Роль структурних факторів у формуванні механічних властивостей швидкозагартованих матеріалів на основі заліза

Для чешуйчатых порошков сплавов с содержанием бора 10 и 25 ат.% сталь на основе марки Р6М5 и сплав Fe₇₅B₂₅, когда размер зерна составляет около 250 нм, микротвердость достигает чрезвычайно высокой величины и равняется 10-15 ГПа для стали, легированной бором, и 10-19 ГПа для сплава Fe₇₅B₂₅.

Установлен линейный характер зависимостей размера зерна (h) от размера частиц (d) сферических микрокристаллических порошков сплава Fe₇₅B₂₅ и быстрорежущей стали 10Р6М5-МП, полученных быстрой закалкой из расплава. Эти зависимости в обобщенном виде могут быть представлены с помощью формулы: где a и b константы. Константа а характеризует склонность сплава к аморфизации, а константа b представляет собой скорость изменения размера зерна с изменением размера частиц порошка. Для сплава Fe₇₅B₂₅ a = 0, b = 0,020; для стали 10Р6М5-МП a = 0,64, b = 0,013 при условии, что h и d измеряются в микрометрах.

Установлена возможность образования неравновесных структур в быстрозакаленных порошках быстрорежущей стали, дополнительно легированной бором в количестве 2,0 масс. %- двух твердых растворов на основе ГЦК-железа с различными параметрами кристаллической решетки. Выявлена возможность образования твердого раствора замещения бора в ГЦК-железе при высоких скоростях охлаждения в процессе закалки из жидкого состояния.

Для сферических порошков стали на основе марки Р6М5, дополнительно легированной бором в количестве 2,0 масс.% (10 ат.%), с уменьшением диаметра частиц порошка резко увеличивается количество аустенита, что сопровождается появлением карбида типа М₃С₂. Это объясняется влиянием сильного аморфизирующего элемента бора, который уменьшает скорость роста зародышей кристаллизации и при высоких скоростях охлаждения способствует образованию плотноупакованных структур, переходных к аморфной структуре.

Высокие механические свойства (прочность, пластичность) компактных порошковых быстрорежущих сталей при высоких температурах связаны с повышенной прочностью межфазных границ, что объясняет более высокую эксплуатационную стойкость порошковых сталей по сравнению со стандартными литыми и деформированными сталями.

Повышенная прочность межфазных границ карбид-матрица для порошковой быстрорежущей стали связана с тем, что порошковая сталь содержит большее количество углерода и, кроме того, карбид М₆С, который определяет режущие свойства этой стали, а, следовательно, и межфазные границы, благодаря особенностям технологии производства, образуются в твердом состоянии в условиях воздействия высоких давлений при экструзии.

Таким образом, определена важная физическая причина повышенных механических и эксплуатационных свойств быстрорежущей стали, полученной из микрокристаллических порошков - повышенная прочность межфазных границ.

Дополнительное легирование порошковой стали бором позволяет существенно повысить прочность межфазных границ и прочность матрицы, благодаря чему прочность сплава при испытаниях на изгиб достигает 6,5 ГПа при температуре 350^оС и 4,0 ГПа при температуре 600^оС. Это объясняется высокой энергией взаимодействия атомов бора с дефектами структуры: дислокациями, границами зерен, межфазными границами. Проведенная оценка по формуле Коттрела показала, что энергия связи атома бора с дислокацией значительно выше, чем для атома углерода: Е_В/E_C 9. Высокая микротвердость приповерхностных слоев порошковой стали 10Р6М5-МП, полученных в результате плазменно-детонационной обработки, связана с образованием мелкодисперсного мартенсита с толщиной пластин около 40 нм, с насыщением поверхности стали углеродом, а также с образованием упрочняющих фаз, в состав которых входят элементы материала электрода. То есть, установлены физические причины повышенной микротвердости приповерхностных слоев порошковой стали 10Р6М5-МП, полученных в результате плазменно-детонационной обработки.

Определены оптимальные режимы плазменно-детонационной обработки.

Ключевые слова: быстрозакаленные материалы, структура, прочность, пластичность, микротвердость, межфазные границы.

Размещено на Allbest.ru