Известны различные способы и методы получения порошковых быстрорежущих сталей. Нами предложен и апробирован способ получения порошковой быстрорежущей стали Р6М5-МП методом микрожидкофазного спекания, определены оптимальные режимы спекания и влияние параметров спекания на свойства стали Р6М5-МП.
В качестве исходного материала использовалась смесь порошков, которая по своему химическому составу соответствовала стали Р6М5 с добавлением пластификатора и связующего компонента.
Спекание проводили в форме, изготовленной из диэлектрического материала, в которую устанавливалась предварительно спрессованная заготовка из порошковой смеси, аналогичная по своему химическому составу стали Р6М5.
Нагрев до температуры спекания осуществлялся за счет прохождения электрического тока через заготовку, которая в процессе нагрева, подвергалась односторонней допрессовке электродами установки для микрожидкофазного спекания.
Нагрев до температуры спекания в сочетании с дополнительным прессованием в процессе спекания позволил получать практически беспористую порошковую быстрорежущую сталь Р6М5-МП.
При проведении исследования использовался метод математического планирования эксперимента, который позволяет при минимальном числе опытов и варьировании одновременно несколькими факторами, определить область оптимальных значений параметра и построить ее математическую модель, выявить влияние на параметр оптимизации не только каждого фактора в отдельности, но их взаимное влияние.
Спекание проводили при различных значениях величины тока спекания и усилия предварительного прессования.
Интервалы варьирования и значения факторов приведены в таблице 1.
Результаты экспериментов, полученные при реализации плана, приведены в таблице 2.
План многофакторного эксперимента
|
Интервалы и уровни варьирования |
Ток спекания, кА |
Давление, МПа |
|
Нулевой уровень Хi =0 |
13,75 |
3,50 |
|
Интервал варьирования δi |
0,25 |
1,50 |
|
Нижний уровень Хi = -1 |
13,50 |
2,00 |
|
Верхний уровень Хi =+1 |
14,00 |
5,00 |
Результаты реализации плана эксперимента
|
Ток спекания, кА |
Давление, МПа |
Θ, % |
Твердость, НRC |
|
14,0 |
5,0 |
100,0 |
61,0 |
|
13,5 |
5,0 |
96,9 |
54,0 |
|
14,0 |
2,0 |
99,0 |
58,0 |
|
13,5 |
2,0 |
96,9 |
53,0 |
Длительность спекания составляла 4 с, давление на электродах — 0,51 МПа.
Анализ коэффициентов независимых переменных свидетельствует о более сильном влиянии силы тока спекания на плотность и твердость спеченных образцов по сравнению с влиянием усилий предварительного прессования. После декодирования и исключения статистически незначимых коэффициентов были получены следующие уравнения регрессии:
Θ = 26,7 + 5,2I (S²y=0,5; S²а=0,125; Δаi = 0,7; F = 3,7 < Fτ)
HRC = — 105,5 + 12,5i (S²y=4,5; S²а=0,56; Δаi = 2,085; F = 1,42 < Fτ),
Где:
S²y и S²а –дисперсии воспроизводимости и адекватности эксперимента и модели, соответственно;
Δаi – доверительный интервал;
F – значение критерия Фишера.
Полученные уравнения регрессии не содержат второй переменной, что указывает на отсутствие влияния предварительного прессования на относительную плотность и твердость спеченного материал. В процессе микрожидкофазного спекания определяющими факторами являются величина давления электродов на компактируемый материал и сила тока спекания.
С увеличением силы тока спекания увеличивается относительная плотность стали Р6М5-МП. Однако рост силы тока спекания ограничен температурой плавления самого легкоплавкого компонента компактируемого материала. При увеличении силы тока более 14 кА, наблюдается появления макрожидкой фазы и ее выплеск под давлением электродов.
Позитивный результата однократного микрожидкофазного спекания способствовал проведению многоимпульсного спекания.
Применение многоимпульсного спекания вместо однократного позволило не только уменьшить силу сварочного тока, но и получить спеченную порошковую сталь с высоким комплексом свойств и практически беспористой структурой.
Варьирование значениями силы тока спекания , длительности импульса спекания и общего времени спекания позволило определить оптимальные режимы МЖФС порошковой быстрорежущей стали Р6М5-МП. Твердость стали Р6М5-МП составляла 59…64 HRC при 100 % относительной плотности, спеченной при силе тока спекания 7кА, длительности импульса спекания 1 с, времени спекания 6 сек и 6 циклов спекания.
к.т.н. Колягин Е.Ю.