ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОРОШКОВЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ СП 35 ГС И СП 60 ХСМ Михеев Георгий Студент группы МФП-13 -1 Руководитель: д. т. н. Еремеева Ж. В.

Цель работы Изучение влияния режимов прессования, спекания и видов термической обработки на структуру и свойства порошковых легированных сталей СП 60 ХСМ и СП 35 ГС 2

Используемые материалы: Порошок железный марки ПЖРВ 2. 200. 26 Сажа марки ПМ 15 ГОСТ 7885 -68 Ферросплавы: Fe-Cr ФХ 001 А ГОСТ 4757 -91 Fe-Mn ФМн 90 ГОСТ 4755 -91 Fe-Si ФС 75 ГОСТ 1451 -93 Порошок молибдена ТУ 48 -19 -316 -80 3

Химический состав и свойства порошка железа ПЖРВ 2. 200. 26 Контролируемый параметр Значения Массовая доля, %, не более: С Si Mn S P O* 0, 02 0, 05 0, 15 0, 015 0, 20 Гранулометрический состав, %: от 200 до 160 мкм от 160 до 45 мкм менее 45 мкм от 0 до 15 остальное от 10 до 25 Насыпная плотность, г/см 3 Текучесть, сек/50 г, не более 2, 6 37 4

Составы легированных порошковых сталей СП 60 ХСМ: 96, 9% Fe +0, 6%С + 1, 0%Cr+1, 0%Si+0, 5% Mo СП 35 ГС: 97, 65%Fe +0, 35%С+ 1, 0%Mn+1, 0%Si Порошковые смеси готовились измельчением ферропорошков: Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-Si до размера 63 мкм и дальнейшим смешиванием с порошками Fe и Мо в планетарно-центробежной мельнице в течение 10 мин. 5

Физические свойства порошковых сталей 60 ХСМ и 35 ГС Марка порошковой стали Насыпная плотность, г/см 3 Текучесть, с 60 ХСМ 3, 02 42 35 ГС 2, 93 43 6

Технологическая схема и оптимальные режимы Смешивание в ПЦМ: Спирт τ=10 мин 200 об/мин порошок: шары=1: 5 Прессование: P=900 МПа Спекание: Вакуум Т=13000 С τ=2 ч 7

Исследование процесса прессования 8

Зависимость относительной плотности сталей от температуры спекания при выдержке 1 час 96 94 θ, % 92 90 60 ХСМ 88 35 ГС 86 84 82 1000 1100 1200 T, °C 1300 1400 9

Зависимость относительной плотности сталей от времени выдержки при Т=1300 0 С 98 97 θ, % 96 95 60 ХСМ 35 ГС 94 93 92 40 60 80 100 τ, мин 120 140 160 10

РФА СП 60 ХСМ после спекания Фаза стр. тип Об. доля, % Вес. доля, % Периоды, анг. α-Fe c. I 2/1 92. 2 ± 0. 1 92. 3 ± 0. 1 A= 2. 870 γ-Fe c. F 4/1 1. 8 ± 0. 0 A= 3. 587 5. 9 ± 0. 1 A= 5. 076 B= 6. 768 C= 4. 510 Fe 3 C o. P 16/2 6. 0 ± 0. 1

РФА СП 35 ГС после спекания Фаза стр. тип Об. доля, % Вес. доля, % Периоды, анг. α-Fe c. I 2/1 94. 0 ± 0. 1 95. 1 ± 0. 0 A= 2. 865 4. 9 ± 0. 1 A=5. 076 B=6. 768 C= 4. 510 Fe 3 C P 16/2 6. 0 ± 0. 1

Микроструктуры спеченных сталей СП 60 ХСМ (х200) СП 35 ГС (х200)

Фрактография изломов спеченных сталей СП 60 ХСМ СП 35 ГС

Свойства спеченных сталей, полученных по оптимальным режимам Материал Механические свойства HRB σв, МПа γ, % 86 430 4 63 260 12, 5 Сталь СП 60 ХСМ Сталь СП 35 ГС 15

Исследование режимов закалки На основании анализа литературных источников были выбраны следующие режимы закалки: Температура нагрева 850, 900, 950, 1000 и 1050 о. С Время выдержки при этих температурах – 15, 30 и 45 мин Закалочные среды – вода и масло Атмосфера водорода 16

Твердость HRA после закалки τ=15 мин Сталь СП 60 ХСМ T закалки , 0 С СП 35 ГС Среда охлаждения вода масло 850 35 36 35 30 900 46 45 37 35 950 47 42 41 39 1000 30 32 39 34 1050 34 37 37 35 17

