Отсутствие в составе стали 40Н10К4М графита даёт возможность получить однородную структуру, низкую пористость и более высокие механические свойства.
Коррозионностойкие стали. В настоящее время освоено промышленное производство порошков хромистых, хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей типа 12Х19Н10, 12Х18Н9, 12Х18Н15, Х30 и других.
Антикоррозионные и механические свойства порошковых коррозионо-стойких (нержавеющих) сталей характеризуются их плотностью, химическим составом и структурой, которые в свою очередь зависят от давления прессования, температуры и длительности спекания, защитных сред, в которых проводится спекание. Химический состав, режимы изготовления и механические свойства некоторых спеченных коррозионностойких сталей приведены в табл. 5.16.
Таблица 5.16
Химический состав, режимы изготовления и механические свойства
некоторых спеченных коррозионностойких сталей
| Марка стали | Технология изготовления | Химический состав спеченной стали, % | Плотность стали, г/см3 | Предел прочности на разрыв, МПа | Относительное удлинение, % | ||||
| Cr | Ni | Mn | Si | C | |||||
| 121Х18Н9 | Однократное прессование и спекание при 12500С в водороде | 20,3 | 8,0 | - | - | 0,1 | 7,05 | 433 | 12,5 |
| 12Х18Н15 | Однократное прессование и спекание при 13500С в водороде | 18,7 | 14,6 | 0,1 | 0,1 | 0,07 | 7,58 | 515 | 31,5 |
| Х17Н2 | Свободная ковка спеченных заготовок в интервале 800-12000С | 17,5 | 1,8 | - | - | 0,18 | - | 848 | 1,8 |
| Х30 | Однократное прессование и спекание при 12500С в водороде | - | - | - | - | - | 6,50 | 300 | 10,0 |
Значительная часть деталей, изготовленных из коррозионностойких сталей, работают в условиях трения. С целью повышения триботехнических свойств таких сталей проводят их сульфидирование и сульфоборирование. А для повышениия коррозионной стойкости проводят пропитку пластиками или стеклом.
Мартенситно-стареющие стали представляют собой группу сталей, конечное значение прочности в которых приобретается в результате превращения аустенита в мартенсит и последующего старения мартенситной основы. В качестве легирующих элементов применяются титан, молибден, кобальт.
Состав мартенситно-стареющих сталей имеет свои особенности, заключающиеся в том, что содержание углерода должно быть не более 0,03%, кремния и марганца в сумме не более 0,2%, а серы и фосфора не более 0,01% каждого. Дело в том, что увеличение содержания углерода приводит к образованию в структуре стали карбидов (TiC, Мо2С), что, в свою очередь, ведет
к уменьшению прочности материала.
Введение легирующих элементов может осуществляться различными способами. Это может происходить в виде добавления гидридов или галоидных соединений с последующим восстановлением их при спекании или в виде отдельных металлических порошков. Однако наибольшее распространение получил способ поликомпонентного легирования, при котором элементы вводят в виде отдельных компонентов.
При правильной технологии получения порошковые мартенситно-стареющие стали при поликомпонентном легировании по свойствам практически не уступают компактным.
Спекание играет определяющую роль в процессе формования комплекса физико-механических свойств мартенситно-стареющих сталей. Для получения высоких прочностных свойств спекание проводится при 1250 — 1300 °С при продолжительности не менее 4 ч.
Структура сталей после спекания представляет собой твердый раствор — безуглеродистый мартенсит, характерный для компактных сталей и отличающийся лишь наличием пористости.
Механические свойства порошковых мартенсино-стареющих сталей после спекания и старения при 480°С приведены в табл. 5.17.
Данные, приведенные в табл.5.17, показывают, что с увеличением содержания титана степень упрочнения после старения возрастает. В тоже время, после операции спекания увеличение прочности сопровождается снижением пластичности и ударной вязкости. Это обусловлено тем, что происходит легирование мартенсита титаном, а также понижение температурного интервала мартенситного превращения, что приводит к фазовому наклепу мартенсита и повышению дисперсности его структуры.
