Порошкові матеріали

Визначення і загальна характеристика

ПОРОШКО́ВІ МАТЕРІА́ЛИ — матеріали, виготовлені за допомогою порошкової металургії. П. м. класифікують залежно від умов їх екс­плуатації та ступеня навантаже­н­ня. За умовами екс­плуатації, їх роз­діляють на 2 групи: матеріали загального при­значе­н­ня, які замінюють звичайні вуглецеві і леговані сталі; матеріали із спеціальними властивостями — під­вищеними зносо­стійкістю, твердістю, жароміцністю, жаро­стійкістю і корозійною стійкістю, магнітними, електро- і теплофізичними властивостями. За ступенем навантаже­н­ня, ви­окремлюють 4 групи: малонавантажені (пористість 18—25 %, твердість 500—800 НВ, межа міцності на роз­тяг 100—120 МПа), помірнонавантажені (від­повід­но 10—15 %, 700—1000 HB, 120—200 МПа), середньонавантажені (2—9 %, HRC 45—52, 200—580 МПа) і важконавантажені (5—10 %).

Зносо­стійкість матеріалу є характеристикою його здатності опору до зношува­н­ня в за­даних умовах, оцінюваною величиною, зворотною швидкості (інтенсивності) зношува­н­ня. Будь-який матеріал може бути зносо­стійким при роботі в одних умовах (на­приклад, при роботі в парі тертя), і не мати зносо­стійкості в інших (на­приклад, в абразивних) середовищах. Роз­роблено низку основних принципів забезпече­н­ня високої зносо­стійкості. Так, структура матеріалу повин­на бути істотно гетероген­ною і складатися із твердих зерен, рівномірно роз­поділених у пружнопластичній металевій матриці (правило Шарпі). Структура поверх­невих шарів матеріалу не має істотно змінюватися в процесі тертя або повин­на пере­будовуватися в структуру, вигідну з по­гляду тертя й зношува­н­ня. Поверх­ня матеріалів, що труться, повин­на мати меншу міцність, ніж нижче роз­ташовані шари (правило позитивного градієнта). Необхідною умовою надійної роботи зносо­стійкого матеріалу є висока міцність адгезійного звʼязку твердими включе­н­нями та матрицею. Одним з найдавніших і широко за­стосовуваних нині видів литих зносо­стійких матеріалів є білі чавуни — багатокомпонентні сплави, основним легуючим елементом яких є хром (>12 %). Крім вуглецю й хрому, до складу білих зносо­стійких хромистих чавунів пере­важно вводять невеликі кількості марганцю, молібдену, нікелю, міді.

Як зносо­стійкі матеріали в різних галузях промисловості за­стосовують також литі високохромисті сталі, що містять 10÷18 % хрому при спів­від­ношен­ні вмісту хрому та вуглецю рівному 9÷10. Для деталей, що працюють в умовах абразивного зношува­н­ня в сполучен­ні з ударними навантаже­н­нями й більшими тисками (траків гусеничних машин, щік дробарок, хрестовин залізничних і трамвайних шляхів тощо) використовують високомарганцеву литу сталь 110Г13Л (сталь Гадфільда), що містить 0,9÷1,3 % С, 11,5÷14,5 % Mn і 0,3÷1,0 % Si. З цієї причини сталь 110Г13Л погано обробляється різа­н­ням. Одним з високоефективних видів литих зносо­стійких матеріалів є литі композити на основі заліза — сплави систем Fe—TiB₂, Fe—ZrB₂, Fe—HfB₂, а також литі композиційні матеріали, які складаються з мідних сплавів, армованих твердими сталевими гранулами.

Для виготовле­н­ня штампового та різального інструменту за­стосовують інструментальні сталі, які за хімічним складом, при­значе­н­ням і властивостями роз­діляють на 3 групи: нетепло­стійкі, напів­тепло­стійкі й тепло­стійкі. Нетепло­стійкі сталі (вуглецеві з вмістом вуглецю 0,8÷1,35 % або низьколеговані із загальним вмістом легуючих елементів до 3÷5 %) після від­повід­ного термічного обробле­н­ня отримують високу твердість, міцність і зносо­стійкість, однак ці їх властивості зберігаються лише при температурах до 250÷300 °С. Напів­тепло­стійкі сталі пере­важно високохромисті (3÷18 % Cr) і високовуглецеві (більше 1,0÷1,5 % С), зберігають під­вищені службові властивості при температурах до 400÷500 °С. До тепло­стійких інструментальних сталей від­носять високолеговані штампові сталі для гарячого деформува­н­ня та швидкорізальні сталі із загальним вмістом легуючих елементів (вольфраму, молібдену, ванадію, кобальту й хрому) 4÷25 %. Їхні максимальні температури екс­плуатації 500÷720 °С.

Літ.: Борисов Ю. С. и др. Плазмен­ные порошковые покрытия. К., 1986; Борисов Ю. С. и др. Газотермические покрытия из порошковых материалов: Справоч. К., 1987; Степанчук А. Н., Билык И. И., Бойко П. А. Технология порошковой метал­лургии. К., 1989; Кюбарсепп Я. Твердые сплавы со стальной связкой. Тал­лин, 1991; I. M. Hutchings. Wear-resistant materials: into the next century // Materials Science and Engineering A. 1994. Vol. 184, № 2; A. Fischer. Well-founded selection of materials for improved wear resistance // Wear. 1996. Vol. 194, № 1—2; Затуловський А. С., Затуловський С. С., Юга О. Й. Триботехнічні характеристики та механізм спрацюва­н­ня литого макрогетероген­ного композиційного матеріалу // Метало­знавство та обробка металів. 1998. № 3; Баглюк Г. А., Позняк Л. А. Порошковые износо­стойкие материалы на основе железа. I. Материалы, получен­ные спеканием и пропиткой // Порошкова металургія. 2001. № 1—2; Бойко П. А., Лобода П. І. Обладна­н­ня для одержа­н­ня порошків металів, сплавів, тугоплавких сполук та їх сумішей. К., 2006; Завадюк С. В., Солов­йова Т. О., Троснікова І. Ю. Вʼяжучі речовини та методи їх видале­н­ня в технології інжекційного лиття порошків. К., 2020.

Г. А. Баглюк, М. Б. Штерн

Завантажити статтю