CC BY
42
Т. В. Бурдикова, И. Ш. Абдуллин, М. Ф. Шаехов,
О. В. Евсюкова, Ю. В. Винокуров ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАЦИИ ПОРОШКОВ ЖЕЛЕЗА И МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ НА СТОЙКОСТЬ К ОКИСЛЕНИЮ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Рассмотрено влияние методов модификации порошков железа на экс -плуатационные характеристики спеченных материалов на их основе. Рекомендуется использовать методы поверхностного механического легирования никелем и высокочастотной обработки плазмой пониженного давления порошков железа с целью их использования в материалах , полученных методом порошковой металлургии, для изделий, работающий в условиях агрессивных сред и повышенных температур при высоких механических нагрузках.
При хранении и эксплуатации металлы и материаллы на их основе, подвергаясь внешнему воздействию, окисляются. Реакции окисления порошков металлов и скорости их протекания подчиняются тем же законам окисления, которые получены для металлов монолитов (стержни, пружины, нити, пластины и т.д.), и зависят от природы металла, состава окружающей среды, формы и размера частиц порошка металла, свойств его поверхности (микрорельефа, наличия примесей, дефектов т.д.), от структуры и свойств пленки оксида металла, а также от времени окисления, температуры и давления окружающей среды [1]. Окисление является сложным, многостадийным процессом. Условно можно выделить следующие основные стадии: адсорбция атомов окислителя (газа), ионизация атомов металла и газа, химическая реакция с образованием кристаллов оксида, рост пленки оксида металла. После образования сплошного покрытия дальнейшее развитие процесса окисления будет зависеть от различных факторов, основными из которых являются природа металла и окислителя, толщина и свойства пленки оксида металла, температуры, давления окружающей среды и время окисления. Из теорий, объясняющих механизм окисления металлов, наиболее известны теории Кабрера-Мотта и Вагнера.
Для железа характерно образование различных устойчивых форм оксидов [2]. В ранее проведенных работах определено влияние методов модификации порошков железа и материалов на их основе, позволяющих существенно изменить стойкость к коррозии порошков железа и материалов на их основе в жидких агрессивных средах [3]
Целью данной работы является изучить влияние разработанных методов модификации порошков железа и спеченных материалов на их основе на стойкость к окислению при повышенных температурах в среде воздуха. Проводились исследования при температурах 470-670К и времени выдержки в печи в течение 60 мин. Критерием оценки является показатель изменения массы образца с грамма вещества и единицы поверхности (см2). С целью повышения коррозионной стойкости был предложен метод высокочастотной плазменной обработки, который проводился на высокочастотной плазменной установке при пониженном (1,5 Па) давлении в среде смеси газов аргон-пропана (30:70), при силе тока 1=0,7 А и расходе газа от 0,04 до 0,1 г/с и метод поверхностного механического легирования (ПМЛ) никелем (6%). При такой обработке меняются свойства поверхности материа-
470 500 530 560 590 620 650 Т, К
Рис. 4 - Влияние расхода газа (аргон:проиаи 70:30) при ВЧПО на окисление спеченных железных (100%) материалов
« 30
470 500 530 560 590 620 650 Т, К
Рис. 5 - Влияние расхода газа (аргон:пропан 70:30) при ВЧПО на окисление спеченных материалов ЖГр 1,2 Д2,75 МО,25 Н2
Проведенные исследования показали, что эффективным метод ВЧПО является применительно для спеченных материалов на основе железа (100%), и материала ЖГр 0,5 ДЗ КО,4 на основе серы, их стойкость к окислению на воздухе при повышенных температурах увеличивается в 4 и 2 раза соответственно. Таким образом, применение метода ВЧПО эффективно для спеченных материалов, содержащих незначительное количество добавок.
В ранее проведенных работах [3] показано, что модификация порошков железа методом поверхностного механического легирования никелем и материалов на их основе методом высокочастотной обработки плазмой пониженного давления увеличивают коррозионную стойкость как самих порошков железа, так и спеченных материалов на их основе.
Представляет интерес изучить влияние методов обработки порошков железа на механические характеристики спеченных материалов на их основе.
