Зносостійкий самофлюсівний сплав

Изобретение относится к области металлургии сплавов, получаемых на основе железа, используемых для газотермического напыления износостойких покрытий. Известен сплав на основе железа следующего состава, мас.%: бор 3-3,5, углерод 1,5-2, кремний 0,75-2,5, хром 3-6, марганец 1,75-2,25, никель 1,75-2,25, молибден 1,75-3, медь 1,75-2,25, остальное - железо, имеющий достаточно высокую износостойкость и высокую твердость [1]. Однако он не может быть использован для газотермического напыления покрытий с высокой износостойкостью из-за низкой жаростойкости, что приводит к образованию при его газотермическом напылении большого количества оксидов железа, значительно снижающих качество покрытий и, в частности, износостойкость. Кроме того, наличие в его составе марганца в указанном количестве, который обладает высоким сродством к кислороду, приводит к образованию в структуре покрытий оксидов этого элемента, что также снижает их износостойкость. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является сплав, содержащий, мас.%: углерод 1,5-2,5, хром 20-24, кремний 2-4, бор 2-4, никель 4-6, остальное - железо, отличающийся тем, что содержит значительное количество хрома, повышающего, в частности, е го жаростойкость[2]. Недостатком этого сплава является его повышенная хрупкость, а следовательно, и низкая износостойкость. Задачей изобретения является повышение износостойкости газотермических покрытий из этого сплава. Поставленная задача решается тем, что в износостойкий сплав на основе железа, содержащий никель, хром, бор, кремний, углерод, согласно настоящему изобретению, вводится фосфор, марганец, молибден, медь и он содержит, мас.%: В результате такого легирования предлагаемый сплав имеет достаточную жаростойкость и пластичность, что позволяет применять его в качестве материала для получения газотермических покрытий с высокой износостойкостью: в 2,5-3,5 раза выше, чем у покрытий, наносимых из сплава-аналога, в 1,5-2,5 раза выше, чем у покрытий, наносимых из сплава-прототипа. Более высокая износостойкость предлагаемого сплава по сравнению со сплавом-прототипом объясняется отличием их микроструктур. Сплав-прототип представляет собой заэвтектический сплав содержащий карбидную эвтектику и карбиды хрома и железа, что и предопределяет его хрупкость и низкую износостойкость. Предлагаемый нами сплав представляет, по сути, собой композиционный материал, у которого матрица твердым раствор на основе железа и эвтектики - армирована тонкоразветвленным (размер зерна в плоскости шлифа равен 1-5 мкм) каркасом карбобосида хрома, что и обеспечивает сплаву высокую износостойкость. Из литературных источников не известно использование такого качественного и количественного состава сплава, как в предложенном решении, из чего можно сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "существенные отличия". Для напыления газотермических покрытий использовали порошки соответствующи х сплавов фракции +50-100 мкм, полученные распылением расплава азотом. Распыление проводили в вертикальной камере распыления. Для выплавки сплавов использовали материалы, представленные в табл. 1. Выплавку осуществляли в индукционной печи типа ИСТ016/025.1 (ТУ 1688ИЕВУ68211006). Примеры. Для напыления покрытий использовали порошки следующих составов, мас,%: Сплав 1 (аналог): бор 3,25, углерод 1,7, кремний 1, хром 5, марганец 2, никель 2, молибден 2, медь 