Порошковий антифрикційний матеріал на основі швидкорізальної сталі

Порошковий антифрикційний матеріал на основі швидкорізальної сталі, що містить фторид кальцію та хімічні елементи: вуглець, марганець, хром, молібден, вольфрам, ванадій і кремній, який відрізняється тим, що він додатково містить азот, 3 Корисна модель ілюструється на наступному прикладі: Приклад. Шліфувальні відходи швидкорізальної сталі Р6АМ5Ф3 (ГОСТ 19265-73) піддають операціям очищення від абразивної крихти та відпалу. Очищені порошки-відходи сталі Р6АМ5Ф3 змішують з порошками фториду кальцію протягом 4 годин, пресують при тисках 700-900 МПа та опікають при температурах 1100-1150°С протягом 2 годин у середовищі водню. Фізико-механічні властивості визначали за стандартними методиками: твердість за ГОСТ 25698-83, ударну в'язкість - за СТ СЭВ 472-77, межу міцності при згині - за ГОСТ 18228-72. Триботехнічні властивості визначали на повітрі при швидкості ковзання 1 м/с, навантаженні 8,8 МПа при температурах 600-650°С у парі з контр тілом із сталі Р18 з твердістю 52-54 HRC. У таблиці наведені склади запропонованого порошкового антифрикційного матеріалу (склади 1-3), склади, які виходять за межі запропонованого складу компонентів (склади 4, 5), а також фізикомеханічні та триботехнічні властивості зазначених складів у порівнянні з властивостями відомого підшипникового композиційного матеріалу (склад 6, прототип). Дані, які наведено у таблиці, свідчать, що використання шліфувальних відходів швидкорізальної сталі Р6АМ5Ф3 як металевої основи запропонованого антифрикційного матеріалу у порівнянні з прототипом [1] забезпечує надання матеріалу більш високих фізико-механічних та триботехнічних властивостей. Це відбувається завдяки позитивній дії додатково присутнього в матеріалі азоту. Азот присутній в матеріалі у вигляді малорозчинних нітридів або карбонітридів легуючих елементів, а також у частково розчинних, розчинних і нерозчинних карбідах типу Ме6С, Ме23С6 та МеС відповідно. Особливо суттєва роль азоту проявляється при його наявності у карбідах типу Ме6С та MeC-Cr6C, Fe3Mo2C, Fe4Mo2C, W 6C, Fe3W 3C, Fe4W2C, Mo6C, (Fe,Cr,V)6C, (W,V)6C, (Mo,V)6C, VC, коли азот забезпечує виникнення дисперсних карбідних та карбонітридних фаз, сприяючи утворенню дрібного зерна у структурі матеріалу та затримці зростання зерна при високотемпературному нагріві. Це запобігає різнозернистості структури, що, у свою чергу, обумовлює ізотропність та стабільність фізикомеханічних і триботехнічних властивостей. Утворення більш дрібних карбідів та карбонітридів збільшує величини міцностних та триботехнічних характеристик матеріалу у порівнянні з прототипом [1]. Частина азоту при нагріванні у процесі спікання матеріалу переходить у легований αтвердий розчин, а при охолодженні виділяється з нього, переходячи як у цементиті карбіди - Fe3C, (Fe,Mn)3C, (Fe,Cr)3C з утворенням Fe3(C,N), (Fe,Mn)3(C,N), (Fe,Cr)3(C,N), так і у карбіди легуючих елементів, заміняючи в них частку вуглецю - C6(C,N), (Fe,Mn)6(C,N), (Fe,W)6(C,N), W6(C,N), Mo6(C,N), (Fe,Cr,V)6(C,N) та V(C,N). За рахунок цього додатково зростає вторинна 30377 4 твердість, стійкість проти зворотного знеміцнення та зносостійкість матеріалу. Присутність азоту забезпечує також підвищення робочих температур, що пов'язане із збереженням дрібного зерна у структурі матеріалу, навіть в умовах високих температур і деформацій під впливом навантажень на пару тертя. Це дозволяє збільшити робочу температуру матеріалу до 650°С. Вміст компонентів, мас. % Склад 1 2 3 4 5 CaF2 3,0 5,0 7,0 2,0 9,0 С 0,95 1,0 1,05 0,8 1,2 Mn 0,2 0,4 0,5 0,1 0,6 6 (прототип) 3,07,0 0,45 -0,52 0,2-0,5 Cr 3,8 4,0 4,3 3,4 4,6 Мо 4,8 5,0 5,3 4,2 5,7 W 5,7 6,0 6,7 5,0 7,0 V 2,3 2,5 2,7 2,0 3,0 Твердість, НВ, МПа Si 0,2 0,3 0,5 0,1 0,7 2,5 0,8 3,0 1,5 0,5 -3,2 -1,1 -3,6 -1,8 -0,8 N 0,05 0,08 0,10 0,02 0,12 Nb= 0,050,15 Удар в'язкіс Дж/м Fe решта решта решта решта решта 880 895 885 860 840 73 75 72 73 68 решта 780-870 680-7 У запропонованому матеріалі наявна збільшена кількість у порівнянні з відомим матеріалом вуглецю та карбідоутворюючих елементів - Сr, V, Мо, W, що також сприяє підвищенню фізико-механічних і триботехнічних властивостей матеріалу у порівнянні з прототипом [1]. Більша кількість вольфраму обумовлює зростання кількості вольфрамових карбідів, що підвищує твердість і міцність матеріалу. Підвищений вміст ванадію забезпечує утворення більшої кількості карбідів ванадію, особливо карбіду VC, який є найбільш твердим карбідом у порівнянні з карбідами інших елементів та забезпечує суттєве зниження інтенсивності зношування матеріалу. Збільшений вміст молібдену сприяє зростанню пластичних характеристик матеріалу, зокрема ударної в'язкості, оскільки молібден, як горофільний елемент, перешкоджає виділенню карбідних та карбонітридних фаз по границям зерен. Підвищена кількість хрому також чинить позитивний вплив на властивості запропонованого матеріалу: по-перше, 50-70 % Сr, присутнього в матеріалі, розчиняється у α-твердому розчині, а його збільшена концентрація забезпечує підвищення кількості хрому у α-фазі, що суттєво зміцнює металеву матрицю матеріалу. По-друге, підвищений вміст хрому підсилює дисперсійне твердіння, збільшуючи вторинну твердість і затримуючи знеміцнення порошкового антифрикційного матеріалу на основі швидкорізальної сталі Р6АМ5Ф3 при високих температурах експлуатації. При вмісті компонентів матеріалу за межами запропонованого складу (склади 4,5) фізикомеханічні і триботехнічні властивості знижуються. Порошковий антифрикційний матеріал на основі швидкорізальної сталі Р6АМ5ФЗ може використовуватися при виготовленні підшипників ковзання для вузлів тертя, працюючих при підвищених навантаженнях в умовах зовнішнього нагріву при 650°С на повітрі, насамперед, металургійного устаткування - вузлів тертя 5 установок розливання сталі і чавуну, доменних печей, прокатних станів. Економічна ефективність використання запропонованого матеріалу, і окрім підвищення фізико-механічних і триботехнічних характеристик, полягає також у можливості застосування шліфувальних відходів швидкорізальної сталі Р6АМ5ФЗ інструментального виробництва. Література 1. Патент України № 25625 С22С33/02, 10.08.2007, Бюл. № 12. 30377 6