Висновки та постановка завдання досліджень

Підсумовуючи вище сказане можна зробити висновки, що серед зносостійких матеріалів, що виготовляються методами порошкової металургії набувають широкого поширення карбідосталі - композити, що складаються з карбідів з масовою часткою від 10 до 70% і металевої зв'язки з, як правило, легованій сталі. Як основний карбід для карбідосталей найчастіше використовують карбід або диборид титана.

Карбідосталі спочатку розроблялися як сплави, по своїх властивостях проміжні між інструментальними сталями і твердими сплавами. Традиційні карбідосталі з 40 - 60 % об'ємних доль TіC є твердими сплавами, багатими металом. Об'ємний вміст тугоплавкої фази в карбідосталях значно більше, ніж в інструментальних сталях, але менше, ніж в традиційних твердих сплавах. Це дозволяє після відпалу піддавати їх всім видам механічної обробки, а після гарту і відпустки карбідосталі володіють високою твердістю і зносостійкістю, у ряді випадків не поступаючоюся відповідним характеристикам традиційних твердих сплавів, проте завдяки великому змісту металевої фази у них істотно вище пластичність і в'язкість.

В той же час, при використанні традиційної технології отримання карбідосталей, що включає помел і змішування шихти, що складається з порошків карбіду титана і сплаву на основі заліза, пресування заготовок і рідкофазне спікання, не вдається повною мірою реалізувати їх позитивні властивості через неповну змочуваність карбіду титану сталевою зв'язкою, що пов'язане з частковим окисленням карбідних частинок, що відбувається при помелі шихти і веде до появи важкоусувуваних пор, що істотно знижують механічні властивості матеріалу.

При рідкофазному спіканні сплавів TіC - сталь рідка фаза заповнює зазори між твердими частинками і викликає взаємне переміщення частинок під впливом сил поверхневого натягу. При цьому, процес спікання супроводиться розчиненням в рідкій фазі дрібних карбідних частинок і перенесенням їх речовини на більші. В результаті дрібні частинки зникають, а великі ще більш збільшуються. У зв'язку з цим, при використанні традиційної технології отримання карбідосталей із застосуванням рідкофазного спікання, достатньо складно отримати дрібнозернисту структуру, оскільки необхідність отримання щільного сплаву зумовлює застосування достатньо високої температури спікання, що активує, разом з ущільненням композиту, активне зростання зерен.

Проте, з досвіду отримання і обробки гетерофазних матеріалів відомо, що найкращий зв'язок між фазами забезпечується в умовах виділення фаз при розпаді твердих розчинів. Це ж явище може спостерігатися при виділенні карбідних фаз з матриці на основі інтерметаллідів. У разі реалізації цього ефекту з'являється можливість впливати на швидкість росту карбідних зерен, що зароджуються, і тим самим формувати дрібнозернисту структуру, здатну підвищити як фізико-механічні параметри матеріалу, так і його зносостійкість. У зв'язку з вищевикладеним, був запропонований новий підхід до отримання високозносостійких дрібнозернистих композитів системи карбід титану – сплав на основі заліза, що полягає в тому, що карбідна фаза не вводиться в початкову шихту у вигляді порошку карбіду титану, а формується в процесі сплавоутворення при спіканні порошкових сумішей, що складаються з порошків титану, заліза і вуглецю.

Аналіз сучасних тенденцій розвитку матеріалознавства порошкових зносостійких і конструкційних матеріалів на основі заліза свідчить про актуальність і доцільність розробки нових економнолегированних сплавів для роботи в умовах підвищених навантажень і інтенсивної стираючої дії, а також ефективних маловідхідних технологій їх виготовлення з метою забезпечення заданого комплексу властивостей.

Зносостійкість матеріалу при фрикційному, абразивному або ударно-абразівному зносі визначається комплексом його фізико-механічних характеристик і умовами навантаження, тому в залежності від умов його навантаження оптимальна структура матеріалу та його властивості можуть бути різними.

Основними чинниками, що визначають надійну роботу зносостійкого матеріалів, поряд з високою несучою здатністю, є, як правило, підвищена твердість в сполученні з прийнятним рівнем пластичності. Основоположні принципи отримання зносостійких матеріалів передбачають, також, необхідність створення чітко вираженої нерівноважної структури з суттевою різницею в мікротвердостіпластичної матриці та твердої фази.

При використанні традиційної технології отримання карбідосталей із застосуванням жідкофазного спікання, достатньо складно отримати дрібнозернисту структуру, оскільки необхідність отримання щільного сплаву зумовлює застосування високих температур спікання, що активує, разом з ущільненням композиту, інтенсивне зростання зерен. Застосування гарячого штампування, практично не змінюючи середній розмір зерен TIC, в той же час дозволяє істотно подрібнити структуру матричного сплаву, розміри зерен якої зменшуються в 2 - 2,5 разу.

На основі використання ефекту появи низькотемпературної евтектики в системі Fe - Ti був запропонований новий технологічний підхід до отримання композитів системи карбід титану - сталь, що полягає в тому, що карбідна фаза не вводиться в початкову шихту у вигляді порошку карбіду титану, а формується в процесі сплавоутворення при реакційному спіканні порошкових сумішей, що складаються з порошків титану, сплаву на основі заліза і вуглецю.

Аналіз результатів спікання порошкових сумішей Ti – Fe - C з різним початковим змістом компонентів дозволив зробити виcновок, що максимальний вміст титану в початковій суміші, що забезпечує отримання міцних і безрасслойних зразків, складає 22 - 25 % (мас.), що відповідає розрахунковому вмісту карбіду титану в псевдосплаві близько 30 %. Із збільшенням змісту титана і вуглецю в шихті, не дивлячись на наявність в процесі спікання значної кількості рідкої фази, не тільки відсутня усадка, але навіть спостерігається помітне об'ємне зростання і розшарування матеріалу унаслідок швидкоплинного протікання екзотермічною реакцією при взаємодії між титаном і вуглецем, що супроводиться виділенням значної кількості тепла і газоподібних продуктів реакції.

Метою роботи є дослідження структуроутворення в процесі реакційного спікання та гарячого деформування порошкових сумішах систем Fe - Ti - C і Fe - Ti - B₄С та розробка технології одержання порошкових зносостійких матеріалів на основі системи Fe - Ti - C(B).