Сплав на основі міді

Корисна модель, що пропонується, стосується ливарного виробництва, його можна використати в електротехнічній, машинобудівній та металургійній галузях. В промисловості широко використовуються мідні сплави, які мають високі електропровідність та теплопровідність. Деякі з цих сплавів працюють в умовах тертя, електроерозії, високих температур та піддаються дії значного зносу. Для забезпечення потрібних властивостей використовують легування, а також різноманітні форми зміцнення сплавів дисперсною фазою. До відомих сплавів можна віднести такий сплав [Патент СРСР №915810 МПК С22С9/00], який містить, мас.%: Сr 0,3-1,5 Zr 0,1-0,5 В 0,015 Сu решта. Але такий сплав має відносно низьку зносостійкість в умовах тертя ковзання, відносно невисоку температуру порогу стійкості (500-520°С), вище якої відбувається процес коагуляції дисперсних включень та відповідно втрата міцності сплаву, а також підвищену вартість та енергозатратність внаслідок введення цирконію та застосування термічної обробки - закалювання та відпуску. Відомий сплав на основі міді [А.С. СРСР №1678879 МПК С22С9/00], що має склад, мас.%: Сr 0,2-1,5 Fe 0,2-9,0 С 0,02-0,2 Сu решта. Зазначений сплав має область незмішування в рідкому стані, що обумовлює процес зміцнення мідної основи, і, як наслідок, підвищену зносостійкість, ерозійну стійкість та ін. Суттєво підвищується (до 800°С) температурний поріг стійкості. Недоліком зазначеного сплаву, по-перше, є розчинність легуючи х елементів (в першу чергу заліза) в його основі, що приводить до суттєвого зниження тепло- та електропровідності. По друге, технологічні трудно щі, пов'язані з високою температурою перегріву ( ³ 1750-1800°С), яка не дозволяє дрібнодисперсні вкраплення рівномірно розподілити в матриці, особливо при необхідності збільшити частку дисперсних вкраплень. Найбільш близьким до сплаву, що пропонується, є дисперсно зміцнений сплав відомий, як бронза Корсона, Бр.К1Н3 [ГОСТ 18175-78], що має склад, мас.%: Ni 2,4-3,4 Si 0,6-1,1 Сu решта. Цей сплав відноситься до групи сплавів, які зміцнюються при термічній обробці, що пов'язано з виділенням силіцидів нікелю, які є зміцнювальними фазами. Кількість зміцнювальної фази, яка може виділитись при дисперсному твердненні сплаву, максимальна при відношенні вмісту кремнію та нікелю, яке точно відповідає складу інтерметалічної сполуки Ni2Si. В основу корисної моделі поставлена задача зміцнити сплав двома типами вкраплень: вкрапленнями на базі силіциду нікелю, які утворюються при дисперсійному твердненні сплаву за рахунок наявності в ньому нікелю і кремнію, та вкрапленнями, які містять хром, залізо, вуглець та мають мінімальну розчинність і дифузійну рухливість в основі сплаву навіть при значному підвищенні температури (до 0,8...0,9 температури плавлення). Поставлена задача вирішується тим, що в сплав на основі міді, який містить нікель та кремній та зміцнюється дисперсно, згідно корисної моделі, додатково вводяться хром, залізо та вуглець при наступному співвідношенні компонентів (мас.%): Cr 0,2-1,3 Fe 0,8-7,5 C 0,04-0,2 Ni 1,2-4,0 Si 0,3-1,0 Сu решта. Хром вводиться в сплав в кількості 0,2-1,3%. При вмісті хрому менше, ніж 0,2%, кількість зміцнювальної фази, яка визначає механічні властивості (твердість, міцність), недостатня, внаслідок чого показники механічних властивостей невисокі. Введення хрому в сплав в кількості, яка перевищує 1,3%, призводить до значного насичення хромом мідної матриці, наслідком чого є значне погіршення таких властивостей, як теплопровідність та електропровідність Введення заліза в сплав в кількості, яка перевищує 7,5%, також неприпустиме через погіршення тепло- та електропровідності внаслідок збільшення вмісту заліза в основі сплаву. Введення вуглецю в кількості, яка перевищує 0,2% спричиняє утворення первинних карбідів хрому та заліза Ме 3Сr7. Надлишки цих елементів, які не зв'язані в карбіди, розчиняються в міді і погіршують тепло і електропровідність. Наявність крупних карбідів суттєво ускладнює процес виплавки сплаву через те, що потребує значно більш високих температур гомогенізації розплаву. При вмісті нікелю, що перевищує 4%, значна частина його дифундує до дисперсних часток, які формуються в розплаві і, відповідно, зменшується кількість часток силіциду нікелю. Вміст кремнію не повинен перевищувати 1% для того, щоб весь кремній пішов на утворення часток силіциду нікелю. Хімічний склад та властивості відомого сплаву і сплаву, який пропонується, наведені в таблиці. Ці сплави виплавлялись в індукційних печах типу ІСТ. Із зливків o 20-90мм / виготовляли зразки для дослідження та натуральні деталі - електроди контактного зварювання. До контрольованих властивостей, окрім експлуатаційної стійкості, належать твердість та відносна питома електропровідність (в % від електропровідності чистої міді). Як видно з таблиці, стійкість електродів збільшується на 60%, електроди з сплаву, що пропонується, можна використовувати без термічної обробки: їх твердість в литому стані знаходиться на рівні твердості бронзи Бр.К1Н3, яка пройшла термічну обробку, а відносна питома електропровідність на 25% вища. Таблиця Склад та властивості сплавів Сплав Хімічний склад, мас.% Сr Прототип Що пропонується Fe С 0 0 0 0,85 1,0 0,15 Ni Si Твердість НВ Сu 2,4-3,4 0,6-1,1 решта 2Д 0,57 Відносна питома електропровідність, g % 56,2 Кількість зварювальних циклів до перезаточування електродів 200-250 84,3 69,3 370-400 В Після В литому Після литому термічної стані термічної стані обробки обробки 50-55 100-150 решта 90-140 120-160