Конструкциялық материалдар және термоөңдеу Конструкционные материалы и термообработка Constructional materials and heat treatment Учебное пособие для специальности: 5В071200– «Машиностроение»

142 
-получение металлического порошка или смеси порошков разнородных
материалов., 
-формирование и спекание., 
-отделочные операции. 
Получение металлических порошков. 
Металлические порошки получают механическими и физико-
химическими методами. 
При механических методах порошки вырабатывают измельчением
(дробление, размол) твердых или распылением (кинетической энергией
воздуха, воды, инертных газов) жидких металлов без изменения их
химического состава. 
При физико-химических методах происходит изменение химического
состава и свойств исходного материала (химическое восстановление
металлов из окислов, электролиз расплавленных солей и др.). 
Характеристиками основных технологических свойств порошков
являются: 
-насыпная масса- масса 1см³ свободно насыпанного порошка в
граммах. Для изготовления высокопористых изделий (фильтры) 
используют порошки с малой насыпной массой, а для нагруженных
деталей- с большой насыпной массой., 
-текучесть- способность порошка заполнять форму, в большой степени
влияет на равномерность заполнения формы порошком и на скорость
уплотнения при прессовании., 
-прессуемость- способность порошка уплотняться под воздействием
внешней нагрузки., характеризуется прочностью сцепления частиц
порошка после прессования., 
-спекаемость- прочность сцепления частиц, возникающая в результате
термической обработки прессованных заготовок. 
Формирование и спекание. 
Формирование заготовок и изделий производится прессованием
порошков в холодном или горячем состоянии, прокаткой или другими
способами. 
При холодном прессовании в пресс-форму засыпают порошок (смесь)
и рабочим пуансоном производят прессование на гидравлических или
механических 
(эксцентриковых, 
кривошипных) 
прессах. 
Усилие
прессования достигает 1000 Мпа в зависимости от состава порошка и
назначения изделия. 
При горячем прессовании в пресс-форме изделие не только
формируется, но и подвергается спеканию, что позволяет получать
беспористый материал с высокими физико-механическими свойствами. 

143 
Прокатка металлических порошков является непрерывным процессом
получения изделий в виде лент, полос, проволоки путем
деформирования в холодном или горячем состоянии. 
Сначала порошок из бункера поступает в зазор между
вращающимися обжимными валками и формируется в заготовку, 
которая направляется в проходную печь для спекания, а затем
прокатывается в чистовых валках под размеры готового изделия. 
Прокаткой можно получить однослойные и многослойные изделия. 
Спекание металлических порошков придает заготовкам и изделиям
необходимую прочность и твердость. Операция спекания состоит в
нагреве и выдержке изделий некоторое время в печи при
температуре, примерно равной 0,6-0,8 от температуры плавления
основного комопнента. 
Таблица-10. Показатели консрукционных порошковых материалов 
Степень 
загрузки
детали 
Плотность 
материала
Пористность 
материала 
Предел 
прочности, 
% 
Пластичность 
не 
рыхлых 
материалов,% 
Прочность 
порошковых 
стали, 
кг/м
3
Малый 
загружных 
1 
25-16 
30-45 
25-35 
6000-6600 
Примерные 
загружных 
2 
15-10 
45-65 
35-65 
6700-7100 
Средный 
загружный 
3 
9-2 
65-95 
60-90 
7200-7700 
Тежелый 
загружный 
4 
2-больше 
95-100 
90-100 
7700 больше 
Отделочные операции. 
Отделочные операции придают изделиям окончательную форму и
точность размеров. Готовые изделия после спекания подвергают
операциям: калибрования, обработки резанием, химико-термической
обработки и повторного прессования. 
Повторное прессование используют для изготовления деталей
сложной формы. Повторным прессованием обеспечиваются заданные
размеры и требуемая форма изделия, когда первым прессованием
формируется заготовка с приближенными размерами и более простой
формы. 
Машиностроение является основным потребителем порошковых
деталей. На долю машиностроительных деталей приходится до 80%
всего объема производимых конструкционных порошковых деталей. 

144 
Для изготовления деталей используют восстановленные и
распыленные порошки углеродистой и низколегированной стали. При
необходимости применяют цементацию, закалку нагревом токами
высокой частоты (ТВЧ) или объемную закалку, обработку паром для
повышения коррозионной стойкости и дополнительно износостойкости. 
Номенклатура порошковых деталей. 
В настоящее время на автомобилях применяют следующие
порошковые детали: шкивы распределительных валов для
зубчатоременных передач, ступицы и конусы синхронизаторов, ведущие
шестерни масляного насоса, крышки корпуса подшипников коленчатого
вала, детали узла управления с усилением, гильз цилиндров, сборных
распределительных валов, различных типов коромысел и седел
клапанов. Исследуются возможности изготовления из порошковых
материалов дверных петель, вилок и скользящих муфт коробки
передач. 
Коррозионно-стойкие сплавы. 
При эксплуатации в коррозионных средах металлические сплавы
подвержены самопроизвольному разрушению (коррозии), что
объясняется их высокой электропроводимостью и химической
активностью. 
Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение
металлических материалов вследствие химического или
электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. 
В зависимости от условий, в которых протекает процесс коррозии, 
различают атмосферную, почвенную, морскую, кислотную и щелочную
коррозию. По характеру разрушения различают равномерную и
местную коррозию. Для различных видов местной коррозии
используют следующие понятия. 
Контактная коррозия- усиленное коррозионное разрушение более
электроотрицательного металла в контакте с более
электроположительным. 
Межкристаллитная коррозия- хрупкое коррозионное разрушение по
границам кристаллов, возникающее в результате структурных
превращений при обработке и эксплуатации. 
Точечная коррозия -местный вид коррозионного разрушения в
электрохимически неоднородной коррозионной среде. 
Коррозионная выносливость- коррозионное разрушение под влиянием
циклических нагрузок и электрохимического воздействия среды. 
Коррозионно-стойкими называют стали, в которых процесс коррозии
развивается медленно. 
Традиционные методы коррозионной защиты- нанесение на внешние
поверхности деталей защитных покрытий (эмалевых, лакокрасочных, 
оксидных)- не дают удовлетворительной стойкости при эксплуатации

