Композиційний підшипниковий матеріал

Композиційний підшипниковий матеріал на основі швидкорізальної сталі, що містить фторид кальцію та хімічні елементи - вуглець, марганець, хром, молібден, вольфрам, ванадій, кремній, азот, кобальт і ніобій, який відрізняється тим, що він додатково містить нікель, який разом з означени 3 кобальт 0,4-0,5 ніобій 0,05-0,2 нікель 0,3-0,5 залізо решта. Корисна модель ілюструється на наступному прикладі. Приклад. Шліфувальні відходи швидкорізальної сталі 11РЗАМЗФ2 (ГОСТ 19265-73) піддають операціям очищення від абразивної крихти та відновлювальному відпалу. Очищені порошки-відходи сталі 11РЗАМЗФ2 змішують з порошками фториду кальцію протягом 4 годин, пресують при тисках 700900 МПа та спікають 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 швидкостях ковзання 1,0 та 5,0 м/с, температурі 650 °С, навантаженні 3,0 МПа у парі з контртілом із сталі Р18 з твердістю 56-58 HRC. У таблиці наведено склади запропонованого підшипникового композиційного 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 найближчого аналога [1] - порошкового антифрикційного матеріалу на основі швидкорізальної сталі (склад 6). Наведені у таблиці дані свідчать, що використання шліфувальних відходів швидкорізальної сталі 11РЗАМЗФ2 як металевої основи запропонованого підшипникового матеріалу у порівнянні з найближчим аналогом [1] забезпечує надання матеріалу більш високих фізико-механічних та триботехнічних властивостей. Це відбувається завдяки позитивній дії додатково присутнього нікелю. Нікель значно підвищує механічні властивості матеріалу, особливо його пластичність, внаслідок утворення при температурі спікання аустеніту зі зниженою кількістю вуглецю, а відтак і зі зниженою кількістю вуглецю у перліті сталі при повільному охолодженні матеріалу після спікання. Окрім цього, нікель сприяє повній перекристалізації сталевої матриці при охолодженні таким чином, що у структурі матеріалу відсутній залишковий аустеніт. Завдяки наявності нікелю, особливо у присутності молібдену, матеріал стає менш чутливим до перегріву, оскільки він утруднює дифузійні процеси у фазі при спіканні, що забезпечує збереження дрібного зерна матеріалу (бал 11). В результаті утворення дрібнозернистої структури металевої матриці підшипникового матеріалу виявляється відсутність границь між вихідними частинками сталі, що сприяє зростанню міцності і ударної в'яз 60521 4 кості та підвищенню термічної стійкості твердого розчину, що є значущим для підшипникового матеріалу, який працює за високих температур, швидкостей і навантажень. Підвищена пластичність матеріалу забезпечує скорочення часу його припрацьовування в умовах роботи на тертя та знос за жорстких експлуатаційних режимів. Підвищений вміст вуглецю в сталі 11РЗАМЗФ2 забезпечує утворення підвищеної кількості карбідів легувальних елементів (до 40 %), які сприяють зростанню міцносних характеристик матеріалу. Зокрема, завдяки підвищеній кількості вуглецю утворюється підвищена кількість високодисперсної карбідної фази NbC, яка також сприяє значному подрібненню зерна матеріалу. Підвищена кількість карбідів легувальних елементів створює додаткові бар'єри на шляху пересування дислокацій при високих швидкостях та температурах експлуатації в умовах прикладання навантажень і тим самим сприяє підвищенню міцності матеріалу, гальмуючи процеси знеміцнення при високих температурах. Таким чином наявність нікелю разом з підвищеним вмістом вуглецю сприяє значному зниженню коефіцієнта тертя та інтенсивності зношування за умов роботи при високих температурах та забезпечує можливість форсування режимів навантаження - високі триботехнічні властивості зберігаються при швидкостях ковзання у діапазоні 1,05,0 м/с та навантаженнях до 3,0 МПа на пару тертя. При вмісті компонентів матеріалу за межами запропонованого складу (склади 4,5) фізикомеханічні і триботехнічні властивості знижуються. Запропонований композиційний підшипниковий матеріал може використовуватись при виготовленні підшипників ковзання, що працюють без змащування, втулок, вкладнів тощо, які експлуатуються при високих швидкостях ковзання (1,0-5,0 м/с) та навантаженнях (3,0 МПа) в умовах дії високих температур (до 650 °С) на повітрі, зокрема у вузлах тертя термічного та металургійного обладнання - установок безперервного розливання сталі, чавуну, кольорових сплавів, прокатних станів, а також у вузлах тертя відцентрового обладнання. Економічна ефективність використання запропонованого матеріалу, окрім підвищення фізикомеханічних і триботехнічних властивостей при одночасному збільшенні навантужуючих факторів на пару тертя, полягає також у можливості використання як сировини шліфувальних відходів швидкорізальної сталі 11РЗАМЗФ2 інструментального виробництва. Джерела інформації: 1. Патент України № 41532, С22С33/02, 25.05. 2009, Бюл. №10. 5 60521 6 Таблиця Інтенсивність Межа зношування, Ударна міцності мкм/км, при Твердість № p/п в'язкість, при швидкості CaF2 С Mn Cr Mo W V Si N Co Nd Ni Fe НВ, МПА Дж/м2 згині, ковзання, м/с МПА 1,0 5,0 1 3,0 1,02 0,2 3,8 2,5 2,5 2,3 0,2 0,05 0,4 0,05 0,3 решта 940 810 635 30 27 2 5,0 1,10 0,4 4,0 2,8 3,0 2,5 0,3 0,08 0,45 0,1 0,4 решта 950 800 640 29 25 Вміст компонентів, мас.% Коефіцієнт тертя при і швидкості ковзання, м/с 1,0 5,0 0,19 0,19 0,18 0,16 3 7,0 1,12 0,5 4,3 3,0 3,3 2,7 0,5 0,10 0,5 0,2 0,5 решта 960 790 650 33 29 0,17 0,18 4 2,0 1,0 0,1 3,4 2,0 2,0 2,0 0,1 0,02 0,2 0,02 0,2 решта 910 760 600 77 61 0,24 0,22 5 8,0 1,2 0,6 4,6 3,5 3,8 3,0 0,7 0,12 0,7 0,4 0,7 решта 930 700 580 78 64 0,26 0,21 6 3,0- 1,0- 0,2- 3,8- 8,0- 1,5- 1,7- 0,2- 0,05- 4,5- 0,1 решта 910 720 570 31 490 -930 750 585 32 640 0,17- 0,420,48 0,18 Найбл. -7,0 -1,1 -0,5 4,4 9,0 2,0 2,1 0,5 0,10 5,2 0,3 аналог [1] Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Підписне Тираж 24 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