Термическая и химико-термическая обработка спеченных изделий
Существенное значение для регулирования и улучшения свойств ряда металлокерампческих материалов имеет применение термической обработки. Основными видами обработки являются отжиг, закалка, дисперсионное твердение, гомогенизация и химико-термическая обработка. Для термической обработки металлокерамических изделий характерны следующие основные особенности. Присутствие пор в металлокерамических материалах делает их чувствительными к окислению при нагреве и к коррозии при попадании закалочной жидкости в поры при закалке, поэтому нагрев изделий под закалку и перенос их из камеры нагрева в закалочную жидкость должен осуществляться в защитной атмосфере. Такие меры предосторожности не обязательны для изделий с низкой пористостью (4—6% пор) и для изделий из алюминиевых сплавов с более высокой пористостью, так как последние уже при комнатной температуре покрываются устойчивой пленкой окислов, не претерпевающей существенного изменения в условиях нагрева под закалку в воздушной атмосфере. В качестве охлаждающих сред при закалке необходимо выбирать жидкости, не представляющие опасности с точки зрения коррозии в процессе хранения изделий после закалки. Присутствие пор, играющих роль надрезов, может способствовать также появлению закалочных трещин.
Железные порошки, изготовленные электролизом и восстановлением, имеют пониженное содержание марганца и кремния, вследствие чего их критическая скорость охлаждения при закалке повышается. Кроме того, пористые изделия имеют пониженную теплопроводность, поэтому изделия из железного порошка при содержании углерода менее 0,1% в сечениях более 12 мм практически не поддаются закалке. Даже при более высоком содержании углерода в них трудно получить мартенситную структуру без принятия мер к особо интенсивному охлаждению.
Операция отжига применяется для умягчения полуфабрикатов в производстве проволоки и листа из тугоплавких металлов, без чего невозможна их дальнейшая прокатка и волочение. При изготовлении плотных изделий из порошков железа, меди и других металлов методом повторных прессований или прокатки также необходимо проводить промежуточный отжиг. Влияние отжига на свойства изделий из железного порошка иллюстрируется данными табл. 54. Отжиг значительно снижает характеристики прочности и в несколько раз повышает пластичность материала, что облегчает дальнейшую деформацию на холоду. Аналогична по характеру выполнения и операция гомогенизации, предназначенная для выравнивания химического состава. Применение этой операции иногда бывает полезно при получении материалов методом горячего прессования. Кратковременность выдержки при горячем прессовании не позволяет в ряде случаев получить однородную структуру и свойства, это может быть достигнуто при последующем гомогенизирующем отжиге.
При изучении окалиностойкости металлокерамического сплава на основе алюминида никеля установлено, что применение гомогенизирующего отжига резко улучшает сопротивление окислению этого сплава при повышенных температурах.
Значительного повышения прочностных характеристик можно достичь применением термической обработки на сплавах, поддающихся дисперсионному твердению. К ним относятся сплавы на основе алюминия, меди, железо-медные и др. Порошковый сплав алюминия, имеющий состав (в %) Al —92,5; Cu—4; Ni—2; Mg—1,5 и пористость 7,9%, после закалки в воде с температуры 510° и дисперсионного твердения при температуре 120° в течение 2 час., по данным, повышает твердость с 90 до 147 единиц по Бринеллю.
Большое количество сплавов, способных упрочняться в ре. зультате обработки на дисперсионное твердение, может быть создано на основе меди. К таким сплавам относятся сплавы систем Cu—Be, Cu—Cr—Be, Cu—Fe, Cu—Ni—Be и др. Возможное изменение свойств одного из таких сплавов (Cr—3%, Р—0,1%, TiH—0,5%, Cu — остальное) характеризуется следующими данными Хенселя, Ларсена и Свази. Образцы, спрессованные при давлении 4,7 т/см2, спеченные при температуре 975°, допрессованные при давлении 6,2 т/см2, закаленные в воде при температуре 975° и подвергнутые отпуску на твердение с температуры 450° в течение 16 час., имели следующие значения твердости по Бринеллю после различных операций: после допрессовки — 73 единицы, после закалки — 43 единицы, после отпуска — 107 единиц.
Термическая обработка железо-медных сплавов, приводящая к значительному улучшению физико-механических свойств, заключается в закалке изделий от температуры 1000° в воде и отпуске при температуре 450° в течение 4 час.
С успехом могут подвергаться термической обработке железоуглеродистые металлокерамические сплавы, что имеет большое значение в случае изготовления конструкционных деталей из железного порошка с добавками графита, вводимыми для науглероживания. В табл. 55 приведены, по данным Стерна, свойства металлокерамической стали, полученной из электролитического железа с добавками графита методом прессования и повторной допрессовки при давлении 7,8 т/см2 и повторным спеканием в диссоциированном аммиаке при температуре 1095° в течение 1 час. Как видно из таблицы, свойства спеченной стали могут изменяться в зависимости от термической обработки в очень широких пределах. При наличии высоких характеристик прочности спеченные стали имеют пониженные значения свойств пластичности.
Ввиду того, что науглероживание железной основы введением в шихту графита дает нестабильные результаты из-за неравномерного выгорания последнего, в ряде случаев изделия из железного порошка подвергаются науглероживанию методами химико-термической обработки — нагреву в ящиках с карбюризатором или в газовой науглероживающей атмосфере. При обработке пористых изделий процесс насыщения углеродом протекает значительно быстрее за счет проникания газов внутрь пористого тела.
Для науглероживания могут применяться стандартные твердые и газообразные карбюризаторы. По данным, при применении твердых карбюризаторов глубина цементованного слоя после нагрева при температуре 900° в течение 1 час, достигает 0,20—0,23 мм, газовые карбюризаторы дают глубину 0,30—0,35 мм. Твердость закаленного цементованного слоя зависит от химического состава стали и плотности изделия. Обычные значения твердости 40—50 ед. Re. В литературе имеются сведения о достижении твердости 60—65 ед. Re.
С целью повышения поверхностной твердости спеченных изделий изучению подвергаются также такие процессы химикотермической обработки, как цианирование и нитрирование, однако эти работы не доведены еще до стадии практического использования.