Вплив параметрів гарячого ущільнення на структуру і властивості отримуваних матеріалів

Разом з відомими теоретичними і експериментальними дослідженнями процесів гарячого ущільнення пористих порошкових матеріалів, був проведений великий комплекс досліджень, присвячених вивченню впливу параметрів гарячого ущільнення на структуру і властивості отримуваних матеріалів.

Найбільш широке застосування методи ГШПЗ знайшли для отримання виробів з порошків на основі сплавів заліза, при цьому отримувані матеріали по своїх властивостях часто не поступаються, а у ряді випадків і перевершують компактні матеріали аналогічного складу, що отримуються звичайними металургійними методами [39]. У роботах [40, 41] приведені результати досліджень властивостей пористих неіржавіючих сталей Х23Н18 і Х25, отриманих методом ГШПЗ із заздалегідь легованих порошків. Аналіз отриманих результатів показує, що гаряче штампування без попереднього спікання заготовок або дифузного відпалу поковок найчастіше не дозволяє отримувати щільні вироби з високими физико-механическими властивостями. Попереднє ж спікання або дифузійний відпал дозволяє істотно підвищити міцнісні, пластичні і корозійні характеристики порошкових сталей.

Автори [40, 41], досліджуючи вплив швидкості гарячого штампування на структуру і властивості поковок із залізного порошку, показали, що збільшення швидкості ГШПЗ викликає деяке зростання міцності поковок при однаковій щільності, проте знижує показники пластичності [34,36]. Ці дані також знайшли підтвердження за наслідками роботи [35], в якій показано, що застосування високошвидкісних молотів для штампування заготовок із сталевих порошків дозволяє отримувати матеріали з достатньо високим рівнем міцності навіть в порівнянні із сталевим прокатом високої якості.

Істотний вплив на структуру і властивості порошкових матеріалів, отриманих ГШПЗ, має початкова пористість заготовок, а також ступінь деформації частинок матеріалу при штампуванні і приведена робота деформації. Так, автори роботи [36], вказуючи на погіршення властивостей горячештампованних матеріалів із зменшенням початкової пористості заготовок, пов'язують це, головним чином, з гіршими умовами довідновлення оксидів при нагріванні під штампування в середовищі водню для заготовок з нижчою пористістю, а також більшою неоднорідністю їх пластичної деформації.

Однією з особливостей мікроструктури гарячештампованних порошкових матеріалів є стовбчатість периферійних зерен і різнозернистість структур центральної і периферійної зон зразків: по міру наближення до центральної частини зразків розмір зерен збільшується [35,36]. Автори [36] пояснюють це тим, що первинна рекристалізація тут йде повніше, оскільки швидкість охолоджування набагато менше, ніж в периферійній зоні. При цьому, з підвищенням температури гарячого штампування різнозернистість зон зменшується.

Достатньо сильний вплив на ступінь різнозернистості має величина пластичної деформації матеріалу основи частинок: підвищення значення ε₀, яке досягається збільшенням, зокрема, початковій пористості q₀ заготовок, приводить до рівномірної фрагментації зерен. При ущільненні заготовок з низькою пористістю (при θ₀ = 5 - 9 %) структура гарячештампованного матеріалу грубозерниста і неоднорідна, що значно знижує його механічні властивості [37].

Механічні властивості гарячештампованних порошкових сталей істотним чином залежать також від гранулометричного складу початкових порошків: найбільш високий рівень механічних властивостей спостерігається в сталях, виготовлених з дрібних порошків [30]. Причиною зниження властивостей сталей при збільшенні розмірів початкових порошків є важкість довідновлення внутрішньочастинкових оксидів, які зберігаються в сталях після спікання, і мають негативний вплив на механічні властивості матеріалів.

Дослідження впливу коструктивної схеми гарячого штампування на структуру і властивості отримуваних матеріалів [42] показало, що відкрите гаряче штампування неспечених заготовок, наближених формою до готового виробу, приводить до набуття низьких механічних властивостей матеріалу унаслідок грубих дефектів структури. Помітне підвищення властивостей досягається шляхом реалізації схем вантаження, що забезпечують інтенсивні деформації зсуву, зокрема - штампування витискуванням [38, 39]. У зв'язку з цим досить актуальними стають питання розробки нових, дослідження і вдосконалення відомих ефективних схем деформації і конструктивних рішень для їх реалізації. Так, автори роботи [39] запропонували метод штампування заготовок з порошку титану витискуванням з протитиском (підпором). Запропонований метод дозволяє отримувати з порошкових матеріалів вироби складної форми з властивостями, які мало відрізняються від властивостей аналогічних виробів з монолітного титану.