Improvement of the Operational Properties of Sintered Copper Steel Through the Use of an Efficient Alloying Method

С.Й. Пінчук; О.О. Внуков; Ю.О. Кушнір; І.Г. Рослик

doi:10.15407/scine16.01.076

Автор(и)

С.Й. Пінчук Національна металургійна академія України
О.О. Внуков Національна металургійна академія України
Ю.О. Кушнір Національна металургійна академія України
І.Г. Рослик Національна металургійна академія України

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine16.01.076

Ключові слова:

легування, механічне змішування, механосинтез, оміднення, спечені мідисті сталі

Анотація

Вступ. Легування порошкових сталей, на відміну від литих, має ряд характерних особливостей, зумовлених специфікою їх отримання. Спосіб введення легуючого компоненту у шихту впливає суттєво на її формованість, пресованість, структуру та властивості спечених легованих сталей.
Проблематика. Методи легування, що існують, часто не забезпечують рівномірного розподілу легуючих елементів по всьому об’ємі порошкової шихти, що призводить до нерівномірної щільності та, відповідно, до зниження міцності спеченої сталі.
Мета. Підвищення технологічних властивостей спечених сталей шляхом легування залізного порошку міддю, а саме механічного синтезу, механічного змішування та оміднення.
Матеріали й методи. Вихідними матеріалами слугували розпилені порошки заліза марки ПЖР 3.200.28 (ГОСТ 9849-86) і порошок сталі 70, які мають низькі показники формованості та міцності неспеченої пресовки. Мідне покриття на частинках залізного порошку отримували методом внутрішнього електролізу (хімічної цементації) в кислому водному розчині сірчанокислої міді з додаванням сірчанокислого заліза (ІІ). Механосинтез та механічне змішування здійснювали в планетарному кульовому млині. Технологічні властивості порошків визначали стандартними методами: текучість ІСО 4490, насипна щільність ІСО 3923, пресованість ІСО 3927, міцність неспеченої пресовки ІСО 3995.
Результати. Досліджено комплекс технологічних, фізичних властивостей порошкових матеріалів, а також механічних характеристик і структури спечених конструкційних матеріалів на основі заліза, отриманих із застосуванням різних технологічних прийомів легування міддю і вуглецем: механічного змішування, механосинтеза і оміднення (хімічної цементації). Виконано порівняльний аналіз властивостей отриманих матеріалів і визначено оптимальний спосіб легування. Встановлено, що найбільш високим рівнем технологічних і механічних характеристик володіють порошкові матеріали, леговані методом хімічної цементації.
Висновки. Зазначений метод можна рекомендувати для промислового виробництва спечених конструкційних мідистих сталей, оскільки він забезпечує високий рівень механічних властивостей матеріалу і є економічно вигідним.

Посилання

Yermakov, S. S., Vyaznikov, N. F. (1990). Powder steel and parts. Leningrad: Mashynostroenie [in Russian].

Radomyselskiy, I. D., Serdyuk, G. G., Shcherban, N. I. (1985). Constructive Powder Materials. Kyiv: Tekhnika [in Russian].

Stepanchuk, A. N., Bilyk, I. I., Boyko, P. A. (1989). Powder Metallurgy Technology. Kyiv: Vyshcha Shkola, 1989 [in Russian].

Antsiferov, V. N., Akimenko, V. B., Grevnov, L. M. (1991). Alloy Powder Steel. Moscow: Metallurgy [in Russian].

Antsiferov, V. N., Cherepanova, T. G. (1981). Sintered steel structure. Moscow: Metallurgy [in Russian].

Kreshchik, V. S., Klimenko, O. T. (1972). Ceramic-metal construction materials Kyiv: Naukova dumka [in Russian].

Trudel, Y., Angers, R. (1975). Comparitive Study of Fe-Cu-C Alloys Made from Mixed Prealloyed Powders. Intern. J. Powder Met., 2, 315.

Berner, D., Exner, H. E., Petzow, G. (1974). Modern Development in Powder Metallurgy. Swelling of Iron-Copper Mixtures During Sintering and Infiltration. Metal Powder Industries Federation, 6, 237.

Phadke, V. B., Davies, B. L. (1977). Comparing Diffusion and Penetration Theories of Growth in P/M Iron-Copper Alloys. Int. J. Powder Met. and Powder Technol., 4(13), 21–26.

Vnukov, A. A. (2015). Features of the mechanical alloying process application to obtain powder charge materials based on the Fe-Cu-C system. News of the National Technical University “KhPI”, 49, 3–6 [in Russian].

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2015.53960

Kuzmich, Yu. V., Kolesnikova, I. G., Serba, V. I., Freydin, B. M. (2005). Mechanical alloying. Moscow: Nauka [in Russian].

Benjamin, J., Mercer, P. (1970). Dispersion strengthened superalloys mechanical alloying. Metall. Trans. A., 10(1), 2943-2951.

Shingu, Р. (1991). Mechanical alloying. Solid State Phys., 4(26), 55–59.

Shingu, H. (1991). Mechanical alloying. Jap. Soc. Technol. Plast., 368(32), 1116–1120.

Gaffet, E., Malhouroux-Gaffet, N., Abdellaoui, M., Malchere, A. (1994). Transitions de phases sous solicitations mecaniques: elaboration par mecanosynthese de materiaux a nanostructures (alliages metalliques, semiconducteurs, ceramiques). Rev. met., 5(91), 757-769.

https://doi.org/10.1051/metal/199491050757

Sundaresan, R., Froes, F. (1987). Mechanical alloying. J. Metals., 8, 22-27.

https://doi.org/10.1007/BF03258604

Murty, B. (1993). Mechanical alloying - a novel synthesis route for amorphous phases. Bull. Mater. Sci., 1(16), 1-17.

https://doi.org/10.1007/BF02745302

Ketov, V. M., Vnukov, A. A., Demchenko, E. I., Roslik, I. G. (March, 2011). Investigation of the influence of the copper alloying method on the powder blends properties and the characteristics of sintered materials based on iron. International Symposium "Surface Engineering. New powder composite materials. Welding". March, 23-25, Minsk, Belorussia. 153-157 [in Russian].

Vnukov, A. A. (2015). The structure and properties of sintered materials based on the Fe-Cu-C system obtained using various alloying methods. International scientometric journal "Technology audit and production reserves", 6, 85-89 [in Russian].

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2015.53960

Svenssan, L. E. (1974). The Effect of Copper and Nickel Additions to High-Compressibility Sponge Iron Powder on the Sintered Properties of Materials with 0.3 and 0.6% Carbon. Powder Met., 17, 271.

https://doi.org/10.1179/pom.17.34.1974.002

Phadke, V. B., Davies, B. L. (1977). Precipitation Hardening in Sintered Iron-Copper Alloys. Powder Metallurgy International, 2(9), 38.

Colterell, В., Chotchov, Y., Mai, Y. W. (1985). Creep properties of Sintered Copper Steel. Journal of Materials Science, 9(20), 3409-3417.

https://doi.org/10.1007/BF00545210

Akimenko, V. B., Bulanov, V. Ya., Rukin, V. V. (1982). Iron powders. Technology, structure, properties, economics. Moscow: Nauka [in Russian].

Naboychenko, S. S. (1997). Non-ferrous metal powders. Moscow: Metallurgy [in Russian].