автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Структурообразование порошковых материалов с напыленным поверхностным слоем и разработка технологии их производства

од

- а да

На правах рукописи

ЧЕРВОНЫИ Владимир Андреевич

Структурообразование порошковых

материалов с напыленным поверхностным слоем и разработка технологии их производства

Специальность 05.16.06 — «Порошковая металлургия и

композиционные материалы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОЧЕРКАССК 1995

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение к технология материалов» Новочеркасского государственного технического университета.

Научный руководитель — заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Дорофеев Ю. Г.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Пустовойт В. Н.; — кандидат технических наук Дреев Г. А.

Ведущее предприятие —НГ1 ЛО РостНИИТМ, г. Ростов-н/Д.

Защита состоится « £ 5~ » /Ыа^_1995 г. в

часов на заседании совета К 063.30.10 но защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Новочеркасском государственном техническом университете но адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской обл., ул. Просвещения, 132.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » апреля 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к. т. п., доцент

-1 -

СЕ5АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена исследования особенностей формирования нзпыленккх покрытий на порсихопоя основе и схем технологических процессов получения порогхогых материалов с капиленнш поверхностным слоен (ГШ с НПО.

Актуальность теми. К числу вагкейпих направлен;-Я развития пороговой металлургии откосится разработка методов управления качеством ?<атс-ркал& поверхности порошковых изделий. Перспективной технологией формирования поверхностных слоев материала заданного качества является газотермическое напыление (ГШ) покрытий.

Специфические особенности ГШ, такие как своеобразный глк-ророльеф поверхности, позя-егиал териодкнатаческая нераинозес-мость, пониженная теллогтрородгюсгь и другие, обусловливает более високуп эффективность процессов формирования по;гр;;тиЯ иа псротсозоЯ основа по сравнения с основой из лигах катерна-лоз, Особенности ПМ предопределят» гг.кпо сроеобразие подходов к вкбору средств подготовки ¡ас поверхности к напггленкю.

Пократия пз болытлнетва кат ери ал о п пркобретелт наиболее гысохое качестзо после дополтгтттельмоЯ терадгчвекой или термоке-ханйческой обработки. В случае напилеккя на порогзюзух) основу возможно созкегцекке допсля.чтельной обработки яохрктня с операциями формирования материала основы и формообразования изделия.

Теоретические основы к практические способы- йордарозакия напыленных покрытий разработаны главным образом для случаев напылекяя на коколитнуп основу. Особенности напыления иа ПМ изучены э меньшей степеяя, особенно з аспекте дополнительной обработан материалов с похрытякмк.

Изучение особенностей технологии получения ПМ с НПС при зклэчении операции ГТН в технологический процесс на разных его этапах потребовало проведения исследований, которые были выполнены а соответствии с темой 75.92 "Разработка научных основ формирования структуры порошковых материалов к формообразование изделий при горячей деформации пористых порошковых заготовок. Создание на этой основе новых материалов и технологий"

-г-

программ; ППП Рй.

Работа выполнена на кафедре "Материаловедение и технология материалов" НЛУ.

Автор выражает благодарность доценту, к.т.н. Бабцу'Н.В. за консультации и содействие в подготовке материалов третьей и пятой глав диссертации.

Цель и задачи исследовьляя. Цельв работы являлось получение ПЫ с пезкаенкыми свойствами па счет-напыления поверхностного слоя. Для достижения поставленной цели реоалксь следующие задачи:

- разработка тфинфлиальноР. схему технологии производства ИМ с НПО к методики изучения свойств различных зон отюс кохпозяций;

- исследование влияния пористости спсчеиных и горкчеде-форыировакных ПМ (ЩЩ), а также способа подготовки кг поверхности на характеристики соединения напыленного покрытия с основой;

- исследование закокоыерю=тс*51 процесса спекания напыленного покрытия с пороиковой основой;

- изучение возможности осуществления динамического го-, рг.чего прессования (ДГП) пористых заготсвох с покрытие»; исследование в;;и;пкя свойств основы к параметров процессов спекания и ДШ на прочность соединения слоев материала;

- разработка рекомендаций для практической реализации результатов исследований.

Научная новизна. Показана возможность формирования прочного соединения напыленного покрытия с поросковой основой без использования специальной операции подготовки поверхности, только за счет рационального использования особенностей технологии порошковой металлургии.

Установлено, -что в связи с особенностями структура и свойств персиковой основы, улучшапциии условия диффузионного взаимодействия с материалом покрытия, при спекании ¡Ш я ШС обеспечивается более высокая прочность соединения своё®, чей при припзканки напыленного покрытия к основе из литой стала.

Показано, «то спекание пористых заготовок с пскрктклзет к последующее их ДГП позволяет совмезать и одной опершей форчи-роа&чие беспоркстого материала оскопи н фораообразовснгз изделия с достижением наиболее высоких свойств покрытия.

Установлены зависимости прочности соединения слоев спе-. ченных и горячедеформировагшых ПМ г НПО от факторов токологического процесса: исходной пористости холоднопрессовснной. основы, продолжительности спекашш и температуры нагреса перед ДГУ1.