Таблица 5.17
Механические свойства порошковых мартенситно-стареющих сталей.
| Марка стали | Режим спекания и старения | Предел прочности на разрыв, ТПа | Ударная вязкость, кД ж / м2 | Относи- тельное удлинение, % |
| Н14К7М5Т | 1250 °С,4ч.; | 0,9 | 760 | 7 |
| 1250 °С,4ч.+ 480°С,4ч. | 1,38 | 630 | 5,2 | |
| Н14К7М5Т2 | 1250 °С,4ч.; | 1,09 | 550 | 5,0 |
| 1250 °С,4 ч. + 480°С,4 ч. | 1,78 | 400 | 3,0 | |
| Н18К9М5ТЗ | 1250 °С,4ч.; | 1,14 | 450 | 4,5 |
| 1250 °С,4ч.+ 480°С,4ч. | 1,96 | 300 | 2,0 | |
| Н18К9М5Т | 1250 °С,4ч. + 480°С,4ч. | 1,34 | 290 | 1,6 |
| Н18К9М5Т1 | 1250 °С, 4 ч. + 480°С, 4 ч. | 1,47 | 290 | 1,3 |
Молибден в меньшей мере снижает пластичность и вязкость мартенсита при старении. Эти характеристики практически не снижаются. Кобальт как легирующая добавка не вызывает старения мартенсита в этих сталях. Его присутствие в стали с другими добавками увеличивает степень упрочнения.
Наряду с конструкционными материалами на основе железа в настоящее время широко используются спеченные конструкционные материалы на основе цветных металлов и сплавов. К классу этих материалов относят:
– спеченные титановые сплавы;
– порошковые алюминиевые сплавы.
Спеченные титановые сплавы являются перспективными конструкционными материалами. В настоящее время получение изделий из титана и его сплавов проводят путем смешивания порошков чистых металлов и получения сплава в процессе спекания.
Для легирования титановых сплавов используются алюминий, марганец, кремний, молибден, ванадий, ниобий, кобальт, цирконий и другие.
Хорошее сочетание прочности и пластичности титановых сплавов достигается при смешивании композиций в вакууме с добавлением мелющих тел с последующим прессованием и спеканием в вакууме.
Свойства сплавов титана, легированных алюминием, марганцем, молибденом, цирконием и оловом, спеченных при температуре 1300 °С в течении 4 ч., приведены в табл. 5.18, а свойства сплавов, легированных алюминием ниобием, молибденом, ванадием, хромом и кобальтом, спеченных с течении 4 ч. При 1300 - 1500 °С - в табл. 5.19.
Из табл. 5.18 следует, что при повышении содержания алюминия и циркония в сплавах прочностные характеристики их повышаются. Так, при увеличении содержания алюминия с 2 до 4%, а циркония с 0 до 4% (сплавы ТЮ2Г1 и ТЮ4М2Ц4) механические характеристики увеличились и составили:
Таблица 5.18
Свойства спеченных титановых сплавов легированных алюминием,
марганцем, молибденом, цирконием.
| Состав и марка | Предел прочности | Относительное | Относительное |
| сплава | на разрыв, МПа | удлинение, % | сужение, % |
| ТЮ2Г1 | 580 | 6-8 | 1,5 |
| ТЮ4М2 | 800 | 5 | 18 |
| ТЮ4М2Ц2 | 910 | 9 | 15 |
| ТЮ4М2Ц4 | 1050 | 5 | 14 |
| ТЮ4М2Ц401 | 1140 | 0,5 | 2,5 |
| ТЮ4М2Ц402,5 | 850 | 0 | 0 |
| ТЮ4М2Ц405 | 630 | 0 | 0 |
| ТЮ4М2Ц202,5 | 820 | 12 | 12 |
| ТЮ2М2Ц602,5 | 980 | 7 | 8 |
| ТЮ2М2Ц802,5 | 870 | 3 | 1,5 |
| Примечание: Т - титан, Ю - алюминий, М - молибден, Г - марганец, Ц - | |||
| цирконий, О — оксид. | |||
- сплав - ТЮ2Г1; ТЮ4М2Ц4;