Зносокорозійностійкий композиційний матеріал на основі карбіду хрому

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к износокоррозионностойким композиционным материалам, Заявляемый материал может быть использован для изготовления деталей машин и устройств, работающих в условиях высоких ударных нагрузок, высоких температур, агрессивных и абразивных сред, в частности, в машиностроении (режущие инструменты), в автомобильной промышленности (узлы трения); нефтедобывающей промышленности (детали нефтяных скважинных насосов, буровые долота), легкой промышленности (износостойкие втулки, набойки для обуви) и других. Известен керамический композиционный материал Японской фирмы "Кубота текко" системы карбид хрома - карбид титана -никель. Присутствие в составе сплава около 8% и 25% приводит к увеличению ударной вязкости при температуре 1000°C почти в 2 раза. Сплав характеризуется также достаточно высокой прочностью при изгибе (1200МПа), твердостью и не окисляется на воздухе при температуре 1200°C. [1]. Однако этот сплав содержит дефицитный карбид титана и никель. Сплав имеет пористость до 15% и это существенно повышает вязкость разрушения и коррозионную стойкость материала, что нежелательно. Из существующих износостойких материалов наиболее близок по составу к заявляемому материалу сплав [2], содержащий следующие компоненты (мас.%): Этот материал обладает высокой износостойкостью, твердостью и прочностью при изгибе. Однако введение никеля и фосфора в карбид хрома является сложным, так как лигатуру получают восстановительным отжигом в водороде. В основе изобретения поставлена задача создать износокоррозионностойкий материал на основе карбида хрома, который содержит карбид хрома, никель, фосфор, железо и алюминий с повышенной ударной вязкостью, и высокой износостойкостью и стойкостью против коррозии, который мог бы успешно использоваться как материал деталей машин и устройств, работающих в жестких условиях (высокие ударные нагрузки, трение, агрессивные среды, повышенные температуры). Поставленная задача решается тем, что в композиционный материал, кроме карбида хрома, никеля и фосфора вводят железо и алюминий при следующем соотношении компонентов (мас.%): В качестве основы заявляемого материала используется карбид хрома который имеет высокую твердость и прочность, но очень хрупкий и использовать его без введения металлических связок невозможно. Введение в состав материала никеля в указанном соотношении позволяет увеличить его пластичность. Добавка железа повышает адгезию (взаимодействие) по отношению к карбиду хрома и к его сплавам с никелем, в результате которого компоненты твердой фазы хрома и углерода растворяются в железе, а затем при их совместной кристаллизации выделяются сложные карбиды типа с высокой микротвердостью (22 - 24ГПа). В присутствии алюминия в сплаве скорость диффузии железа еще больше замедляется, что и определяет высокие защитные свойства материала. Высокая устойчивость против коррозии объясняется за счет легирования карбидов никелем, Структурными составляющими материала являются и коррозионностойкие карбиды хрома и содержащие 14 - 16% хрома. Поэтому эти связующие необходимы для облегчения условий получения материала и изделий из него, а также для достижения необходимого уровня физических свойств и эксплуатационных характеристик. Незначительные добавки фосфора существенно влияют на прочностные характеристики материала (см. таблицу). Материал получали следующим образом: шихту из порошков карбида хрома, никеля, соли фосфорнокислого аммония железа и алюминия с размером частиц 2 - 3мкм осуществляли по общепринятой методике получения изделий методами порошковой металлургии. Смешивание и размол компонентов производили в шаровой мельнице в среде этилового спирта в количестве 0,4 - 0,6л (в зависимости от удельного веса шихты) на 1кг смеси. Продолжительность размола составляла 72 часа. Размолотую до удельной поверхности 2100мг/кг шихту сушили на воздухе до полного удаления спирта, просеивали через сито 01 (ГОСТ 3584 - 57), замешивали на пластификаторе - 5% - ном растворе синтетического каучука в бензине до получения сметанообразной массы. При этом на 1кг смеси расходовали 0,25 - 0,4кг пластификатора. Смесь сушили в сушильном шкафу при температуре 40 ± 10°C в течение 3 часов, затем протирали через сито 042 и прессовали в закрытых пресс-формах при давлении 100 - 150МПа. Спрессованные образцы сушили в сушильном шкафу при температуре 60 - 80°C в течение 6 - 8 часов. Образцы после сушки подвергали предварительному спеканию в среде водорода при температуре 900 - 950°C в течение 1 часа для удаления пластификатора. Спекание осуществляли в электрической муфельной печи Г-30 в засыпке из глинозема и гидрида титана (10 - 15%). Окончательное спекание проводили в вакуумной печи типа СШВ в вакууме в интервале температур 1000 - 1300°C. Температуру измеряли оптическим пирометром ОППИР-017 визированием по поверхности образца (нагревателя). На полученных образцах определяли физико-механические свойства полученных материалов, относительную износостойкость, скорость коррозии, (коррозионную стойкость), критический коэффициент интенсивности напряжений, предел прочности на сжатие и изгиб, ударную вязкость, твердость и др. Результаты измерения свойств и испытаний приведены в таблице. Предел прочности на сжатие определяли по стандартной методике (ГОСТ 4651 - 82), предел прочности при изгибе по ГОСТ 1252 - 78; ударную вязкость по ГОСТ 9451 - 60, твердость по Роквеллу (ГОСТ 23677 - 79) на приборе ТК-2М при нагрузке 588 ± 1Н (шкала Относительную износостойкость рассчитывали по формуле: где и - износ массы эталона и образца, г; и - плотность эталона и образца. Скорость коррозии определяли по формуле: где - первоначальная масса образца, г; - масса образца после удаления продуктов коррозии, г; - площадь поверхности образца до испытания, м2; - время испытаний, ч. Критический коэффициент интенсивности напряжений где определяли по формуле: - модуль упругости, ГПа; - твердость по Виккерсу, ГПа; - половина диагонали отпечатка, мкм; - длина трещины, мкм; - коэффициент пропорциональности принят равным 3) При исследовании установлено, что у возрастает с увеличением глубины внедрения преобладать над хрупким. Из приведенных в таблице свойств видно, номером 2, имеет высокую износостойкость и разрушения ниже по сравнению с прототипом. который, как и для твердых сплавов типа полученного материала вязкость разрушения индентора, т.е. вязкое разрушение начинает что заявляемый материал, обозначенный под почти нулевую скорость коррозии, а вязкость