Определены зависимости коррозионной стойкости ПМ с НПС от свойств иатеркалоз покрытия и основы, а также прочности их соединения. Показана возможность получения ПМ с КГ.С с высокой стойкостью а агрессивных средах г/утек спекания к ДГП пористых заготовок с покрытием из хромойикелсвсй стали. При ото« уплотнение покрытия снижает его склонность к ииттингообразова-нию, а формирование беспористой основы и увеличение прочности соединения повыгсаст обас/а стойкость материала в условиях пкт-. тинговой коррозии.

Определена целесообразность зациты пористых заготовок от окисления при нагреве перед горячей обработкой давлением путем напыления стального технологического покрытия. Еыяплена способность стальных электречеталлизационных покрытий образовывать жудкую фазу за счет плавления пптектических смесей оксидов систему; П?0-Ге203 и Гё0-Мр.0-&01 , что приводит к закрытии их поверхностных пор и обеспечивает эффективность защитного действия. ....

Практическая ценность. Предложенная схома технологического процесса а установленные законс.чс-рнссти форюфования II.'.: с ШС позволяют производить рациональный выбор способа изготовления деталей в зависимости от предъявляемых к их качеству требований. Разработанные рекомендации обеспечиаапт повышение качества ПМ с ШС и упрощение технологического процесса насчет совмещения процессов формирования материалов основы я покрытия и исключения отдельной операции подготовки поверхности. -

Реализация результатов работы. Разработан способ зева:-«

пориста» заготовок о? окисления при нагреве перед горячей деформацией без применения защитных атмосфер путем напыления технологического покрытия. Способ прииенен в технологическом-процессе изготовления фрез из поропха быстрсретуцей стали в условиях инструментального производства АО НПО НЭВЗ.

Публикация. По материалам диссертации опубликовано =ес?ь печатных работ, получены два .юлозштельных решения о выдаче патентов.

СОДЕШНИЕ РАБОТУ

Введение. Обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы основные положения, выноскаые на защиту.

В первом разделе приведен обзор опуО'ликованных работ по теме диссертаций, на основании которих сделаны следукциз вывода:

- ресурс работа к эксплуатационные характеристики большинства деталей w/жш в значительной степени определяются качество« их поверхности; в приложении к ИМ проблема управления качеством поверхности приобретает особуо актуальность в связи с посушенной дефектностьз её структура ;

- перспективным направлением повышения качества поверхностного слоя 1Ш является газотермпческое напыление покрытий;

- в настоязез время существует ряд толкований адгезионной прочности покрытий, прячем последняя определяется как факторами процесса напыления,"так и свойствами поверхности основа ; .

- теоретические'основы и практические способы формирования покрытия разработаны глазным образом для случаев напыления на основу из литого иатерисла; особенности напыления на IW изучена недостаточно, особенно в аспекте дополнительной термической и термомехонической обработки изделий с покрыт:;»«

На оскопе произведенного обзора сформулированы-цель и гадачи исследования.

• Во втором тэдадело дана характеристика кслользуемкх материалов , технологического к исследовательского оборудования, описаны методики проведения экспертаентов.

Использовались различные схемы технологического, процесса изготовления Ш с калиленнш ка разных его зтапах поверхностным слоем. Технология изготовления образцов включала приготовление порошковой пихты, статическое холодное прессование и следувщие в различном, порядке операции подготовка поверхности и напыления покрытая, спекания, ДШ.

В качестве исходных материалов порохковоП оснозы использовались железный порошок марки ГШ.200 (ГОСТ 9849-65) и карандашный графит марки ГК-1 (ГОСТ 4404-78) / Содермгнио графита з иихте составляло 0,6 % по массе. Образцы прессовали с исходной поркстостьп от I" до 35 %. Спекание производили з печах сопротивления в среде диссоциированного аммиака или во-' дорода при температурах 1050...1250 °С. Поверхностный слой напыляли методом электродуговой металлизации. Исходными материалами для покрытия являлись стальная проволока марки СБС8 ГОСТ 2246-70, медная проволока марки И1 ГОСТ 859-78, проволока коррозионностойкоЯ стали Х23Н13 (ЭИ319) ГОСТ 5532-72.

Испытания механических свойств образцов производили на универсальной разрызной малина У!ГГ-5. Прочность соединения слоев материала определяли по методу сдвига (среза) элемента покрытия. Изгибная прочность материала образцов определялась способом простого изгиба (ГОСТ 14С19-80). Металлографические исследования выполняли с поморья микроскопа МЕОР.ЧОТ—21 на шлифах, приготовленных из поперечных орэзоз образцов. Плотность покрытий определялась гидростатическим ззэешивенкеи по

гост 18898-89. ,.:■ 'Л- •

Коррозионная стойкость ПМ я НПС определяли на образцах, полученных по разным технологическим схемам. Испытания проводили в водных растворах соляной (37 %) и азотной (50 %) кислот, а также хлорного железа (10,8$). Критериями коррозионной стойкости являлись весовой показатель коррозии и коэффициент питтингообразования.