145 
изделий в активных средах (влажная атмосфера в сочетании с высокой
температурой эксплуатации, кислотная или щелочная среда). 
Коррозионно-стойкими являются высоколегированные стали с
содержанием хрома не менее 13%, что обеспечивает образование на
поверхности металла защитной пленки. 
Коррозионно-стойкие стали. 
В зависимости от структуры, которая образуется после
высокотемпературного нагрева и охлаждения на воздухе, различают
мартенситные, мартенситно-ферритные, аустенитные и аутсенитно-
мартенситные стали. 
В настоящее время разработаны промышленные способы
легирования жидкой стали азотом, что привело к созданию нового
перспективного класса коррозионной-стойких высокоазотистых сталей, 
отличающихся высокой механической прочностью. 
Аустенитные стали (марки 12Х18Н9, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Б- 
хромоникелевые., 
10Х14АГ15, 
10Х14Г14Н4Т- 
хромомарганцевые)- 
наиболее универсальные в использовании стали. Они обладают
высокой пластичностью и вязкостью, удовлетворительными литейными
свойствами и удовлетворительной свариваемостью. 
К недостаткам этих сталей можно отнести: 
-низкие значения предела текучести и плохую обрабатываемость
резанием., 
-восприимчивость к коррозионному растрескиванию и точечной
коррозии. 
Аустенитно-ферритные стали (марки 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М5Т) имеют
оптимальный комплекс механических свойств. Они прочнее
аустенитных сталей в 1,5-2 раза. Изделия из этих сталей можно
эксплуатировать при температурах не выше 350ºС. 
Аустенитно-мартенситные стали (марки 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, имеют
высокую прочность и высокую ударную вязкость. 
Ферритные стали (марки 08Х13, 12Х17Т, 15Х25Т) не упрочняются
термической обработкой. После отжига стали имеют умеренную
прочность (250-300 МПа) и пластичность. Основным недостатком этих
сталей является резкое охрупчивание после нагрева свыше 1000ºС, что
затрудняет их сварку. 
Мартенситные стали (марки 20Х13, 30Х13, 20Х17Н2) обладают
хорошими 
прочностными 
свойствами, 
удовлетворительно
обрабатываются резанием, рекомендуются к использованию в
слабоагрессивных средах (пресная вода, разбавленные растворы кислот
и солей.). 
Жаростойкие сплавы. 
Жаростойкость- способность сплава сопротивляться коррозионному
воздействию высокотемпературной газовой среды. 

146 
При низких температурах (20-25ºС) на поверхности металла
появляется защитная оксидная пленка толщиной 3-10 нм (1нм=10 м). 
Кристаллическая решетка оксида подобна кристаллической решетке
металла. 
При нагреве толщина оксида увеличивается, и кристаллическая
решетка приближается к решетке компактного оксида. При этом
возможны как недостаток ионов металла и кислорода в узлах
решетки, так и избыток ионов между узлами, занятыми ионами
кислорода. Это ускоряет диффузионные процессы в оксидной пленке и
ухудшает ее защитные свойства. 
Легирование металла элементами с большей активностью к
кислороду, чем основной металл, приводит к накапливанию ионов
легирующих металлов в оксидном слое, уменьшению дефектности
кристаллической решетки оксида и повышению защитных свойств
оксидной пленки. 
Чистые металлы имеют различную жаропрочность. 
Магний имеет плохую жаропрочность, что связано с появлением
рыхлой оксидной пленки. Ниобий, тантал, молибден, вольфрам имеют
плотную оксидную пленку, но при нагреве до 550ºС пленка
растрескивается, а оксид молибдена испаряется. 
Для титана и циркония характерна большая растворимость
кислорода при нагреве. Оксиды этих металлов теряют кислород и при
температуре 700-800ºС оксид становится рыхлым и скорость
окисления возрастает. 
Медь, никель, кобальт и железо обладают удовлетворительной
жаропрочностью. При нагреве до 700-800ºС увеличивается дефектность
решетки оксидов и скорость окисления возрастает. 
Алюминий, хром, бериллий обладают хорошей жаропрочностью, так
как имеют малое химическое сродство к кислороду. 
Жаростойкость стали повышают легированием хромом (до 30%), 
кремнием (до 2%) и алюминием (до 5%). Марки жаростойких сталей
08Х17Т, 15Х28, 20Х23Н18. 
Основным легирующим элементом является хром, так как
легированные оксиды железа заменяются оксидами хрома. Содержание
кремния и алюминия в сталях ограниченно, так как эти элементы
приводят к охрупчиванию и ухудшению пластичности сплава. Этот
недостаток можно исключить за счет поверхностного легирования. 
Жаростойкость латуней и бронз выше жаростойкости чистой меди. 
Большинство легирующих элементов в медных сплавах обладают
большим химическим сродством к кислороду, чем медь. При нагреве
легирующие элементы образуют собственные оксиды, обладающие
лучшими защитными свойствами. Наибольшую жаростойкость
показывают медные сплавы, легированные алюминием и бериллием. 

147 
Титановые сплавы поглощают кислород, поэтому на их поверхности
не образуется защитных оксидов. Повысить жаростойкость сплавов
можно только в случае применения жаростойких покрытий. 

жүктеу/скачать 1,99 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: