Термическая обработка
Термическая обработка (ТО), включающая нагрев, выдержку и охлаждение порошковых заготовок, проводится с целью изменения структуры материала и улучшения его физико-механических свойств. Возможность воздействия на структуру и свойства порошкового материала с помощью ТО обусловлена тем, что каждая порошковая частица представляет собой металлический микрослиток, в котором при нагреве и охлаждении происходят такие же превращения, как и в макрообъемах литого и деформированного сплава.
В то же время порошковые заготовки по некоторым параметрам существенно отличаются от слитков. Наличие пор и развитой поверхности обусловливают повышенную склонность порошковых заготовок к окислению и обезуглероживанию, поэтому при нагреве требуются более эффективные меры защиты поверхности заготовок. Это нужно еще и потому, что пористые материалы имеют низкую теплопроводность, весьма чувствительны к тепловым ударам, в результате чего время их нагрева существенно возрастает. Поры, являясь концентраторами напряжений, при резком охлаждении создают зоны пиковых напряжений, которые могут вызывать трещины.
ТО порошковых материалов может быть предварительной и окончательной. Предварительная ТО (отжиг, нормализация) проводится не только на заготовках, но, иногда и на порошках. Цель такой обработки сводится к снижению твердости, улучшению обрабатываемости и снятию напряжений. Окончательная ТО (закалка и отпуск) применяется для готовых изделий с целью придания им заданной структуры и физико-механических свойств.
Особенности ТО порошковых материалов наиболее полно изучены применительно к сталям. Пористость порошковой стали оказывает влияние как на технологию ТО, так и на ее результаты. По сравнению с литыми сталями, порошковые стали имеют большую суммарную поверхность и обладают повышенным запасом свободной энергии. Это интенсифицирует перлитно-аустенитное превращение. Наблюдается некоторое повышение температуры начала мартенситного превращения и падение твердости мартенсита. При закалке порошковых сталей повышается вероятность обезуглероживания и имеет место повышенный разброс твердости. Кроме того, при закалке у порошковых сталей, помимо обычных термических и фазовых напряжений, возникают дополнительные напряжения, связанные с наличием пор, межчастичных трещин. Это повышает твердость порошковой стали, но, одновременно, может снизить ее прочность. Для снятия остаточных напряжений и повышения прочности обычно проводится отпуск в диапазоне 250 – 400оС.
Порошковые материалы на основе цветных металлов также подвергаются ТО. Например, порошковые латуни в большей степени, чем литые, склонны к коррозии под воздействием остаточных напряжений. Поэтому изделия из порошковой латуни после холодной деформации и механической обработки для снятия напряжений обязательно отжигают при 400 – 500оС. Порошковые алюминиевые сплавы для повышения физико-механических свойств подвергают закалке и старению. Закалку ведут с температуры 490 – 530оС в воду, последующее старение при 100 – 175оС.
При ТО порошковых изделий, как из черных, так и из цветных металлов, особое внимание следует уделять нагреву, учитывая повышенную чувствительность пористых материалов к напряжениям. При наличии в материалах полиморфных превращений, вблизи точек перехода следует делать изотермическую выдержку или уменьшать скорость нагрева. Медленный нагрев рекомендуется для изделий с резкими переходами от тонких сечений к толстым. Не следует нагревать и охлаждать пористые изделия в солевых растворах, потому что соли трудно удалять из пор и изделия (при взаимодействии с солями) подвергаются электрохимической коррозии. Как уже отмечалось, нагрев порошковых материалов необходимо проводить в печах с защитной средой. При отсутствии таких печей целесообразно использовать контейнеры с углеродосодержащими засыпками.