Газопроницаемость покрытия оценивали способоы измерения

количества воздуха, инфяльтрозанного через элемент покрытия . при создании с двух его сторон разности давлений.

При исследовании свойств покрытий использовался хетод центрального композиционного рототабельного планирования-второго порядка. Статистические расчеты выполнялись на ЭШ по программе, разработанной Сергеенхо Г.С.

В третье?/ шазсоле предстазлсш результаты исследовшня влияния технологических условий на формирование соединения напыленного покрытия с поропковой осноеой.

Покрытие из стали СЕОЗ наносилось на поверхность образцов после предварительной механической обработки или в состоянии, сформированном в результате охлатдения в восстановительно Я киссфере после спеквнкя или ДТП. Бродя вздержки образцов иезаду операциями подготовки поверхности к н&шнения варьировалось з пределах от 0,3 до 18 часов.

Прочность соединения покрытия с основой зависит от способа подготовки поверхности перед напылением и времени между операциями подготовки и напыления {рисЛ}. Снижение прочности с увеличением этого времени характерно для всех образцов. При этом для механически сбработанягх. образцов заЕИС5мости иаевг криволинейный хар&нтер с знра?.енньаш участками перегиба.

РисЛ. Влияние .времен медду окончанием операции лодгогсЕки поверхности и нападением «а точность соединения покрытия при разных способах получения основы. I, 2 -горячедефорикрованиая яороаковая основа; 3, 4 - спеченная основа; 5 - компактная основа;

1, 3 - охлаждение в зос-■стансвэтсзыюп среде ;

2, 4, 5 - иахшзческая хвдтзгозаа основы

Относительно кедленяое снижение прочности соединения покрытий, напыленных ка поверхности в первые 1,5*2,5 часа после подготовки, обусловлено сохранением достаточней хкшгческой чистоты поверхности при существенной вкладе фактора механического зацепления за счет её шероховатости. В дальнейшей до достижения значет!й ыеаоперецконного времени 5+7 часов значения прочности соединения снижается линейно в связи с соответствую;™ возрастанием числа молекул адсорбированного на поверхности газа. Последу пд од выдержка пракгичеаси не влияет на прочность соединения, поскольку связи поверхности основы достигают насыщения. При напылении покрытий на поверхность порокяояых образов, не подвергактехся ыэх&чической обработке и охлажденных с температуры спекания или ДТП в защитной атмосфере, прочность соединения уцекьшаэтея с увеличением времени вздержки по закону, близкому х линейному.

Во всех, случаях характер зависимостей прочности соединения от вреыеии ввдержки определяется интегральна плилкиеи главньм образен двух факторов:

- химической активности поверхностных атсиос основы, связанной с предигсториея её получения к уменьгахх!;еЯся с увеличением времени ввдеряж! ; •

- величиной активной поверхности, определяемой её шеро-ховаюстьи; последняя коррелирует также с силами ыехгничес-когс зацеплзнил.

При нзг.клении покрытий ка поверхности, порошковых тел н начальный период после окончания их охлаждения в- восстановительной среде преобладает едилнис первого Актора, причем "активность" основы дсетато'тко велика, что. компенсирует низкое значение параметра пероховатости и позволяет получать величину прочности не izas, чей в случае. налетения покрытия на поверхности после- иехояической обработки. По перо насыщения связей начинает превалировать влияние второго фактора.

Поверхностная пористость, с одной стореш, выступает в роли своеобразной шероховатости, создавая благоприятный условия для кехшзмеского зацепления, а с другой - приводит к снижени» теплопроводности, повьпегега температуры з зоне кон-

такта и улучшению условия химического взаимодействия. При . отом влияние способа изготовления стальной юснови на прочность соединения покрытия, напыленного через четире и более часов после механической подготовки поверхности, •незначительно. Механическая подготовительная обработка порошкового материала снижает Еелкчину пористости в поверхностном слое, ыожет создавать в нем за счет пластической деформации дополнительные структурные дефекты и, тем самым, ниЕелирует специфические особенности микрогеометрии, теплопроводности, структурной дефектности к термодинамической неравковесности, ^ характерные для ПМ.

Поверхностной гористость» горячедеформировакных Ш иох-но управлять путем варьирования параметрами .технологического процесса, в первуз очередь, температурами'нагрева .инструмента у. заготовок. Исследование зависгаюсти прочности соединения пехрытия с горячедо^ормироваиной основой от '.текператур-«кх режимов ДГП проводилось при варьировании температуры инструмента в пределах 20+500 °С, а заготовки - 800*1200 °С. Наиболее высокие значения прочности достигается -при напкле-нии похрктия з;а основу, сформированную при минимальных температурах заготовки и инструмента. Низкотемпературный резеш ДГП сбеспечиза^т получение материала с поваленной поверхноб-тнс?. повис тосты, к наличием других дефектов ^строении, например, ыихротре.'цин, ч^о. обусловливав улучшенные »условия,для образования- как механического зацепления, '/гак ¡и -хжического взаимодействия. При этом прочность соединения гпокрыткя • (51,5 Ша) в среднем на 25 % превышает. прочность -соединения <с основой, полненной при высоких температурах ¡нагрева -заготовки и инструмента (35,8*41 Ша).

