Tytuł pozycji:
The structure and properties of copper inliltrated HSS based composite
High hardness, mechanical strength, heat resistance and wear resistance of M3/2 high speed steel (HSS) make it an attractive materiał for manufacture of valve train components [1,2,3]. In this application, the materiał must exhibit oxidation resistance, high hot strength and hardness, and superior wear resistance. Metal matrix composites were produced by powder metallurgy techniques and were composed by a inflltration high speed steel based materiał into which hard abrasive wear resistant carbide particles were incorporated at the powder compaction stage. Since technological and economical considerations are equally important, inflltration of high-speed steel skeleton with liąuid cooper has proved to be a suitable technique whereby fully dense materiał is produced at Iow cost [1,2]. Inflltration is a process that has been practiced for many years. Inflltration is basically defined as "a process of filling the pores of a sintered or unsintered compact with a metal or alloy of a lower melting point"[4]. In the particular case of copper infiltrated iron and steel compacts, the base iron matrix, or skeleton, is heated in contact with the copper alloy to a temperaturę above the melting point of the copper, normally within the rangę of 1095° to 1150°C. Attempts have been madę to describe the influence of the production process parameters and alloying additives, such as graphite and electrolytic cooper, on the microstructure and mechanical properties of copper infiltrated HSS based composites. The compositions of powder mixtures are 100% M3/2, M3/2 + 7.5%Cu, M3/2 + 0.3%C.
Stale manganowe, produkowane metodami metalurgii proszków, znajdują coraz szersze zastosowanie, z których wiele wskazuje na możliwość otrzymania wyrobów spiekanych o wysokich własnościach wytrzymałościowych w połączeniu z małymi tolerancjami wymiarowymi przy niskich nakładach kosztów. Własności mechaniczne spiekanych stali zależą od wielu czynników takich jak gęstość, temperatura i atmosfera spiekania oraz prędkość chłodzenia. Infiltracja miedzią porowatych kształtek jest jednym ze sposobów wytwarzania kompozytów na osnowie stali szybkotnącej np. elementów silników spalinowych, takich jak gniazda zaworów i prowadnice zaworów. Infiltracja pozwala uzyskać wyroby lite lub prawie litych. Zastosowanie miedzi do infiltracji porowatych kształtek ze stali szybkotnącej wynika z jej dostępności, bliskiego zeru skrajnego kata zwilżania stali oraz dobrego przewodnictwa cieplnego, które jest szczególnie przydatne w wymienionych wyżej elementach silnika. Dodatek żelaza wprowadzono w celu obniżenia kosztów wytwarzania ze względu na niższą cenę proszku żelaza w stosunku do ceny stopowego proszku stali szybkotnącej. Stal szybkotnąca stanowi twardą osnowę odpowiedzialną za własności wytrzymałościowe i odporność na ścieranie a wprowadzona podczas infiltracji miedź ułatwia uzyskanie całkowitego zagęszczenia kompozytów oraz zwiększa przewodnictwo cieplne i elektryczne. Celem pracy jest określenie wpływu parametrów wytwarzania oraz dodatku miedzi i grafitu na przebieg infiltracji, strukturę oraz niektóre własności infiltrowanych miedzią kompozytów na osnowie stali szybkotnącej. Do wytwarzania porowatych kształtek zastosowano rozpylany wodą proszek stali szybkotnącej gatunku M3/2, elektrolityczny proszek miedzi ECul oraz proszek grafitu. Porowate kształtki do infiltracji wytwarzano z następujących mieszanek proszków: 100% M3/2, M3/2 + 7,5Cu i M3/2 + 0,3C. Mieszanie proszków wykonano w mieszalniku typu Turbula T2F. Czas mieszania wynosił 1 godzinę. Mieszanki poddano prasowaniu w matrycy o jednostronnym działaniu stempla pod ciśnieniem 800 MPa. Część wyprasek poddano spiekaniu w piecu próżniowym w temperaturze 1150°C przez 1 godzinę. Następnie niespiekane i spiekane kształtki poddano infiltracji metodą nakładkową. Infiltrację prowadzono w piecu próżniowym, w temperaturze 1150°C przez 15 minut. Chłodzenie kształtek odbywało się wraz z piecem ze średnią szybkością ok. 4°C/min. Wprowadzenie do proszku stali szybkotnącej M3/2 proszków miedzi lub grafitu powoduje zwiększenie zgęszczalności tych mieszanek względem zgęszczalności kształtek z proszku stali szybkotnącej. Pod wpływem spiekania w temperaturze 1150°C w czasie 60 minut, gęstość wszystkich rodzajów spieków ulega zwiększeniu. Przyrost gęstości względnej poszczególnych rodzajów spieków M3/2, M3/2+7,5Cu i M3/2+0,3C wynosi od 1 do 3 %. Wynika z tego, że dodatek miedzi lub grafitu w temperaturze spiekania 1150°C nie powoduje istotnej aktywacji procesów prowadzących do większego zagęszczenia spieków. Dodatek proszków miedzi i grafitu do proszku stali szybkotnącej powoduje nieznaczne zmniejszenie stopnia wypełnienia kapilar oraz gęstości względnej infiltrowanych kompozytów z wyprasek i spieków M3/2+7,5Cu i M3/2+0,3C w porównaniu do kompozytów M3/2. Największą twardość mają kompozyty z infiltrowanych wyprasek i spieków M3/2+0,3C. Dodatek miedzi powoduje zwiększenie wytrzymałości na zginanie infiltrowanych kompozytów z wyprasek i spieków M3+7,5Cu. z wyprasek i spieków M3, M3/2+7,5Cu oraz M3/2+0,3C składa się z ziarn stali szybkotnącej, z rozmieszczonymi wewnątrz węglikami typu M6C i MC oraz obszarów miedzi.
