения

Таблица № б. Параметры диффузии в железе и легированных сталях и оцененные значения Ъ и 0. из наших опытов

Диффундирующий элемент Основа 'В , , при Т, К (}, ккал ноль

1423 1463 1503

Углерод У-Ре легированные' стали 7 • 10"6 (2-4)Ч0~7 8 • Ю"6 (4-6). га"7 ю-5 (6-в)' ю-*7 19 31-37

Хедезо У-Р. легированные стали 2,5«1(ГАА (8-6) »Ю-11 4,5,1(Ги (З-Ю)'Ю"11 е^'Ю"11 (б~24),10"П 66 65-75

Вольфрам легированные отали(Р9Ш))' 5ТО"11 10-ю ю-11 2.10-га » 2.10-ю эю"10 65 « 65

Модельные ОПЫТЫ ПО опеке юш Р12МЗКВФ2 Р12М®5 Р6М5ФЗ ( 0,4-4) ЧО"*11 (0,2-1,5)*Х0"10 С2,-4,5)'ХО"11: ' (г-юУга"*1® (0,2-5,7)'Ю"9 ( 2,1-8) ЧО"11 (5-12)-Ю"9 • (О.б^^'КГ9 (г.э-е^кг9 327-372 195 265

- 18 -

стойкости спеченных резцов БС и с;~рмулирована цель и задачи стойкостных.исследований, а также приведены результаты экспериментально промышленных испытаний стойкости спеченных резцов БС в сравнении со стандартными резцами БС Слитыми)';'

В табл. 7 представлены результаты испытаний стойкости опытных резцов БС Р6М5ФЗ и Р12МФ5', полученные методом спекания.

Таблица 1И 7. Режущие свойства спеченных БС Р6М5ФЗ и

Р12МФ5 ( ^=0,4 мм), глубина резания 2 мм, подача 0,13 мм/об., достоверность 0,95)

Скорость резания, м/мин Стойкость, мин. Коэффициент стойкости

литая БС Р6М5 Р6М5ФЗ-ПМ Р12МФ5-Ш Р6М5ФЗ-ПМ Р12МФ5-ПМ

32,6 64,5+1,7 107,5+2,6 118,5+2,1 1,65 1,85

51,8 43 + Г*4 52.5+2,5 48,5+2,2 1.2 Ц35

65,3 29 + 1,2 31,0+1,9 39 + 1,9 1,05 1,15

Для сравнения приведены результаты для литых БС типа Р6М5^ Анализ результатов" износа - кд режущей кромки резца при скоростях резания 1^=30-50 м/мин показывают преимущества резцов БС, полученных методом спекания! Коэффициент стойкости спеченных БС типа 5 Р6М5ФЗ и Р12МФ5 в ~ 1,5-2 раза выше стойкости, чем традиционных БС Р6М5 Слитых) ; несмотря на существенную остаточную пористость

ОСНОШНЕ швэды

Тф Установлен морфологический тип распыленных порошков БС. Изучены форма, дисперсность, микроструктура, пикнометрическая плотность, пористость, микротвердость, химический состав на содержание углерода и кислорода и др., распыленных порошков БС различных марок. Установлено, что отмеченные характеристики порошков БС изменяются с изменением размера исходных частиц порошков.

2. Изучение особенностей вакуумного спекания сферических поре шков БС показало, что порошки БС интенсивно уплотняются в исследованном интервале тейператур С1175-1250°С) спекания. При спекании Т=1230-1250°С уплотнение сопровождается образованием жидкой фазы, температура, появление которой зависит от содержания углерода и кислорода. Обнаружено повышение микротвердости в зонах межчастичного контакта, что связано с интенсивным притоком в эту область

атомов углерода с образованием карбидных фаз. Микрорентгеносйек-тральным анализом также было выявлено преобладание карбидообра-зувдих элементов Мо,У, V/ , 51 и дефицит Со и Ре на границах зерен.

3. Установлены различия в уплотнении образцов порошков БС Р12МЗКВФ2, состоящих из порошков разные фракций, что связывается не только с известным эффектом размера частиц, но и существенно неодинаковой насыпной плотностью, которая сохраняется отлоть до 1225°С. Обнаружена также инверсия влияния размера частиц БС на усадку при температуре спекания 1250°С.

4. Изучены характеристики электропроводнорти и модуля упругости в зависимости от пористости и температуры спекания. Показано, что при температурах спекания 1225-1250°С значение электросопротивления для компактного состояния БС составляет го 50-60 мкОм.см, что характеризует вполне сформировавшиеся межчастичные контакты в данном интервале температур.

С возрастанием пористости образцов спеченных БС модуль упругости уменьшается, причем в интервале пористостей 0-20$ изменяется линейно.

5. Проведено модельное исследование механизма и кинетики спекания БС; изучено влияние времени, радиуса частиц и температуры на рост межчастичных контактов при спекании с^рбоднонасыпан-ных сферических порошков БС; установлено, что межчастичные контакты формируются в результате действия нескольких диффузионных процессов (объемных, зернограничных, поверхностных и переноса через газовую фазу).

Вэличина энергий активации С) в 3-6 раз выше соответствующих значений <} для самодиффузии металлических атомов в легированных сталях.

6. Исследованы эксплуатационные свойства спеченных быстрорежущих сталей Р6М5ФЗ и Р12МФ5. Установлено, что стойкосткые свой- " ства резцов БС,'полученные методом спекания выше-, чем у традиционных.БСГ, а также сравнимы с аналогичными сталями, полученные методами горячего деформирования (Ш1, экструзия и др.).