Повышение характеристик механической прочности покрытия, а также уменьпекие пористости, может быть достигнуто путем дополнительной термической обработки. В случае ГШ на Ш на- . следственная мелкозернистость последних снижает возможные негативные последствия высокотемпературного кагреаа изделий с покрытиями. Кссме того, при напылении на холоднопрессован-кые заготовки последугпая термическая обработка покрытия

»¡жг быть соаиецеяа'со спеканггм аатеряаяз осногы. С увеличением пористости прочность соединения возрастает, поскольку происходит увеличение контактной .поверхности, снижается теплопроводность материала м угучкавтсл условия образования механического зацепления нагаягмкх частиц с основой. Контакты, возникли« в момент напыления, иояучапт развитие в процессе спека!яя (рис.2).

\/V'

5 20 25 П\ %

120 ТГгжн

Рис.2. Влияние исходной по-ркстостк основы на прочность. соединения покрытия по еле спекания прсдолкитеяькостыз, акн: I - сО: 2 - 120.; 3 -- 1Б0; 4 - 240; 5 - ыа- • териала о с но га '

Рйс.З. Влияние времени спекания на плотность соединения при толокне покрытия, мм: I - 0,3: 2 - С,6; 3 -- 0,9; 4 - 1,2} 5 - поксытие то~инсй 0,9 ии на литой стали; 6 - ч.^ материала основы •■■■'•'.

При пористости основы бшв 25 % происходит снижение прочности соединения, что обусловлено значительной усадкой и низкой прочность!) зысокспористого материала основы. Термические напряжения в покрытии могут превосходить.прочность основы как на стадии напыления на холоднопрессованные заготовки, тая и на стадии спекания напыленных заготовох, что приводит к короблении покрытия, разрыхление прочно соединенного с ним по-вэрхностного слоя и местнш его отрывам. При пористости сено-

вы 30 % и более напряжения з покрытии кастелько превосходят . прочность основы, что оно отслаивается в процессе напыления*

В наибольшей степени на прочность соединения покрыгкя, спеченного с основой! ьлилет продолжительность спекания.'При спекании в течение 90+120 тан тгррчнссть соединения достигает' уровня прочности материала основы (рис.З), Спекание налклеи-ного покрутил с пористой торзлзкозей ■основой обеспечивает более вксокуо прочность соединения ло сравнении -с основой кз литого материала, что обусловлено особенностям! структуры к езойстз ПМ. Наличие пористости и других дефектов способствует, пс&скмо объемной диффузии через -контактные учзстхи, протекают ди£фу-еионных процессов по гракГцсы часткц, ыезезереныи границам, через газовую фазу, а значительная «криьязна коктакгкруззцих поверхностей частиц обусловливает -проявление других двгафтцих сил спекания.

Процессы развития связей иетду покрытием и основой протекает быстрее и полнее пси прилодск::: внелнего давления. При этом обеспечивается тзхпз повизекие характеристик прочности и пластичности саысгс покрытия. Натл-еже т:скрыт:-:л на пороговые прессовки с последупцим ДТП позволяет совмещать в едной операции процессы формирования материала основы и формообразования изделия с по влетаем характеристик по::?е.ткя. Прочность соединения слсез матер::ела, полученного путей ДТП по-риепп заготовок с налдаеннъы покрытие*«, заметно загкеит от исходной пористости заготовки. При напькении на спеченные заготовки прочность соединения увеличивается с увеличением ■ пористости, монотонно возрастая до прочности 'материала сскоьи. Повышенная пористость способствует образования прочноЯ связи покрытия с основой за счет увеличения контактной поверхности, понижения теплопроводности и улучиенкя условий для механического зацепления материалов," образования бодызего числа участков схвагкзения,- получающих развитие в процессе последующей обработки. Кроме того, в процессе деформация происходит зате-канке материала покрытия в открытые поры основы.

В случае кашиенкя похрктия на хслоднопрессоьенниз гаго-тоыси максимальная прочность соединения после ДТП достигается

при исходной пористости осноен 20f£5 %. При большей пористости возникающие в процессе напыления тер»«ческиа насряжзния а покрытии превосходят по величине прочность материала основа. • 3 результате з переходном слое возникает трещины г. другие дефекты, не устраняете з процессе ДТП и рзоко ешяаяциз прочность соединения. :

Значительное попшение прочности соединения с основой достигается при спекании заготовок с покрытиями перед ДТП (рис.4). Спекание обеспечивает разпктие контактных участков

Т,

МПя 22(3

180 КО

3 1--- ¡

Уо г 1 ! I

1 < >J

/ i ¡

S5íT?5u Ш

Рис.4. Влияние уезгпепагурн ДТП на прочность соединения напиленного слоя образцов, получегшых путей ДП1 холод-нопрессованнцх заготовок с покрытием (1) или нализанных заголовок, прсшадсих спекание (2), 3 - ыатзеигла основы

