Influence of Nanodispersed Powders of Carbon to the Structure and Properties of Powder Steel by SPS

Abstract

Объектом исследования являются порошковые стали с разными формами углерода. Целью работы было изучение возможностей получения порошковых сталей с повышенными эксплуатационными и механическими свойствами путем использования различных углеродных компонентов в порошковой шихте. Рассмотрены свойства и структура порошковых сталей с различной природой углеродаколлоидный и терморасширеннный графиты, углеродные нанотрубки. Стали получали двумя способами: 1) прессованием в пресс-форме при давлении 600 МПа с последующим спеканием в вакууме при 1000 °С 2 ч, 2) искровым плазменным спеканием при 950 °С 5 мин, под давлением 30 МПа. Порошки графитов вводили в количестве 1 мас. %, порошок таунита-0,3 мас. %. Структуру и свойства исследовали стандартными для порошковых сталей методами. С помощью рентгенофазового, микродюрометрического анализа, оптической микроскопии, рамановской спектроскопии исследованы микроструктура, размеры зерен, микротвердость; определены твердость, прочность, коэффициент трения. Установлено, что при добавлении углеродных порошков различной модификации после спекания формируется различный структурно-фазовый состав с перлитной основой, который оказывает влияние на физико-механические и триботехнические свойства. Показано, что искровое плазменное спекание обеспечивает формирование практически беспористой структуры порошковых сталей и более высокий уровень физико-механических свойств по сравнению со спеканием без приложения давления. Установлено, что короткое время изотермической выдержки при искровом плазменном спекании способствует формированию аномальной микроструктуры, содержащей в свободном виде некоторое количество углеродных нанотрубок, которые улучшают триботехнические характеристики сталей. Ключевые слова: порошковая металлургия, сталь, углерод, коллоидный графит, терморасширенный графит, углеродные нанотрубки, плазменно-искровое спекание, структура, прочность, износостойкость.