Есть конспект?
Пришлите нам!

Новые материалы на основе более качественного порошка из нержавеющей стали


НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ БОЛЕЕ КАЧЕСТВЕННОГО ПОРОШКА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

Существенный прорыв в технологии получения порошков из нержавеющей осуществили исследователи шведской компании HEGANES AB. Новый порошок основан на получении порошка из нержавеющей стали посредством распыления водой и имеет улучшенную прессуемость. Изделия, полученные из этого порошка, имеют повышенные механические свойства.

Известно, что процесс распыления является наиболее распространенной технологией получения металлических порошков. При этом распыление можно определить как дробление потока жидкого (перегретого) металла на мелкие капли и превращение их при последующем охлаждении в твердые частицы с размером, как правило, менее 150 мкм.

Распыление водой стало коммерчески выгодным еще с начала 1950-ых годов, когда его применили для получения порошков из железа и нержавеющих сталей. В настоящее время распыление водой является доминирующей технологией при получении крупных партий металлических порошков с низкими производственными расходами. Основными преимуществами доминирования этой технологии являются низкие производственные расходы, достаточная прочность в не спеченном состоянии благодаря неправильной форме частиц порошка, микрокристаллическая структура, высокая степень перенасыщения, способность образовывать метастабильные фазы, отсутствие макросегрегаций и то, что микроструктуру и форму частиц можно регулировать за счет изменения режимов распыления.

Суть ее состоит в том, что в ходе процесса распыления водой вертикальный поток жидкого металла распыляют перекрестными струями воды высокого давления. Капли жидкого металла затвердевают без образования второй фракции и оседают на дне распылительного резервуара. Распылительный резервуар часто продувают инертным газом, таким как азот или аргон, для сведения к минимуму окисления поверхности порошка. После удаления воды порошки сушат и в некоторых случаях отжигают, за счет чего происходит, по меньшей мере, частичное восстановление оксидов, образованных на поверхности.

Однако так и не преодоленный до сих пор недостатком распыления водой заключается в окислении поверхности порошка, причем этот недостаток еще более выражен, когда порошок содержит легко окисляемые элементы, такие как Сr, Мn, V, Nb, В, Si и т.п.

В результате, возможности последующей очистки распыленных водой порошков очень ограничены, и обычный способ получения материала из нержавеющей стали (содержание Сr>12%) из распыленного водой порошка как правило требует использовать очень чистые и поэтому очень дорогостоящие сырьевые материалы, например, очищенный скрап или отборный скрап.

На этом рубеже был надолго остановлен прогресс развития данного направления.

Были попытки использовать вместо распыления водой распыление газом. Однако порошки, полученные газовым распылением, требуют горячего изостатического прессования (HIP), вследствие чего изделия, полученные из этого типа порошков, являются очень дорогостоящими.

Позже перешли к процессу распыления маслом для получения стальных порошков, где масло используют в качестве распыляющей среды. Этот способ превосходил обычное распыление водой тем, что в нем не происходит окисления стального порошка, т.е. не происходит окисления легирующих элементов. Но и в нем был недостаток, который заключался в том, что в процессе распыления происходит науглероживание полученного порошка, то есть, происходит диффузия углерода из масла в порошок, и на последующем этапе необходимо выполнять обезуглероживание. В итоге, процесс распыления маслом оказался менее приемлем, чем процесс распыления водой, с точки зрения экологии.

И вот, в последнее время неожиданно обнаружили, что порошки из нержавеющей стали можно получать из распыленного водой порошка, полученного из широкого разнообразия недорогого сырья, такого как феррохром сорта саrbure, феррохром сорта suraffine, передельный чугун и т.п. В сравнении с порошками из нержавеющей стали, полученными обычным способом распыления водой, новый порошок содержит значительно меньше загрязнений, особенно что касается кислорода и до некоторой степени серы, после спекания. А низкое содержание кислорода позволяет получить порошок с металлическим блеском, в отличие от коричнево-зеленоватого цвета, который присущ порошкам из нержавеющей стали, полученным обычным способом распыления водой. Кроме того, плотность неспеченных полуфабрикатов, полученных из нового порошка, оказалась значительно выше, чем плотность неспеченных полуфабрикатов, полученных из порошков обычного типа, полученных распылением водой.

Так удалось получить новые важные свойства, такие как прочность и удлинение при растяжении, готовых спеченных заготовок, полученных из новых порошков. Другое преимущество состояло в том, что процесс спекания можно выполнять при более низких температурах, чем общепринятые температуры на практике, благодаря чему расширились возможности при выборе печей. Снизились и затраты на потребление энергии и уменьшился износ печных каналов и распылительных сопел. Стало возможным использовать менее дорогое содержащее хром сырье, количество видов которого можно было применять значительно увеличилось.

Последний существенный прорыв осуществили недавно исследователи шведской компании HEGANES AB.

Им удалось в ходе процесса распыления водой отрегулировать содержание углерода до величины, которую определяют по ожидаемому содержанию кислорода после процесса распыления. При этом, ожидаемое содержание кислорода после распыления определяют либо эмпирически, либо отбором пробы расплава перед распылением.

Шведские исследователи смогли получить порошок, имеющий все аналогичные улучшенные свойства, которые упомянутые выше. Суть их технологии состоит в том, что полученный углеродосодержащий порошок, распыленный водой, подвергают отжигу при температуре, по меньшей мере, от 1120°С до 1260°С, при оптимальной 1160°С.

Полученный на основе данной технологии отожженный порошок, а также распыленный водой порошок, содержит в весовых процентах 10-30% хрома, 0-5% молибдена, 0-15% никеля, 0-1,5% кремния, 0-1,5% марганца, 0-2% ниобия, 0-2% титана, 0-2% ванадия и самое большее 0,3% неизбежных примесей, а в оптимальном варианте - 10-20% хрома, 0-3% молибдена, 0,1-0,3% кремния, 0,1-0,4% марганца, 0-0,5% ниобия, 0-0,5% титана, 0-0,5% ванадия и, преимущественно, при отсутствии никеля, или как вариант при содержании 7-10% никеля.

Новый порошок показал лучшие качества, по сравнению со всеми существующими аналогами. Содержание кислорода в нем существенно уменьшено в течение процесса отжига, в влияние на содержание азота оказалось положительным. Он содержит меньше шлаковых включений, чем обычные порошки, а механические свойства нового материала показали высокую плотность, прочность до спекания и упругое последействие. Причем отожженный порошок имеет в своем составе меньше мелких частиц (до 45 мкм), которые составляют только 10% от общей массы по сравнению с 30-35% от общей массы у обычных порошков сорта 410Ref. И к тому же частицы порошка обладают более сильным блеском.


Dr.BoT© Konspektiruem.ru