115U Х»с

"ыелду покрутя таи и основой г>а счет ■Йслоо полного тзо?екаикя диффузионных процесссп, гт по время ДГП. В процессе спехе- • тая тис.е пропствдчт зосстелср-лсипа оксидов, охрупчивгаЕргс . матерая покрытая, по зрение пчстидста, прочности и пластичности. что снижает ззрогготосэь везникьовенин и развития тре-' с\ин в процессе ДТП. -Цричзи, г:а'* с случая спекания покрытия перед ДГП, та:: и при осуществлении ДТП после налиленкя, прочнеете соединения возрастает с утзеличеккеа температуры нзгрева. 3 процессе -спекания я ДТП ткузиегкх заголовок с покрытиями ■происходит сигаейие .напряжений, остаацихся я покрытии после .-натагекия. В результате резко уиеньаается влияние тслцика . -покргяия на прорость его соединения с основой. В этом случал толщина покрытия нз лвляется лимиглрутарк фактором, как при напылении покригия бзэ последующей унрочняидей обработки. Возникмцие в моман» напыления напр гафния не должны лкзъ при-

водить к отсэтеиганиз покрытия до операций спзхаяия и ДТП.

3 четвертом разделе представлены результаты исследования свойств ИМ с НДС, порученных обработкой заготовок с покрытиями.

Одно из возможных направлений применения Ш с НПС - получение изделий с антикоррозионными свойствами, в частности, с поверхностна* слоги из нержавещей стали. Исследогана кор- . розкокная стойкость материалов с основой кз стали типа 45п и покрьтаеа из стали Х23Н13, полученных следующими способами: напылением покрытия на спеченнус пористую основу; напылением на горкчзуплотнгнкуз беспориступ основу; спеканием перистых заготовок с покрытием; ДТП заготовок с покрытием. Исходная пористость основы составляла 20 %; спекание производили при текпературе ,1250 °С з течение 2 часов в среде остро-осутагнного водорода, ДТП выполняли с температурой нагрева 1150 °С и приведенной работой уплотнения 280 ¡/Дк/м3. "Установлено, что коррозионная стойкость ПИ с'НПС зависит не только от свойств покрытия, ко и, е .значхтельной степени, ст свойств основы, а также от прочности их соединения.

Прл испытаниях в азотной (50 %) и соляной (37 %) кислотах наиболее «ыеокие свойства, близкие к свойстве;« стали ' Х22Н13 в состоянии поставки, повааали торячедефориированнке ДМ с НПС. При зтоы процесс корросик локализовался в отделыщх очагах, связанных со4 стпуктурщми дефектам.'! покрытия ■ (рис.5).

Материалы с напыленный: и спеченными покрытиями при данных условиях испытаний имеет неудовлетворительную стойкость. Наиболее низкой стойкостью обладает материалы с пористой основой. После 25+50 час испытаний их поверхность покрывается питтингамк и при дальнейших испытаниях.агрессивная среда проникает сквозь пораженное похрытие к материалу основы. Пористость основы начинает оказывать определяющее влияние на протекание коррозионного процесса. Взаимодействие кислоты с пористым спеченньм железоуглеродиста материалом происходит с высокой интенсивность», коррозия распространяется под покрытием вдоль границы раздела с основой« покрытие покрывается

трещинами, отслаивается г процесс переходит в стадии разрушения. Причем отслаивание и растрескивание покрытия происходит тем легче, чем меньше величины прочности материалов покрытия я основы я их соединения между собой.

Ой

50

№ ±>Ч

-А/

/

(Л

.-Рис. 5. Изменение массы образцов в 37 % соляной (а) и 50 %

азотной (б) кислотах:

1 - напыленное покрытие на пористой основе;

2 - напыленное-покрытие на ЩПМ

3 - напыленное покрытие ка литой стали;

4 - напыленное и сг.еченкое покрытие на порошковой

осноге;

5 - напиленное и спеченное покрытие яа компактной

оснозе;

6 - горячедеформированный ПМ с НПС ;

7 - сталь §И 3!9

. Исследование склонности к пкттккгосйразозанхл покрытий, полученных :по разным варианта« технзяог.ическсго процесса, пе-.казачо, что различие в 1нх коррозионном поведении заяличается, з первуп очередь, в образовании -разного количества очаго» поражения. Наибольшее чг.сло актгякгсэ яш. единицу пяовддн поверх-

кости (147-1С^ и-2) имеет покрытия, не подвергавшиеся после напыления дополнительной обработке, а каяменьаео (64* 104 м"2) - покрытия, прошздшие спекание и горячее доуплотнение. При этом существенного различия с средней глубине питткнгоз не выяаяеко. Пониженная склонность к питтикгообразованию материалов, полученных путем спекания и ДП1 пористых заготовок с напыленными покрытиями связала, главным образом, с умепьзе-нкеи пористости и содержания кеметаллкчоеккх включений.

