Физические основы получения мелкокристаллических и наноструктурных материалов спеканием металлических порошков электроконтактным нагревом

Abstract

Описаны теоретические результаты по влиянию дефектов на процесс спекания. Приведены также результаты теоретических исследований по расчету разности температур в зоне контакта частиц и в глубине зерна. Установлено, что в области контакта возможно повышение электросопротивления, обусловленное изменением химсостава (в результате окисления, сегрегации и т.д.), а также сложной структурой электрического контакта. В результате этого при прохождении электрического тока через спрессованный порошковый материал в зоне контакта возможно повышение температуры, которое может привести к локальному образованию в этих местах жидкой фазы на конечной стадии скоростного электронагрева. Экспериментально на порошковых сталях, легированных Cr, Mo, Mn и Ni, подтверждены теоретические результаты о возможности локального образования жидкой фазы в местах контактов частиц. Это сделано на основе фрактографических и металлографических исследований, а также изучения изменения механических свойств. Анализ изменения структуры и механических свойств спеченных порошковых металлических материалов электроконтактным нагревом показывает, что этот метод может быть использован для получения в них наноструктурных состояний и разработки нанотехнологий.

Описано теоретичні результати стосовно впливу дефектів на процес спікання. Наведено також результати теоретичних досліджень з розрахунку ріжниці температур у зоні контакту частинок і в глибині зерна. Встановлено, що в місцях дотику частинок можливе підвищення електроопору, обумовлене зміною хімічного складу (внаслідок окиснення, сеґреґації тощо), а також складною структурою електричного контакту. Внаслідок цього при проходженні електричного струму через спресований порошковий матеріял у зоні дотику можливе підвищення температури, яке може привести до льокального утворення в цих місцях рідкої фази на кінцевій стадії швидкісного електронагріву. Експериментально на порошкових сталях, леґова них Cr, Mo, Mn і Ni, підтверджено теоретичні результати про можливість льокального утворення рідкої фази в місцях дотику частинок. Це зроблено на основі фрактографічних і металографічних досліджень, а також вивчення зміни механічних властивостей. Аналіза зміни структури і механічних властивостей спечених порошкових металічних матеріялів електроконтактним нагрівом показує, що ця метода може бути використана для одержання в них наноструктурних станів і розробки нанотехнологій.

Theoretical results of the impact of defects on sintering process are described. The results on calculation of temperature difference in a contact region of particles and in deep inside grain are presented.In the particles’ contact region, an electric resistance can grow due to changes in chemical composition (because of oxidation, segregation etc.) and to the complex structure of electric contact. As a result, when the electric current passes through the compressed powder material, the temperature increases in a contact region that results in a local formation of liquid phase at a final stage of high-rate electric heating. The theoretical results on a possibility of the local formation of a liquid phase in the interparticle contact regions are experimentally confirmed for powder steels alloyed with Cr, Mn, Mo and Ni. Fractographic and metallographic investigations as well as measurements of the changes in mechanical properties are performed to support conclusion concerning the local melting. Analysis of changes in the structure and mechanical properties of sintered powder metallic materials fabricated by electrocontact heating shows that this method can be used for formation of nanostructure states in these materials and for development of nanotechnologies.