Антифрикційний композиційний матеріал на основі нікелю

Антифрикційний композиційний матеріал на основі нікелю, що містить фторид кальцію та хімічні елементи - вуглець, вольфрам, хром, молібден, титан, алюміній і кобальт, який відрізняється тим, що він додатково містить 3 31545 Нікель решта. Корисна модель ілюструється на наступному прикладі. Приклад Пропонований матеріал одержують методом порошкової металургії шляхом змішування металевого порошку сплаву ХН55ВМТКЮ (ГОСТ 5632-72) та порошку фториду кальцію протягом 4год. Одержану суміш (з пластифікатором) піддають гарячому ізостатичному пресуванню: шихту завантажують у контейнер, далі випалюють пластифікатор при 300°С у вакуумі з 4 відкачуванням продуктів згоряння. Після цього здійснюється пресування при 1210°С, витримці 34год. і тиску аргону 130-140МПа. Для стабілізації структури матеріалу та підвищення його властивостей виконується наступна термічна обробка: загартування - нагрів до температури 1240°С, охолодження на повітрі; старіння при 910°С протягом 16год. на повітрі. Антифрикційні властивості визначали на повітрі при швидкості ковзання 0,32м/с, навантаженнях 5-7МПа, температурі 870°С у парі з контртілом з хрому. Таблиця Коефіцієнт тертя (f) та інтенсивність зношування Граничнодопустима (І), мкм/км, при температура, навантаженнях, МПа °С 5 6 7 С W Cr Mo Ті Аl Nb Co V В Се Ni f I f I f I 0,04 4,5 9,0 4,0 1,4 3,6 - 12,0 0,2 0,01 0,01 решта 0,27 34 0,26 33 0,23 32 870 0,08 5,5 11,0 5,0 1,8 4,0 - 14,0 0,60,015 0,015решта 0,26 32 0,24 30 0,18 28 870 0,10 6,5 12,0 6,0 2,0 4,5 - 16,0 0,8 0,02 0,02 решта 0,27 35 0,25 31 0,22 30 870 0,02 4,0 7,0 3,0 1,0 3,0 - 10,0 0,10,005 0,005решта 0,3 72 0,28 83 0,26 92 870 0,15 7,0 13,0 7,0 3,0 5,5 - 17,0 0,9 0,03 0,03 решта 0,29 78 0,31 84 0,30 96 870 0,038- 8,65- 7,6- 2,28- 1,71- 4,75- 1,71- 9,5- решта 0,26 30 0,34 98 0,38 228 800 0,076 9,31 9,5 3,04 2,09 5,13 2,09 11,4 Вміст компонентів, мас. % Склад CaF2 1 2 3 4 5 6 (прототип) 4,0 6,0 8,0 3,0 9,0 4,08,0 Примітка: У складах 1-5 вміст сірки не більше 0,01мас. %, фосфору - не більше 0, 015мас. %. У таблиці наведено склади запропонованого антифрикційного композиційного матеріалу (склади 1-3), склади, що виходять за межі запропонованого складу компонентів (склади 4, 5), а також антифрикційні властивості зазначених складів у порівнянні з властивостями відомого порошкового антифрикційного матеріалу (склад 6, прототип). Наведені у таблиці дані свідчать, що наявність ванадію, бору та церію у складі запропонованого антифрикційного композиційного матеріалу на основі нікелю забезпечує надання йому більш високих антифрикційних властивостей при підвищенні гранично-допустимих навантажень на пару тертя і робочої температури у порівнянні з матеріалом - прототипом [1]. Це викликано позитивною дією ванадію, бору та церію завдяки утворенню в структурі матеріалу додаткових подвійних та потрійних сполук за їх участю. Ванадій підвищує жароміцність твердого розчину та збільшує термічну стабільність g'-фази, входячи до її складу і утворюючи (Ni,V)3Аl, разом з цим виникнення твердих карбідів VC забезпечує зниження коефіцієнту тертя та інтенсивності зношування матеріалу. Окрім цього, наявність ванадію у твердому розчині на основі нікелю, у складі g'-фази та у карбідах VC, (W,Mo,V)C підвищує температуру розчинення g'-фази при нагріванні, що сприяє підвищенню температури плавлення матеріалу у цілому. Це, у свою чергу, дозволяє форсувати режими навантаження на пару тертя, збільшуючи гранично-допустимі навантаження і температури експлуатації. Бор утворює в матеріалі дисперсні, розмірами близько 0,1мкм, бориди типу Nі3В або карбоборидні евтектичні включення головним чином на границях зерен. Такі включення зменшують швидкість дифузії атомів, швидкість руху дислокацій, швидкість коагуляції g'-фази при високих температурах експлуатації, що, у свою чергу, поліпшує структурну стабільність і жароміцність матеріалу та забезпечує підвищення його антифрикційних властивостей. Церій разом з бором є рафінуючим мікролегуючим елементом. Аналогічно бору церій розташований в основному біля границь зерен і на поверхнях розділу фаз, чинить модифікуючу дію на матеріал - подрібнює мікрозерно, зменшує розмір дендритної комірки, змінює морфологію та розподіл неметалевих шкідливих домішок (S, Р). Церій і бор дуже мало розчиняються у нікелі та ефективно очищують границі зерен і фаз матеріалу від сірки та фосфору, затримуючи процеси знеміцнення матеріалу і тим самим підвищуючи його структурну стабільність. Церій і бор зв'язують сірку та фосфор у тугоплавкі сульфіди та фосфіди і майже у два рази знижують вміст вільних сірки та фосфору у матеріалі. Підвищення структурної стабільності матеріалу сприяє стабілізації його антифрикційних властивостей при високих робочих температурах та навантаженнях. слід відзначити також високу Окрім цього, жаростійкість запропонованого матеріалу на повітрі при температурі 870°С, завдяки присутності у його складі також церію і бору, які покращують захисні властивості оксидних плівок, утворених іншими хімічними елементами. Так, відносне збільшення маси зразків із запропонованого матеріалу при витримці 50год. не перевищує 0,20,3%, а стабілізація зміни маси настає за час окиснення 10год. 5 31545 При вмісті компонентів матеріалу за межами запропонованого складу (склади 4, 5) антифрикційні властивості матеріалу знижуються. Запропонований антифрикційний композиційний матеріал на основі нікелю може використовуватись для виготовлення опор ковзання високотемпературних вузлів тертя газотурбінних двигунів, газоперекачуючих двигунів, газоперекачуючих установок, Комп’ютерна верстка А. Рябко 6 металургійного обладнання (вузлів тертя установок безперервного розливання сталі, безконусних завантажуючих пристріїв домених печей), працюючого на повітрі при підвищених і високих навантаженнях і температурах до 870°С. Література: 1. Авторское свидетельство СССР №1607423А1, С22С19/03, 32/00, 25.04.1989. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601