Таким образоу, спекание и ДШ пористых заготовок с поверхностны*« слоем из хромоникелевой стали обеспечивает коррозионную стойкость значительно более шеокух), чем у напыленных покрытий, получерны-/ по традиционной технологии без дополнительной обработки, что обусловлено снижением склонности к пиггкнгообразоЕани?;, благодаря уменьпенис количества потенциальных очагов коррозии, и повышением коррозионной стойкости бесг.сркстой основы в условиях частичного г.ораяеккя покрытия.

Исследована возможность и целесообразность применения напиленных стальных покрытий в качестве защити пористых заготовок от окисления при нагреве в воздушной аткосфере перед ДШ. Защитное технологическое покрытие входит в состав припуска, уделяемого при механической обработке доуплотненной заготовки и долзмо сохранять требуемые свойства только во время нагрева. . _ ■ ^ . л .. _. ""."■'

Изучено влияние параметров процессов напыления к нагреэа на газопроницаемость электроньталлизационных стальных покрытий толщиной 0,1+1,2 мм. Газонепроницаемость покрытий в исходном (после напыления) состоянии достигается при их толщине 0,5 йм. При нагреве с температурой 850+1050 °С окисление покрытия приводит к уменьшению скеозноЙ пористости и, соответ- . ственно, газопроницаемости. Шявлена характерная особенность поведения стального электрометаллизалионного покрытия при нагреве в окислительной среде,-заключавшаяся в образовании жидкой фазы при температуре около 1100 °С. Источником жидкой фазы является эвтектическая смесь оксидов систем Ре0-(-"е20$ и

реО-МлО-¿¡02 : . Плавление окегдов приводит к образова-

них> шлаков на основе РеО- , гокрызапцях поверхность покрытия гадкой сяеняоЯ и аепалнящих пори. Таким образои обеспечивается газонепроницаемость покрытия «алой толщина (цэнез 0,4 км).

Установлено влияние зешистюго покрытия на качества Ш после кратковременного (2+10 мин) нагрева в окислительной среде. Прочность Щ с покрыгиеи толщиной 0,4+0,8 мм при испытаниях на изгиб после нагрева до 1050*1150 °С составляет 900* ♦1100 МПа против 740 {.{Па у образцов без гокрыг'ия.

С целью обеспечения рационального выбора толщины защитного покрытия з зависимости о'.? режима нагрева заготозки выполнена оптимизация по нетоду центрального роиагабгльного композиционного плакирования. 3 качестве критерия ззцктеых ссойств принят коэффициент эффективности, определяемый как еткоаение прочности образца,- нагрезаемого с покрытием, к прочности образца без покрытия." Полученные в результате реяешк задачи оптимизации номограммы позволяй?, задаваясь значенная кооффици-ента эффективности при необходим« температуре и времени наг-грева, назначать рацкональную толщину покрытия.

3 пятом раздела , изложена рекометясцки ко практическому использоведи» результатов яссгедо&аянй.

При нанесении, покрайи на спгченнуи порсохонуо основу предлагагтея выполнять операция яаг&лежя э течеяке едкого часа после извлечения заготовки из среды спекания, а споии&льнуо оперзл^п подготовки поверхности не производить. В случэях» когда покрытае форгарус'тся на ГДПУ и к прочности соединения нэ предъявляются по шпеки® требования, »окже возможно нападение без традиционной подготовки яоаерхкосги. Рекомендуемся после извлечения из аузмаа помещать горячие дэгали в восстаковитель-куэ среду для охяаядеккя до необходимой температуры. Если температура извлекаемых из зяампа изделий недоматочна для эффективного протекания процессов восстановления их следуея подвергать дополнительному нагреву продоядмтелькостьо 2 мин в тех: же условия^ что н тарэд ДО1. С цельи яовжекия прочности соединения покрытия с горячадефориироваккоЯ основой последргаэ рекомендуется форбсфаваи»,ееди позволяв* требования к квхааи-

чьскш свойствам материала, при никималь'гнзс температурах заготовки (800+850 °С для стали) и инструмента (20 °С).

Наиболее высокие значения прочности соединения достигаются в случае спекания и ДТП пористых заготовок с напыленным поверхностным слоем. Спекание покрытий со стальной поропко-вой основой рекомендуется производить з течение I,i> часа, что обеспечивает прочность соединения на уровне прочности основного материала. ДГЛ следует выполнять с температурой нагрева еа-готовки 1050 °С и вше!

3 случае формирования ¡Ж с НЛС путем спекания к ДТП холо-дюпрессованных заготовок с покрытиями последние могут напыляться на поверхность ярессозки без её подготовки. При этом поверхность необходимо предохранять от загрязнения, а напыление производить ио позднее 24 ч после прессования. Наиболее высокая прочность соединения покрытия достигается при исходной пористости 20*25 %.

КорроЕнскностойкие ПМ с покрытием из хрсыоникелевой стали рекомендуется получать способом ДТП напыленных заготовок. После напыления, заготовки еле,дуст спекать в остроосузенных средах. Рогаты спекания следует назначать такие же, Kai: и для ■ порошковых нзр&авенцих сталей аналогичного состава. Для кате-, риала с покрытием из стели аустенитиого класса температура спекачия должна быть II50+I200 °С, ¿¡артенситного класса -¡250+1300 °С, а время спекания - 2+3 ч.

Способ защиты пористых порошковых заготовок от окисления яри нагреве перед ДТП реализован в технологической процессе изготовления дисковых фрез из порошков бкстрорежущи£ сталей. Дате короткого времени пребывания на воздухе прессовок из порошка быстрорежущей стали при перенссе их из печи с защитной средой в птемпы достаточно для окисления материала на значительно глубину. Задача защиты материала решена путем напыления методом електродуговой металлизации газонепроницаемой стальной оболочки, толщина которой - 0,5 ш определялась для заданной температуры (1180 °С) и времени нагрева (5 мин) по номограммам, полученнш по результатам.исследований. Защитное покрытие обеспечило надежное предохранение от окисления при

нагрева в воздушной атаосфэре. Данный способ рекомендуется применять для изделий из порошков материалов, легко оххсляв-щкся при высоких теупературах. Причем, в отличие от способа эацкты с помощи герметичных металлических контейнерсв, покрытие 1'схет накоситься на ягучныа заготовки сложной форм» любых размеров.

Применение данного способа защиты пористых заготовок даёт возможность организовать производство фрез в условиях АО НПО НЭВЗ с получением при изготовлении только одного типоразмера изделия годового зкоконаческого эффекта в сумме 1700 тис. руб. (э ценах 1994 г.).

СБШИЕ ШВСДЫ

1. Предложена комплексная схема технологического процесса получения ПМ с задании*« характеристик«« поверхностного слоя, 'предполагавшая его нянс-сение метода?« ГШ ка разных этапах фор-г/крезаккя порогового хзкелия. Показана возматность и целесообразность спеканпя я герячего доуплотнеияя поркстых порокковвх заготовок с напыленным покрытием.

2. Установлены зависимее?« прочности соединения напнлгкяо-го погерхкосткого елся от технологических парг-мэтрс» к способа подготовки поверхности порссхозой оснозм. Выявлена вол«о.т:гос7ь формирования прочного соединения покрытия баз использования специальной операции подготовки поверхности только за счет белее рационального использования особенностей технологии яорсп-ковей металлурги:: и специфических свойств поверхности иМ. Охлаждение ПМ в восстановительной среде после спекания и горячей деформации обеспечивает химическую 'чистоту. и ахтизиость «с: поверхности, что позволяет з течение I ч после извлечения заготовки из восстановительной среды производить нападение покрытия с достаточно высокой прочность» соединения.

3. Определены тсотературнца параметры прсцсссаДГП пороп-ковых сталей, способствуйте форунровагота материала поверхности с повызгкноЯ наскшшостьв структур^« дефектами, вде обеспечивает узешгагниа прочности ссед'лнеияя напиленного покрытия. При напыления покрытия ка поверхность ЩШ, сформиройеннюс при

минимальных температурах заготовки (800+850 °С) и инструмента (20 °С) и охлажденных в восстановительной среде, достигнута прочность соедшенчя на уровне прочности соединения покрытий, налылгнкых на поверхности, подготовленные механической обработкой.

4. Установлено, что для достижения прочности соединения с-оэв ИМ с ШС на урозне прочности материала основы необходимо спекание холоднопрессованной напыленной заготовки в течение 90+120 мин ; при большей его продолжительности заметного повы-кенкя свойств не происходит, Е&яалено, ч~1 прк спекании напыленного слоя с порошковой основой достигается прочность их соединения более высокая, чем с основой кз литой стали, что обусловлено улучшенными условиями диффузкошого взаимодействия

. порокковой основы с материалом покрытия.

5. Предложен способ изготовления ИМ с ШС путем ДГЛ пористых заготовок с напыленным покрытием, что позволяет совместить в одной технологической операции получение беспористого материала основы и формирование поверхности с заданными свойствами с формообразованием изделия. Установлено, что максимальная прочность соединения слоеб (не низе прочности материала основы) обеспечивается при спекании заготовок с покрытиями и их температуре нагреЕа перед ДГЛ, составлявшей 1050+1100 °С (для стали).

Б. Определено влияние исходной пористости напыляемых заготовок на прочность соединения покрытия. С увеличением пористости холоднопрессованной основы происходит развитие контактной поверхности и уменьсение теплопроводности, при этом прочность соединения возрастает к достигает максимума при пористости 20+25'При пористости в пределах 25+30 % прочность соединения резко снижается, а более 30 % - происходит разрушение поверхностного слоя прессовки под воздействием напряжений в покрытии. В случае напыления покрытия на спечеяные заготовки с последующим повторным спеканием или ДГЛ максимальная прочность соединения достигается также при исходной пористости 20+25 %. '

7. Установлено, что в случао спекания и ДГП ПМ с ШС прочность соединения покрытия но зависит от его' толпзпш, что обу-

' слошгено снятием при дополнительной высокотемпературной обработке напряжений» остахягххся в покрытии после напыления, иии их нивелированием напряжениями, возникающими в процессе ДГП»

3. Иесяедс зано влияние факторов технологического процесса аа коррозионную стойкость ИМ с Ш1С из хромоникелевых сталей. Установлено, что стойкость материала с покрытием при наличии питтянговой коррозии определяется не только качеством логругяя, ко "А свойствами .основы,, а также прочность« их соединения- Показана возможность оошиения коррозионной стойкости ПИ с ЙПС за счет уплотнекия покрытия и основы, а также по-пленяя прочности их соеджекия путем термической и термомеха-ничесхой обработки.

9. Установлено, что з случае ДТП зхорогжовнх заготовок с напыленным покрытием уплотненно закрытая еккпает его склонность к питтингообраэоййниг, а формирование <5еспористой основы я увеличение прочности соединения повышает обцуп стойкость материала при поражении покрытия питягозоЯ коррозией.

Получен ТДПМ с основой из стали 45п и поверхностным слоем из стали Х23Н13, имевзий коррозя-ониу» бойкость з растворах азотной и соляной -кислот 5 я 9 баллов <по ГОСТ 5272-68), соответственно-

10. Определено влияние параметром процесса напипенил я условий высокотемпературного нагрета на газопроницаемость стальных -напыженных покрытий- Ейлзлека способность стальных электрометаллизационнпх покрытий образовывать гвдкуз фазу при температуре около 1100 °С за счет плавления эвтектических смесей гРеВ „ Ре30/( , ЕеД, и ©кеедов системы Рей-МпСНЮг ; при этом «зййспечивается газонепроницаемость покрытий малой (менее мм) толщнны.

11. Разработан способ -зшииты пористых пороакозых заготовок от окисления при высокотемпературном нагреве путам напыления технологических -стальных покрытий, обеспечивающих во-эмоч-«оеть ¡напева ¡перед ДТП без ¡применения специальных сред.

12. Разработаны рекомендации по практическому испсльзова-•ни» 'результатов ^исследования. Применение защитного технологического яо!фытия позволило реализовать технологический про-

цесс ДШ итзтоагх заготовок фрез кз поропха быстрорежущей стали в условиях Новочеркасского электровозостроительного завода, что позволяет? при изготовлении фрез одного типоразмера получить годозой экономический эффект в сумме Ï70Q тыс. руб.

Основный положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Деревянннх А.П., Ргншев A.C., Червоный В.А. Опыт изготовления режуцего инструмента кз порог*а бкетрореяуюте сталей ка АО НПО "ИЗ33* // Электровозостроение: Сб. иаучн. тр. / АО "ЮШКИ". - Новочеркасск, 1994. - Т.24. - С.Ш-172.

2. Дорофеев Ю.Г., Гасагюв Б.Г., Дорофеев B.D., Сергееи- . ко С.Н., Червоный В.А. Разработка научных .основ формирования структуры порошковых материалов к формообразования изделий при горячей деформации пористых порошковых заготовок. Создание на этой основе новых материалов к" технологий // Проблемы современных материалов и технологий, производство наукоёмкой продукции: Реф. сб. / Реслубл. кнженерно-технич. центр порошковой неталлургкк с КИИ проблем порошковой технологии и по-тфытнй. - Пермь, 2934. - С.40-41.

3. Дорофеев Ю.Г., Чераоный В.А., Батисиксв В.Т. Повышенно качсстга поверхности пороаковых издолий нанесением газотермических пократий // Теория и технология производства пороговых материалов и изделий: Сб. научн. тр. / Новочеркасск, гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: НПУ, 1993. - С.52-55.

4. Дорофеев Ю.Г.', Черзокый В.А., Еатиенков В.Т. Исследование газотерннческого напыления покрытий ка горячеатампован-ные поросковые заготовки // Термическая обработка стали (Теория, технология, техника эксперимента): Медвуз. сб. научн. работ /Донской гос. техн. ун-т. - Ростов-«/^: ДПУ, 1994. -

- С.100-104.

5. Червоный В.А., Байдала Э.С. Композиционные материалы для теплоэнергетического оборудования, работасвего при повышенных температурах // Экологически чистая энергетика: Тез. докл. научно-техн. кокф. - Новочеркасск: НПУ, 1994. - С.53.

G. Ютишев A.C., Деревянных А.П., Червоный В.А. Изготовление заготовок дисковых фрез из порошка быстрорежущих сталей

//Теория и технология производства порошковых материалов н изделий: Сб. науч. тр. /Новочерк. гос. техн. ун-т. — Новочеркасск: НГТУ, 1993. — С. 68.

Подписано и печать 14.04.95 г. Объем 1.25 п. л. Тираж 100. Заказ 587.

Типография Новочеркасского государственного технического университета 346100 г. Новочеркасск Ростовской обл., ул. Просвещения, 132.