Композиційний антифрикційний матеріал на основі карбіду титану

Винахід стосується галузі порошкової металургії, а саме високоміцних зносостійких антифрикційних композиційних матеріалів. Матеріал, що заявляється, може бути використаний в машинобудуванні для виготовлення деталей машин та пристроїв, а також покриттів, що працюють в умовах підвищеного зносу, великих швидкісних навантаженнях та агресивних середовищах. Відомі композиційні матеріали на основі подвійного карбіду титану-хрому. Так, існує зносостійкий композиційний матеріал на основі подвійного карбіду титан у-хрому [Umansky A., Panasyuk A. Composite Material on Base of Double Titanium - Chromium Carbide with the High Resistance as for Wear and High Temperature Oxidation // "Materials and Coatings for Extreme Performances". Proceedings of 2 International Conference. IPMS, Kie v, Ukraine, 2002. - P.358 - 359], що містить такі компоненти, (мас. %): нікель 14-16 хром 3-5 карбід хрому 25-30 карбід титану решта Цей матеріал має високу твердість (86-87HRA), міцність на згин (820-870 Мпа) та достатньо низький коефіцієнт тертя (f=0,2±0,02) в умовах сухого тертя при навантаженні Р=5 МПа та швидкості ковзання V=10 м/с за рахунок формування на робочій поверхні в процесі трибоокиснення при експлуатації вузла тертя на повітрі вторинних плівок твердих розчинів оксидів титану та хрому, які грають роль твердого мастила. Однак, цей композиційний матеріал недоцільно використовувати в якості зносостійких покриттів, тому що при його нанесенні на стальні деталі має місце взаємна дифузія нікелю з композита та заліза з підкладки, що приводить до зниження міцності такого покриття та втрати його властивостей. Крім цього відомо, що карбіди титану та хрому створюють тверді розчини при вмісті карбіду хрому до 20 мас. %. Якщо вміст карбіду хрому в карбіді титану перевищує 20 мас. % в розчині створюється вільний карбід хрому, який значно погіршує міцність на згин матеріалу ТіС - Сr3С2. Найбільш близьким за складом є композиційний матеріал на основі карбіду титан у [Авторське свідоцтво СРСР №1433054, МПК С22С 29/10 від 22.06.88], який містить такі компоненти, (мас. %): залізо 16,4-32,8; хром 3,2-6,4; алюміній 0,4-0,8; карбід титану - решта. Мікротвердість матеріалу становить 20-25 ГПа. Додатково проведені дослідження триботехнічних властивостей цього матеріалу показали, що при сухому терті по сталі 65Г, він має такі показники: коефіцієнт тертя f=0,22, відносний знос І=9,1 мкм/км. Однак триботехнічні характеристики цього матеріалу недостатні. Задачею заявляємого винаходу "Композиційний антифрикційний матеріал на основі карбіду титану" є зниження коефіцієнтів тертя, інтенсивності зношування та підвищення міцності покриттів з такого матеріалу, що досягається шляхом додавання карбіду хрома при оптимальному співвідношенні компонентів. Поставлена задача вирішується тим, що в композиційному антифрикційному матеріалі карбід титану, карбід хрому, залізо та хром знаходяться у такому співвідношенні, (мас. %): карбід хрому 8-16 залізо 16-18 хром 2-4 карбід титану решта Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак виноходу і технічного результату очевидний із нижченаведеного опису. Як основа матеріалу використовується карбід титану ТіС, що має достатньо високу твердість і міцність, однак внаслідок крихкості не може бути використаним в якості матеріалу для отримання зносостійких антифрикційних покриттів. Введення в карбід титану домішок заліза та хрому приводять до зменшення крихкості, але триботехнічні характеристики покриттів матеріалу системи ТіС - Fe - Сr залишаються низькими. Додатковий компонент карбіду хрому приводить до утворення в процесі трибоокиснення вторинних плівок твердих розчинів ТіОз - Сr2О 3, що впливає на зниження коефіцієнту тертя та інтенсивності зношування. Запропонований матеріал може використовуватися як матеріал деталей машин та механізмів триботехнічного призначення, що працюють в умовах тертя при підвищених швидкісно-навантажувальних параметрах, а також у якості шихти для нанесення зносостійких покриттів. Матеріал одержували методами порошкової металургії. Ви хідні порошки карбіду титану, заліза, хрому та карбіду хрому змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спиртуректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 1-Змкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітови х прес-формах в температурному інтервалі 1550-1580°С, при тиску 30-35 МПа, час витримки 25-30 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 3%. На отриманих зразках визначали фізико-механічні і триботехнічні властивості матеріалу: коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, міцність на згин, що наведені в таблиці. Матеріал одержували таким чином: Приклад 1. Порошки карбіду титану 74 мас. %, заліза 16мас. %, хрому 2 мас. % та карбіду хрому 8 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 1-3 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітови х прес-формах в температурному інтервалі 1550-1580°С, при тиску 30-35 МПа, час витримки 25-30 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 3%. Приклад 2. Порошки карбіду титану 62 мас. %, заліза 18 мас. %, хрому 4 мас. % та карбіду хрому 16 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 1-3 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітови х прес-формах в температурному інтервалі 1550-1580°С, при тиску 30-35 МПа, час витримки 25-30 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 3%. Приклад 3. Порошки карбіду титану 59 мас. %, заліза 19 мас. %, хрому 5 мас. % та карбіду хрому 17 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 1-3 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітови х прес-формах в температурному інтервалі 1550-1580°С, при тиску 30-35 МПа, час витримки 25-30 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 3%. Міцність на згин визначали за стандартною методикою, затвердженою міжнародним стандартом ISO/TC206 при 4 точковому згині для зразків розміром 3х4х45 мм. Ме ханічна обробка поверхні алмазними кругами проводилась по довжині зразків. По ребрам знімались фаски. Коефіцієнт тертя (f) та інтенсивність зношування (І, мкм/км) визначали за схемою "вал-втулка" за методом роботи [Є.Т.Мамикін, М.К.Ковпак, А.І.Юга та ін. Комплекс машин і методики визначення антифрикційних властивостей матеріалів при терті-ковзанні // Порошкова металургія, 1973, №1, с. 67-72] при навантаженні Р=2 МПа та швидкості ковзання V=15 м/с. Матеріал, що заявляється, можна використати в якості матеріалу деталей, які працюють в умовах тертя при високих швидкісно-навантажувальних параметрах, зокрема, для ущільнюючих елементів, а також в якості зносота корозійностійких покриттів на деталі та вузли автомобільних та авіаційних двигунів. Таблиця Склад та властивості антифрикційного матеріалу Склад матеріалу, мас. % № п/п ТіС Fe Cr Сr3O2 1 2 3 4 5 77 74 68 62 59 15 16 17 18 19 1 2 3 4 5 7 8 12 16 17 74,5 20 5 Αl-0,5 Коефіцієнт тертя/±0,002 0,17 0,09 0,07 0,08 0,15 Прототип: 0,22 Інтенсивність зношування±0,8 мкм/км 6,7 4,9 3,8 4,3 5,8 Міцність на згін, МПа 9,1 720 680 820 860 920 780