Превращения, протекающие в железо-медь-углеро-дистых композициях

Пояснения к работе

Медь является наиболее распространенным легирующим эле­ментом в порошковой металлурги. Она обладает, малым сродством к кислороду, улучшает прессуемость, интенсифицирует спекание, если его температура превышает температуру плавления меди. Под действием капиллярных сил жидкая фаза растекается по формовке, увеличивая площадь соприкосновения компонентов. По мере раст­ворения в ней более тугоплавкого компонента возможна полная или частичная кристаллизация жидкой фазы. Медь компенсирует усадку за счет изменения растворимости ее в сжелезе с увеличением темпереягуры, повышает коррозионную стойкость.

Медь вбразузт с железом твердые растворы, при комнатной температуре ее содержание в железе составляет 0,05%, а при 10980С около 9%. Медь также незначительно растворяет железо, образуя ɛ - фазу, содержащую примерно 0,25% железа. Однако было установлено, что в порошковых материалах около 2 % меди может сохраняться в твердом растворе при ком­натной температуре, и дисперсионное твердение наблюдается только при более высоком содержании меди в композициях.

В промышленные конструкционные материалы медь вводят в количестве 1-10%, а при наличии углерода до 5-6%. При спека­нии железо-медь-углеродистых композиций назначение размеров заготовок имеет сложный характер и определяется двумя взаимно противоположными процессами: I - ростом образцов за счет преимущественной диффузии меди в железо, сопровождающимся образованием диффузионной пористости; 2 — усадку, которую испытывает железо, выделяясь из расплавленной меди. Активность вто­рого процесса увеличивается с повышением содержания меди свыше 6-8%, при ее малых количествах усадка уменьшается. Минимальную усадку имеют материалы, содержание меди в которых со­ответствует её максимальной растворимости в железе. Твердый раствор железа в меди имеет большую усадку, что приводит к уменьшению размеров образца.

При одновременном введении меди и углерода в железо твер­дость и прочность повышаются сильнее, чем от каждого элемента в отдельности. Графит уменьшает склонность к усадке за счет снижения интенсивности взаимной диффузии меди и железа. Медь является некарбидообразующим элементом, поэтому её влияние эффективно при относительно низком содержании углерода, а при содержании его более 0,6 % различие в механических свойствах углеродистых и легированных медью сталей почти не наблюдается.

Влияние термической обработки на структуру и свойства медистых материалов

Значительное повышение механических свойств обеспечивает термообработка, в результате которой образуется структура феррита с равномерно распределенными дисперсными включениями вто­рой фазы (ɛ). Цель термической обработки - обеспечить диспе­рсионное твердение, которое наблюдается в результате закалки и старения. При закалке фиксируется состояние пересыщенного твердого раствора меди в железе. При старении в зависимости от его режимов из пересыщенного твердого раствора выделяются включения различной дисперсности. Повывшие температуры старе­ния более 460 ⁰С приводит к обратному растворению дисперсных час­тиц в твердом растворе, а увеличение времени выдержки более двух часов - к их росту, в результате чего прочность и твер­дость уменьшаются, а пластичность увеличивается. Заметное улу­чшение свойств в результате термической обработки наблюдается у сплавов, содержащих три и более процентоа меди. Для образцов небольшого сечения (до 10 мм) можно проводить старение непос­редственно после штамповки, т.к. благодаря ускоренному охлаж­дению в металлическом штампе фиксируется состояние пересыщен­ного твердого раствора и протекает стадия "предвыделения", аналогичная стадии образования зон Гинье-Престона.

Медистые стали удобны для промышленного применения, т.к. для их гомогенизации не требуется высоких температур при спе­кании, достаточна температура 1100 °С.

Таблица: Влияние химического состава на механические свойства медистых сталей

Выводы:

1. С увеличением содержания Сu до 6% предел прочности растет, а пластичность снижается;

2. Увеличение содержания меди более 6% приводит к охрупчиванию материала;

3. При одновременном легировании медью и углеродом предел прочности повышается значительнее, т. к. углерод с железом образуют карбиды, которые повышают прочность и понижают пластичность;

4. Материалы, имеющие 6% меди и 0,6% углерода, могут использоваться как износостойкие.