THE IMPACT OF HEAT TREATMENT ON THE PROPERTIES OF THE POWDER COMPOSITE MATERIAL OBTAINED BY INFILTRATION
Authors: Кобылина Е.В. , Довыденков В.А. 
Published: July 2024

Работа посвящена изучению влияния дополнительной термической обработки на процессы формирования структуры и свойств материалов на основе железа и латуни, обеспечивающей высокий уровень физико-механических характеристик. Дано описание новой технологии производства стальных деталей конструкционного назначения путем литьевого формования смесей порошков железа и его оксида со связующим, вакуумного восстановления оксидов нанодисперсным продуктом пиролиза связующего, последующего спекания инфильтрации с применением дополнительной термической обработки. Приведен анализ процесса инфильтрации по нелинейному дифференциальному уравнению второго порядка, которое включает все определяющие силы сопротивления: инерцию жидкости в резервуаре (источнике жидкой фазы) и газа в порах каркаса; вязкое трение газа и жидкости в порах каркаса, вес столба жидкости, а также движущую силу инфильтрации  капиллярную силу с учётом релаксации краевого угла смачивания θ(t) от значения в момент контакта пористого каркаса с жидкостью θ(0) = π/2 до равновесного значения θр. Изучение влияния термической обработки на свойства порошкового материала проведено на высокопористых заготовках на основе железа с размерами пор менее 1 мкм. Дан анализ структуры и физико-механических свойств материала на каждом этапе технологического процесса. Режим дополнительной термообработки следующий: закалка в воде при 800-850 °С и старение при 400-450 °С в течение 4 часов. Температура закалки выбрана в соответствии со справочными характеристиками для данного состава материала. Температура операции старения выбрана в соответствии с температурой, соответствующей выделению второй фазы из пересыщенного твердого раствора железомедного сплава. После закалки при данных температурах происходит упрочнение железного каркаса, а последующее старение позволяет при сохранении прочности каркаса повысить пластичность материала. Термическая обработка способствует упрочнению материала. При этом уровень механических свойств в рамках настоящей работы характеризуется следующими показателями: твердость НВ = 210÷220, предел прочности на разрыв σв = 330÷345 МПа и относительное удлинение δ  11,0 %

The authors research into the effect of additional heat treatment on the formation of the structure and properties of materials based on iron and brass, which provides a high level of physical and mechanical properties. The paper describes a new technology for the production of structural steel parts by injection of molding mixtures of iron powders and its oxide with a binder, vacuum reduction of oxides by a nanodispersed product of binder pyrolysis, and subsequent sintering of infiltration with the use of additional heat treatment. The analysis of infiltration process is given using a second-order nonlinear differential equation, which includes all the determining resistance forces: the inertia of the liquid in the reservoir (the source of the liquid phase) and the gas in the pores of the frame; the viscous friction of the gas and liquid in the pores of the frame, the weight of the liquid column, and the driving force of the infiltration-the capillary force, taking into account the relaxation of the wetting edge angle θ(t) from the value at the moment of contact of the porous frame with the liquid θ(0) = π/2 to the equilibrium value of θр. The study of the effect of heat treatment on the properties of the powder material is carried out on highly porous iron-based blanks with pore sizes less than 1 micron. The analysis of the structures and physical and mechanical properties of the material at each stage of the technological process is carried out. As an additional heat treatment mode, the following was chosen: quenching in water at 800-850 °C and aging at 400-450 °C for 4 hours. The quenching temperature is defined in accordance with the reference data for this material composition. The temperature of the aging operation is defined in accordance with the temperature corresponding to the separation of the second phase from the supersaturated solid solution of the iron-copper alloy. After quenching at these temperatures, the steel frame is strengthened, and subsequent aging allows the increase in the ductility of the material while maintaining the strength of the frame. Heat treatment contributes to the hardening of the material. The achieved level of mechanical properties in the framework of this work is: hardness HB = 210÷220, tensile strength σb = 330÷345 MPa and elongation δ  11.0 %.