Спосіб підвищення зносостійкості хіміко-термічною обробкою на повітрі сплавів системи nb-ti

Корисна модель відноситься до хіміко-термічної обробки сплавів системи Nb-Ті на повітрі з метою покращення антифрикційних властивостей. Сплави системи Nb-Ti завдяки ряду унікальних властивостей (задовільна жаротривкість і жароміцність, технологічність, а також мала величина поперечного перерізу захоплення теплових нейтронів, стійкість в умовах випромінювання, високий опір термічній втомі) відносяться до перспективних конструкційних матеріалів, які забезпечують їх використання в атомних енергоджерелах, ракетній техніці тощо [1-3]. Фретінг-корозія, вібраційне зношування - основна причина пошкоджень ТВЕЛів, конструкцій теплообмінника та інших вузлів тертя. Для підвищення їх надійності необхідно враховувати, крім інших, трибологічні дослідження. Відомо, що зносостійкість, підвищену твердість, підвищений опір атмосферній корозії, задовільну жаротривкість тугоплавких сплавів можна суттєво покращити шляхом додаткового легування, але при цьому дещо погіршуються міцнісні характеристики. Часто створення спеціальних сплавів методом легування для роботи в певних умовах взагалі неможливо. Широко використовуються в практиці зміцнення і захисту від впливу агресивних середовищ, температури і т.д. хіміко-термічна обробка (цементація, азотування, нітроцементація, хромування, борування і ін.), а також нанесення покрить (дифузійне насичення, занурення в рідкі метали, нагрів лазерним променем і ін.). Застосування хіміко-термічної обробки лише в обмежених випадках здатне створити структуру, яка працездатна за різних режимів навантаження та умов тертя. Не завжди доцільне також вартісний і низькопродуктивний спосіб захисту матеріалів - нанесення покриттів. В основу корисної моделі поставлено задачу за допомогою хіміко-термічної обробки на повітрі створити поверхневі шари сплаву ВН-10 (40-45% Ті; 6,7-7,3% Al; 3,5-4,4% V; 1,8% Zr; 0,13% 02; 0,0018-0,24% С) з покращеними антифрикційними властивостями. Заявниками було встановлено найбільш оптимальний режим термічної обробки, який відповідає максимальній зносостійкісті сплаву. Процеси і явища, що супроводжують тертя та зношування, значною мірою визначаються властивостями поверхневих шарів, які суттєво залежать від зовнішнього середовища. Важливий вплив на процес зовнішнього тертя мають оксидні плівки, які відіграють роль проміжного середовища. Екрануючи контактні поверхні, вони сприяють прояву сил адгезії і не допускають молекулярного охоплення поверхонь матеріалів трибосистеми [4]. Оксидні плівки на поверхні металу присутні практично завжди. Їх товщина, структура і властивості сильно залежать від температури, тривалості і середовища нагрівання, а також від хімічного складу матеріалу. Відомо, що найпростіше отримати оксидні плівки типу рутилу, корунду можна нагріванням легованого металу на повітрі. Обробці піддавались плоскі зразки сплаву ВН-10 розмірами 14´11´1мм виготовлені після прокатки (деформація 75%). Окислення проводили у печі типу СНОЛ 1.6.2, 5.1/9-ИЗ на повітрі в діапазоні температур від 300°С до 800°С з кроком 100°С з метою створення на поверхні окалини. Мінімальне можливе відхилення ±20°С. Зразки завантажувались у піч після нагріву до заданих температур і витримувались протягом години. Після ряду ізотермічних витримок нами встановлено, що на поверхні матеріалу формується щільна окалина, яка згідно з рентгеноструктурним аналізом складається з оксидів типу Ti0,4Al0.3Nb0.3O2 (рутил) і TiNb2O7. Металографічні дослідження окислених зразків показали, що зерна набувають різної форми, всередині зерен виділяються включення, дещо подібні до перлітної структури. Аналіз зміни профілів мікротвердості по перерізу окислених зразків дозволив встановити, що приповерхневий шар сплаву після окислення за температури 500°С має підвищену мікротвердість - 4,1МПа, за інших температур значення мікротвердості нижчі і становлять 3,6-3,8МПа. Проведено порівняльний аналіз впливу оксидування ніобій-титанового сплаву на зносостійкість сплаву в умовах сухого тертя ковзання із сталлю 45 в інтервалі швидкостей 0-30мм/с і навантаження 0,9МПа. Встановлено, що на малих базах дослідження найвищу зносостійкість має сплав ВН-10 після окислення на повітрі за температур 400-500°С (табл.). За цих температур зношення ніобій-титанового сплаву є у »8 разів меншим, ніж у вихідному стані після деформації. Таблиця Інтенсивність зношення сплаву ВН-10 в залежності від часу тертя І, кг/м2 Час тертя, год. Сплав ВН-10 (обробка) вихідний стан (деформація 75%) після відпалу 1100°С 300 400 сплав оксидований за 500 температур, °С 600 700 800 5 10 15 20 0,0071 0,03410,0084 0,00007 0,0017 0,0043 0,0043 0,0043 0,0118 0,0347 0,0238 0,0008 0,0033 0,0062 0,0062 0,0062 0,0156 0,0377 0,0268 0,0018 0,0037 0,0080 0,0081 0,0082 0,0194 0,04171 0,0298 0,0018 0,0035 0,0092 0,0098 0,0112 Бібліографічні дані 1. Савицкий Е.М., Бурханов Г.С. Металловедение тугоплавких металлов и сплавов.-М.: Наука, 1967.- 323с. 2. Тугоплавкие металлы и сплавы. /Под ред. Г.С, Бурханова, Ю.В. Уфимова. - М.: Металлургия, 1986.- 251с. 3. Костецкий Б.И., Носовский И.Г. Износостойкость и антифрикционность деталей машин.-К.: Техника, 1969.168с. 4. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазка при обработке металлов давлением. Справочник.М.: Металлургия, 1982. -311с.