2, железо -· 81,05. Сплав 2 (прототип): углерод 1,8, хром 22,5, кремний 2,35, бор 2,55, никель 5, железо 65,8. Сплав 3: никель 25,6, хром 6,4, молибден 2,8, медь 5, марганец 1,2, бор 3,2, кремний 2,5, углерод 1,6, фосфор 0,5, железо 50,2. Перед напылением покрытий на подложки из стали 45, последние подвергали дробеструйной обработке дробью чугунной твердостью 54-62 HRC сжатым воздухом под давлением 20 МПа. Пример 1. Покрытия из сплавов 1-3 наносили плазменно-дуговым методом на установке "Киев-7" (ТУ 2605-59-85) с использованием в качестве плазмообразующего газа смеси воздуха и пропана-бутана (ГОСТ554287). Режим напыления: напряжение - 180 В, ток - 180 А, расход воздуха -4,5-4,8 м/час. Дистанция напыления 0,23 м. Толщина покрытий - 1-1,1 мм. Твердость покрытия: из сплава 1 - 58 HRC, из сплава 2-60 HRC, из сплава 3-60 HRC. Пример 2. Покрытия, полученные по примеру 1, оплавляли пламенем газовой горелки ГС-3 (ГОСТ 107779), по времени -до появления зеркальной поверхности покрытия. Рабочие газы: кислород (ГОСТ 5583-78) и пропан-бутан. Покрытие из сплава 1 - непригодное для испытаний. Твердость покрытий: из сплава 2-62 HRC, из сплава 3-60 HRC. Пример 3. Покрытия наносили газопорошковой наплавкой горелкой ГС-3. Рабочие газы - кислород и пропан-бутан. Покрытие из сплава 1 - непригодное для испытаний. Твердость покрытий - из сплава 2-55 HRC, из сплава 3-55 HRC. Толщина покрытий - 1-1,2 мм. Покрытия, полученные в примерах 1-3, шли фовали до шероховатости Ra=32-0,63. Испытания на износостойкость проводили на машине трения 2070СМТ-1 по схеме диск-колодка в условиях ограниченной смазки (10 капель масла ВНИИ НП-24 ГОСТ 11124-84 в минуту). Давление в паре трения - 5 и 10 МПа, скорость вращения - 1 м/с, время испытаний - 10 часов. В качестве материала контртела использовали сталь 45, закаленную до твердости 42-45 HRC. Результаты испытаний представлены в табл. 2 (интенсивность износа определяли по потере массы, в г). Пример 4. Аналогично примеру 1 наносили сплав, содержащий, мас.%: никель 40, хром 3,5, молибден 2, медь 2, марганец 1, бор 4,5, кремний 3, углерод 1,5, фосфор 0,4, железо 42,1. Пример 5. Аналогично примеру 1 наносили сплав, содержащий, мас.%: никель 20, хром 5, молибден 3,5, медь 6, марганец 1,5, бор 2, кремний 1, углерод 2, фосфор 0,5, железо 58,5. Пример 6. Аналогично примеру 1 наносили сплав, содержащий, мас.%: никель 25, хром 20, молибден 2,4, медь 8, марганец 0,5, бор 3, кремний 2, углерод 0,8, фосфор 0,8, железо 47,5. Пример 7. Аналогично примеру 1 наносили сплав, содержащий, мас.%: никель 24, хром 2,5, молибден 4, медь 9,5, марганец 1, бор 5, кремний 3,5, углерод 0,5, фосфор 0,5, железо 49,5. Пример 8. Аналогично примеру 1 наносили сплав, содержащий, мас.%: никель 15, хром 13, молибден 1, медь 1,5, марганец 2, бор 3, кремний 2, углерод 1,5, фосфор 1, железо 60. Пример 9. Аналогично примеру 1 наносили сплав, содержащий, мас.%: никель 45, хром 8, молибден 2, медь 4, марганец 0,1, бор 1,5, кремний 0,5, углерод 2,5, фосфор 0,3, железо 36,1. Результаты испытаний на износостойкость покрытий в примерах 4-9 представлены в табл. 3. Износостойкость покрытия из сплава 3 по примеру 1 принята 100%. Таким образом, наиболее высокой износостойкостью обладают покрытия, наносимые из сплавов, содержащих, мас.%: никель 10-40, хром 3,5-20, молибден 2-3,5, медь 2-8, марганец 0.5-1,5, бор 2-4,5, кремний 1-3, углерод 0,8-2, фосфор 0,4-0,8, железо -остальное.