Твердость HRA после закалки τ=30 мин Сталь СП 60 ХСМ Т закалки , о. С СП 35 ГС Среда охлаждения вода масло 850 41 42 37 34 900 51 50 41 40 950 51 46 47 44 1000 33 37 42 38 1050 38 41 41 40 18

Твердость HRA после закалки τ=45 мин Сталь СП 60 ХСМ Т закалки , о. С СП 35 ГС Среда охлаждения вода масло 850 40 40 35 32 900 50 49 40 39 950 49 45 44 43 1000 31 35 40 36 1050 36 40 40 38 19

Оптимальные режимы закалки τ=30 мин Т=9000 С для СП 60 ХСМ Т=9500 С для СП 35 ГС Среда-масло Микроструктуры сталей после закалки сталь СП 60 ХСМ (х200) сталь СП 35 ГС (х200) 20

РФА СП 60 ХСМ после закалки Фаза стр. тип Об. доля, % Вес. доля, % Периоды, анг. γ-Fe c. F 4/1 18. 7 ± 0. 1 18. 6 ± 0. 1 A= 3. 590 Fe-C (мартенсит) t. I 4/2 71. 3 ± 0. 1 71. 5 ± 0. 1 A= 2. 867 C= 2. 890 9. 9 ± 0. 1 A=5. 076 B=6. 768 C= 4. 510 Fe 3 C P 16/2 10. 0 ± 0. 1

РФА СП 35 ГС после закалки Фаза стр. тип Об. доля, % Вес. доля, % Периоды, анг. α-Fe c. I 2/1 93. 8 ± 0. 1 93. 7 ± 0. 0 A= 2. 865 Fe 3 C P 16/2 3. 0 ± 0. 1 2. 9 ± 0. 1 A=5. 076 B=6. 768 C= 4. 510 Fe-C (мартенсит) t. I 4/2 3. 2 ± 0. 1 3. 4 ± 0. 1 A= 2. 867 C= 2. 890

Исследование режимов отпуска Отпуск был проведен по следующим режимам: Температура: 300, 400, 500, 600 0 С Время выдержки: 30, 60 и 90 мин. 23

Механические свойства СП 60 ХСМ после отпуска Время выдержки , мин. 30 Т отпуска, о. С 60 90 Механические свойства δ, % σ, МПа HRA 300 4, 5 465 65 400 5, 0 615 60 4, 0 410 60 2, 5 650 59 500 6, 0 630 61 6, 5 460 57 4, 0 650 57 600 4, 0 490 55 4, 0 600 55 2, 0 50 24

Механические свойства СП 35 ГС после отпуска Время выдержки при отпуске, мин. 30 60 Т отпуска, о. С 90 Механические свойства δ, % σ, МПа HRA 300 5, 0 410 55 400 5, 5 440 48 4, 0 360 45 8, 0 420 50 500 7, 8 500 41 11, 0 500 44 4, 0 40 600 4, 0 420 43 8, 0 45 5, 0 300 45 25

Оптимальные режимы отпуска T=5000 С, τ=30 мин для СП 60 ХСМ T=5000 С, τ=60 мин для СП 35 ГС Микроструктуры сталей после отпуска СП 60 ХСМ СП 35 ГС 26

Фрактография изломов после проведения отпуска СП 60 ХСМ СП 35 ГС 27

Режимы термоциклирования Количество циклов – 2, 4, 6 Tнагр=8500 С, τ1=20 мин Tохл=6500 С, τ2=30 мин Среда – водород 28

Механические свойства стали СП 60 ХСМ после ТЦО СП 60 ХСМ Количест во циклов Спеченная σ, МПа HRA 2 393 4 6 δ, % Закаленная σ, МПа HRA 32 466 40 423 6 δ, % 33 342 35 341 33 464 38 5 29

Механические свойства СП 35 ГС после ТЦО СП 35 ГС Количест во циклов Спеченная σ, МПа HRA 2 384 4 6 δ, % Закаленная σ, МПа HRA 37 420 36 325 10 δ, % 33 327 33 326 36 355 36 13 30

Микроструктуры сталей после ТЦО СП 60 ХСМ СП 35 ГС 31

Фрактография изломов после проведения ТЦО СП 60 ХСМ СП 35 ГС 32

Выводы Было изучено влияние различных видов термообработки на структуру и свойства сталей СП 60 ХСМ и СП 35 ГС Наиболее высокие свойства для обеих сталей достигнуты закалкой с последующим отпуском 33