Зносостійкий композиційний матеріал

Зносостійкий композиційний матеріал, що містить залізо, карбід титану, нікель і вуглець, також 3 Крім цього, заготівки, що були спечені з карбідосталі, після віджигання мають твердість 34-44 HRC залежно від вмісту ТіС, що дозволяє їх піддавати лезвійній обробці, на відміну від твердих сплавів. Відомий склад, що виготовляється методом лиття з корозійно-стійких металів, який містить мас. %: вуглець 0,5-3,0, хром 13-30, молібден 0,76,0, марганець 0,1-2,0, нікель 0,5-3,0, а також карбіди хрому або титану 20-30 у вигляді зерен розміром 8-10мкм, які значно підвищують термін служби виробів, [см., наприклад, з. Швейцарії №432535, Кл. В 02 С 7/12, 1984; з. Японії №60-56054, Кл. D21 D 1/30, 1985]. Недоліком відомих рішень є складність забезпечення фізико-механічних характеристик, тому що введення тугоплавких зерен карбідів у процесі розливання не забезпечує рівномірного, тим більше керованого їхнього розподілу в об'єму виливка, крім того, матеріал з литою структурою має знижені характеристики міцності й пластичності, через що не може бути використаний для навантажених деталей, таких як, прокатні шайби й валки. Найбільш близьким по сукупності ознак до об'єкта, що заявляється, є зносостійкий матеріал [пат. №2062813 від 27,06,1996 RU], згідно з яким він містить карбід титану, нікель, вуглець, залізо й кобальт при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: карбід титану 10-60; нікель 0,1-0,5; вуглець 0,2-1,5; кобальт 1-6; залізо решта. Недоліком даного матеріалу є складність і дорожнеча його виготовлення, тому що використовуються дорогі порошки нікелю й кобальту, необхідність застосування мокрого розмелу в спирті або бензині, тому що компоненти зв'язування схильні до окислення, а також недостатня корозійна стійкість спеченого матеріалу, що знижує зносостійкість в умовах експлуатації гарячої прокатки. Для того, щоб використовувати карбідосталі для виробництва таких великогабаритних виробів (масою 10-20кг), необхідно розробити марку сталі матриці карбідосталі, яка дозволить підвищити технологічність, а саме більш низьку температуру нагрівання при загартуванні, меншу схильність порошку основи до окислення при його виробництві, розмелі й зберіганні, із забезпеченням високих експлуатаційних характеристик виробів, що виготовляються з неї. Завданням корисної моделі є створення композиційного порошкового матеріалу - карбідосталі зі сталевою матрицею, склад якої дозволить підвищити її технологічні характеристики з метою забезпечення можливості виробництва великогабаритних заготовок прокатних шайб і бандажів прокатних складених валків і підвищить зносостійкість і експлуатаційні характеристики виробів в умовах агресивних середовищ високих навантажень і температур. Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що спечений зносостійкий матеріал, що містить залізо, карбід титану, нікель і вуглець, також кобальт при наступних співвідношеннях компонентів, мас. %: карбід титану 10-60, нікель 0,1-0,5, вуглець 0,2-1,5, кобальт 1-6, відрізняється тим, що він додатково містить хром 15-20, молібден 1-2, 46376 4 ванадій 0,08-0,30, марганець 1,0-1,3, кремній 0,20,6 і вольфрам 0,05-0,5, решта залізо. Пропонований склад, що містить карбід - титану як наповнювача й високолеговану антикорозійну сталь як основу, що містить карбіди хрому, молібдену, ванадію, вольфраму дозволяє підвищити зносостійкість матеріалу, спростити технологію приготування шихти, компактування брикету й процесу спікання. Введення до складу матеріалу основи хрому в кількості 15-20мас. % забезпечує високі антикорозійні й міцністні властивості, високу твердість при термічній обробці виробів, збільшення вмісту залишкового аустеніту після спікання. Вміст ванадію в кількості 0,08-0,3мас. % приводить до утворення карбіду ванадію (VC), який має високу твердість (Н =2094кгс/мм2); щільність - 5,48г/см3; tпл – 2830 С, коефіцієнт термічного розширення ά - 7,2 10-6 - значення, близькі до відповідних параметрів ТіС. Застосування VC у порошковій металургії обумовлене тим, що крайовий кут змочування у системі VC - Fe рівний 0 (1550 С, вакуум), у той час як у системі ТіС - Fe=41 ; крім того нижче й температура плавлення евтектики: VC - Fe-1350 З; ТіС - Fe-1460 C. Введення до складу основи молібдену в кількості 1-2 і вольфраму 0,05-0,5мас. %, також сприяє збільшенню вмісту карбідної фази в складі матриці й теплостійкості матеріалу, що підвищує рівень зносостійкості. Підвищений вміст вуглецю (1,0-1,6) сприяє запобіганню обезуглераживанию при спіканні у вакуумі у випадку бідного по вуглецю карбіду титану. Введення марганцю в кількості 1,0-1,3мас. % підвищує змащуваність. Верхнє значення вмісту вуглецю відповідає верхнім значенням вмісту легуючих елементів. Пропоноване технічне рішення характеризується наступним прикладом конкретного виконання. Для приготування шихти використовували газорозпилений порошок сталі наступного хімічного складу мас. %: Fe - Основа; С-1,16; Сr - 17,8; Мо 1,25; Co - 1,05; V - 0,10; Si - 0,37; Mn - 1,0; Ni - 0,20; W - 0,05; Cu - 0,20; N - 0,05; O2 - 0,2; - фракція: 0315мкм. Порошок сталі піддавали сухому розмелу у віброінерційному млину протягом 8 годин, після чого робили розсів через сито із гніздом 93мкм. Порошок карбіду титану фракції 10-60мкм піддавали розмелу протягом 8 годин. Для виробництва використовували порошок ТіС розміром менше 10мкм. Попередньо розмелені порошки сталі й карбіду титану змішували в співвідношенні 4:1 по масі у двохосьовому змішувачі протягом 4-х годин. Методом гідростатичного пресування в еластичній оболонці пресували заготовки роликів ввідних роликових проводок. Спікання робили у вакуумі. Процес спікання протікає стабільно, практично точно відповідно до заданої програми, тому що не відбувається газовиділення, у зв'язку із чим, час спікання скорочується на 20%. Спечені заготовки піддавались віджиганню до твердості 40-44 HRC і зазнали лезвійної механічної обробки. Потім проводилося загартування з нагріванням у шахтній печі із захисною атмосферою з наступним охолодженням у маслі. Після загартування заготовки відпускались в термічній шафі. Твердість склала 5 46376 65-67 HRC. Після термообробки проводилася чистова обробка посадкових отворів під підшипники шліфуванням алмазним колом. Виробничі випробування дослідних роликів проводилися на Білоруському металургійному за Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 6 воді. Наробіток до перешліфовки на новий експлуатаційний розмір становив 3500-4500т. Величина припуску, що знімається при перешліфовці становила 0,25мм на сторону. Підписне Тираж 28 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