Применение вакуумного спекания распыленных порошков БС для изготовления режущего инструмента позволяет повысить его стойкость в 1,5-2 раза в сравнении со стандартными резцами БС, а также повысить коэффициент использования дорогостоящего металла до 0,9 и выше.

По материалам диссертации опуо..:<кованы работы:

1. Andrievski R.A., Kasmamytov Н.К./ Peculiarities of High Speed Steel Powder Sintering // In IX Internationale Pulvermetallurgische Tagung in der DDR, Dresaen, Band 2,1989,- P.257 - 265.

2. Andrievski H.A., Kasmamytov 'U.K. / Model Sintering Investigation of Spherical High Speed Steel Powders // Powder Metal International.- 1993.- v.25.- >!6,-P 2Д5-2Ц-Ц-,

3. Андриевский P.A., Касмамытов Н.К./ Влияние дисперсности на спекание распылённых порошков быстрорежущей стали //.Киев: Наукова думка.- Порошковая металлургия.-I99l»-!fI0.-С.11-15.

4. АндриеЕский P.A..Касмамытов Н.К./ Особенности спекания порошков быстрорежущих сталей.// Сб.научн.трудов ХУТ Всесоюзной конференции по порошковой металлургии.- Свердловск.-1989.-

Т.2.-С.133-134.

Ь. Касмамытов Н.К. Пикнометрическая плотность распыленных порошков быстрорежущих сталей.// Фрунзе: Илим.- С5. научн. тру до в. Институт физики АН Республики Кыргызстан.- 1983.-С.4Ь-48. 6. Касмамытов Н.К., Асанов Б.У./'Влияние пористости и температуры на упругие свойства быстрорежущей стали.// Фрунзе: Илим.-Сб.научн.трудоЕ. I республиканской конференции молодых" ученых--1990.- С.99-100

ТЕЗ KECYY4Y БШГОТТ0Р.ЛУН КУКУЗДбРУН НШЫРУУДА ТУЗУЬШУН ЖАРАЛЫШЫ, Т*ШЙОЖ ЖАНА ЖАШЛМА КУБУЛУШТАР.

Кыска аитым

Тез кесттчт болоттордун (ТКБ ) маида ктктмдертнтн кинетикасы жана бкшыруу механизма тлгглта (. моделдик) изилдее жолу'менен ж?р-лгзглдт. PI 2МЗК8Ф2,' PI 2®5, жана Р6М5ФЗ ттрдечт эркин тегтлге» ТКБдун сфералык ктатвдерун боштукта (вакуузда) бышырууда белткче-лер арасындагы тиимектердин естштке убакыттын, белукчелер радиус-унун жана температуранын таасирлери изилденди. Ар бири ез алдкнчг таза ттрде алынган бышыруу механизвдеринин бирве даты (келеыдтк, беттик, данектгг чектик жана газ фазасы аркылуу которулуу) белгк-челбр арасындагы тиимектердин естштне кертнткттг салым кошпоосу тажрыибада кереетглдт. Белтгкчвлер арасындагы тиимектердин ттзтлт-шт таралма (ДМфУзйяЛык) езгеруадердта(процесстердин); келемпгк

беттяк, данекттг чектик жана белткчулердтн буулануусунун - кое-денсацияланышвд'натнижасында болот. Быащруунун ктчвтмэ энергия-сын сапаттык аныктоо жана ташсуулоо жтргтзтлдт.

ТКБнын ктетщерта бышырган жана бышырбаган учурлары тчта ТКБнын ттзтлтштнтн калыптануу закон ченемдгглтктерт керсеттлдт. Сапатточу (легирлеечт) заттардын ТКЕца каирадан белта-уштерт из-илдендш. Бвлткчелердтн тиимекттг тилкесинде алардын борбордук белуктертндепте Караганда микрокатуулук чондугу бир кыила mori>-ру зкендиги корсеттлду, бул белткчелер арасындагы тишлектгг тил-кеде кемтртектин таралуусунун ютшттк (парциаддык) ыддамдыгы кыила жогору болгондутуна баиланыштуу.

Маида кендеичелердта жана темлературанын бышырылган ТКБнын электр еткертмдтгатгтне жана серпилгичтик модулуна тиигазген та-асипи тажрыибада изилденди.

STHUCTUHEPOHMIHG, CONTACT AND DIPPUSITE EHEHOMENCHS WHKH SINTbBING THE ATOMIZED POWDEHS OP HIGH SPEED STEELS.

Resume

In this work there nas for the first time, carried out the model Investigation of klnsties aad sintering mechanism of high speed steel ( HSS) ponders. There «as investigated the influence of time, part's radius and temperature on the interparticle contact growth under the vacuum sintering of freely poured spherioal HSS powders of P 12 M3X8F2, PI2HF5.P6M5F3 types.There is experimentally shown,that in pure form no one of the sintering mechanisms ( volumie ,grain-baundeCedlsurface and of transfer through gas phase) can't be considered to be responsible for intercontaot growth in the studied sintering conditions-.Ihe forming of interparticle contacts is a result of all mentioned above diffusion processed activity .There was done the examination and disc us ion of sintering activation energy values.

There were established the objective laws of HS3 structure forming, before and after sintering. The redistribution of alloying HSS aomponent3 is investigated. It is stated that the mlcrohard— ness quantity in the contact zone is rather higher, than in the central sections of particles, that is cnnected with more high partial carbon diffusion velocity into interparticle eoatact zones. Experimentally, there was studied the porosity and temperature influence on eleetroconduetivity and elasticity module sintered high speed 3teel.