ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ДВУХСТУПЕНЧАТОГО СПЕКАНИЯ НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И СВОЙСТВА ПОРОШКОВЫХ ЦЕЛЬНОПРЕССОВАННЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА

Обоснована актуальность и эффективность получения биметаллических материалов на основе железа двухступенчатым изотермическим спеканием, позволяющим на первой стадии формировать структуру основы изделий, а на второй – активизировать диффузионные процессы только в износостойком слое, что исключает появление зон с высокой пористостью и хрупкими включениями на межслойных границах, характерных для порошковых материалов, легированных карбидами, нитридами и боридами. На основе анализа решений уравнений диффузии в двухкомпонентных гетерогенных порошковых системах предложен вариант определения времени и температуры гомогенизирующего спекания биметаллических материалов с учетом гранулометрического состава порошков, концентрации и парциальных коэффициентов диффузии компонентов, насыпной плотности шихты, исходной и конечной пористости изделий. Экспериментально установлено, что наилучшим сочетанием твердости, износостойкости и прочности на радиальное сжатие обладают биметаллические материалы, содержащие в шихте износостойкого слоя 15–20 мас.% карбида хрома, 20–25 мас.% феррохрома и остальное – железо, после спекания на первой стадии в камерной печи в защитной среде при температуре 1150–1180 °С с выдержкой 1,5–2,0 ч, а на второй – в индукционной печи при 1350–1370 °С в течение 25–35 с со скоростью нагрева 450–470 °С/с. Показаны особенности структурообразования межслойных границ и износостойкого слоя при двухступенчатом спекании цельнопрессованных биметаллических материалов. Установлено, что при высокотемпературном спекании нагревом токами высокой частоты (8 или 16 кГц) на второй стадии глубина диффузии хрома из износостойкого слоя в матрицу составляет 120–130 мкм, концентрация Cr в различных точках межслойных и межчастичных границ изменяется в пределах 1–30 мас.%, что обеспечивает формирование переходного слоя со структурой, состоящей из ферритно-аустенитной матрицы с равномерно распределенными по объему мартенситными колониями и дисперсными частицами карбидов феррохрома типа (Cr,Fe)23C6, (Cr,Fe)7C4 и (Cr,Fe)3C2.

биметаллический материал, износостойкий слой, двухступенчатое спекание, индукционный нагрев, диффузионные процессы, структурообразование, функциональные свойства

1. Трыков Ю.П. Свойства и работоспособность слоистых композитов. Волгоград: Политехник, 1999.

2. Маслюк В.А., Напара-Волгина С.Г. Слоистые порошковые износо- и коррозионно-стойкие материалы инструментального и триботехнического назначения // Порошк. металлургия. 2003. No. 3-4. С. 17—25.

3. Farhadipour P., Sedighi M., Heydari Vini M. Influence of temperature of accumulative roll bonding on the mechanical properties of AA5083—1% Al2O3 composite // Powder Metallurgy. 2017. No. 9-10. Р. 14—22.

4. Ching An Huang, Jhih You Chen, Chin Huo Chuang, Joachim Mayer. Properties of Cr—C—Al2O3 deposits prepared on a Cu Substrate Using Cr3+-based plating baths // Powder Metallurgy. 2016. No. 9-10. P. 116—123.

5. Kimura H., Toda K. Design and development of functionally graded materials by pulse discharge resistance consolidation with temperature gradient control // Powder Metallurgy. 1996. Vol. 39. No. 91. P. 59—62.

6. Stepanov M.S., Dombrovskii Y.M., Pustovoit V.N. Diffusion saturation of carbon steel under microarc heating // Metal Sci. Heat Treatment. 2017. Vol. 59. No. 1-2 P. 55—59.

7. Davis E.A. Mechanically plated festeners in bimetallie assemblies // SAE Technical Papers Series. 1978. Vol. 53. No. 78. P. 1—8.

8. Борисов Ю.С., Борисова А.А., Коломыцев М.В., Масючок О.П., Тимофеева И.И., Васильковская М.А. Высокоскоростное воздушно-газовое плазменное напыление (Ti,Cr)C—32%(масс)Ti // Порошк. металлургия. 2017. No. 5-6. С. 87—100.

9. He J., Zhang M., Jiang J., Vlček J., Zeman P., Steidl P., Meletis E.I. Microstructure characterization of high-temperature, oxidation-resistant Si—B—C—N films // Thin Solid Films. 2013. Vol. 542. P. 167—173.

10. Pustovoit V.N., Dombrovskii Y.M., Dolgachev Y.V. Structural identification of the phenomenon of «white zone» // Metal Sci. Heat Treatment. 2017. Vol. 59. No. 1-2. P. 3—7.

11. Шморгун В.Г., Богданов А.И., Таубе А.О., Cеров С.Г. Трансформация химического и фазового составов слоистых покрытий систем Al—Ni и Al—Ni—Cr после высокотемпературных нагревов // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2016. No. 1. С. 51—59.

12. Shmorgun V.G., Bogdanov A.I., Taube A.O. Effect of the high-heating on the chemical and phase composition of the Al—Ni—Cr layered coatings // Mater. Sci. Forum. Intern. Conf. Industr. Eng. 2016. Vol. 870. P. 169—174.

13. Shmorgun V.G., Trykov Ju.P., Bogdanov A.I., Taube A.O. Investigation of heat-resistant layered coating of Al— Cr—Ni // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2016. Vol. 116. P. 6.

14. Who is who in SHS // Scientific and technical developments in the field of SHS: Handbook. Chernogolovka: ISMAN Press, 2005.

15. Курбаткина В.В., Пацерa Е.И., Левашов E.А., Воротыло С.А., Тимофеев А.Н. Влияние схемы и условий механического активирования на карбидообразование в СВС-системе Ta—Zr—C // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2016. No. 2. P. 30—40.

16. Ермаков С.С., Левицкая И.Ю. Спекание сложнолегированных сталей // Порошк. металлургия. 1979. No. 6. С. 33—36.

17. Svistun L.I., Dmitrenko D.V., Pavlygo T.M. Preparation technology of carbide steels // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2013. Vol. 54. No. 1. P. 79—84.

18. Svistun L.I., Pavlygo T. M., Dmitrenko D.V. Structure and properties of an R6M5K5 high-speed steeltitanium carbide composite in the form of a hot-forged bilayer product // Russ. Metall. (Metals). 2009. No. 3. P. 237—241.

19. Dorofeev Y.G., Dorofeev V.Y., Svistun L.I., Serdyuk G.G. The quality of hot-stamped powder carbide steel // Steel Trans. 2013. Vol. 43. No. 5. P. 331—334.

20. Dybkov V.I., Sidorko V.R., Goncharuk L.V., Khoruzha V.G., Samelyuk A.V. Microstructure, growth kinetics, and abrasive wear resistance of boride layers on Fe — 30% Cr alloy // Powder Metallurgy. 2012. No. 9-10. P. 24—37.

21. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: Металлургия, 2002.

22. ГОСТ 26529-85 (СТ СЭВ 4656-84) Материалы порошковые. Метод испытания на радиальное сжатие.

23. Райченко А.И. Математическая теория диффузии в приложениях. Киев: Наук. думка, 1981.

24. Гасанов Б.Г. Взаимная диффузия и гомогенизация в порошковых сплавах. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002.