В условиях ОАО КМПО были изготовлены образцы материалов на основе модифицированного порошка железа, легированного никелем в количестве 6% методом НМЛ. Определены их пористость, плотность и проведены испытания на прочность при изгибе (табл.1). Проведенные исследования показали, что при использовании модифицированных порошков железа плотность и пористость не изменяются, но разброс данных меньше.
Таблица 1 - Влияние модификации порошков железа на эксплуатационные характеристики материалов на их основе
№ образцов Прочность на изгиб, кг/мм2 Плотность, г/см3 Пористость, %
немодифиц модифиц. немодифиц модифиц. немоди- фиц моди- фиц.
1-2 3-4 Среднее значение 49,40 51,80 оИзгср=50,60 55,50 58,30 сгизгср=56,90 6,80 6,20 рср-6,50 6,30 6,60 Рср=6,45 15.0 21.0 Пср=18,0 20,0 18,0 Пср=19,0
Прочность на изгиб материалов на основе модифицированных порошков железа на 11% выше, чем материалов на основе исходных (не модифицированных) порошков железа. Влияние расхода газа при обработке порошков железа ВЧПО на прочность при изгибе спеченных материалов на их основе.
Как было установлено ранее, обработка порошков железа методом ВЧПО увеличивает их стойкость к коррозии в агрессивных средах и к окислению при повышенных температурах на воздухе. Изделия, полученные методом порошковой металлургии, работают в условиях высоких скоростей и нагрузок, особенно на изгиб. В данной работе изучалось влияние обработки порошков железа методом ВЧПО на прочность при изгибе спеченных материалов на их основе. Исследования проводились на ОАО КМПО
Установлено, что порошки железа после обработки методом ВЧПО, хорошо прессуются и имеют эксплуатационные характеристики выше, чем у исходных материалов (табл. 2)
Таблица 2 - Влияние расхода газа при обработке порошков железа методом ВЧПО на прочность при изгибе спеченных материалов на их основе
Вид материала Расход газа при ВИПО 5ИЗГ кг/мм2
Fe железо необработанный 40
ЖГр0,5ДЗК0,4 необработанн ый 39
ЖГр1,2Д2,75Мо0,25Н2 необработанный 123
Fe (исходный) 0,06 г/с 40
Fe (исходный) 0,1 г/с 51
ЖГр0,5ДЗК0,4 0,1 г/с 86
ЖГр0,5ДЗК0,4 0,08 г/с 159
ЖГр0,5ДЗК0,4 0,06 г/с 145
ЖГр1,2Д2,75Мо0,25Н2 0,1 г/с 123
ЖГ р 1,2Д2,75Мо0,25Н2 0,08 г/с 238
ЖГр1,2Д2,75Мо0,25Н2 0,06 г/с 205
Проведенные исследования показали, что использование метода ВЧПО порошков железа увеличивает прочность на изгиб спеченных материалов на основе железа (100%) в 1.3 раза, на основе серы - в 2.2-4 раза, а на основе никеля и меди - в 1.6-1.9 раза по сравнению с исходными материалами.
Таким образом, можно рекомендовать использовать методы поверхностного механического легирования никелем и высокочастотной обработки плазмой пониженного давления порошков железа с целью их использования в материалах , полученных методом порошковой металлургии, для изделий, работающий в условиях агрессивных сред, повышенных температур и высоких механических нагрузок.
Литература
1. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1965. 428 с.
2. Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов. М.: Мир, 1969. 392 с.
3. Повышение эксплуатационных свойств изделий, получаемых методом порошковой металлургии. Отчет о выполнении научно-исследовательской работы на средства ФОНДА НИОКР РТ. Научный руководитель: Бурдикова Т.В. Казань, 2004. 69 с.
4. Абдуллин И.Ш., Желтухин B.C. //Вестник Казанского технол. ун-та. 2003. С. 172-180.
© Т. В. Бурдикова - канд. техн. наук, доц. каф. химической технологии гетерогенных систем КГТУ; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии кожи и меха КГТУ; М. Ф. Шаехов - докторант той же кафедры; О. В. Евсюкова - асп. каф. химической технологии гетерогенных систем КГТУ; Ю. В. Винокуров - нач. уч-ка ОАО КМПО.
