Зносостійкий композиційний матеріал

Реферат: Винахід належить до галузі металургії, а більш конкретно до хіміко-термічної обробки, і може бути використаний при виробництві металообробного інструменту підвищеної продуктивності. Зносостійкий композиційний матеріал на базі системи Fe-W-Cr являє собою трифазний природний композит, що складається з аустенітної матриці, армованої пластинами та волокнами карбідів двох типів, який отримують навуглецюванням низьковуглецевого матричного сплаву. Вихідний матричний сплав перед навуглецюванням має наступний склад: 0,04-0,06 мас. % С, 9,1-9,5 % мас. % W, 14,3-14,6 мас. % Cr, решта Fe, який відповідає рівноважній концентрації α-фази в чотирифазній області діаграми стану Fe-W-Cr-C. Винахід забезпечує поліпшення механічних властивостей ріжучої поверхні, а саме підвищення стійкості та опору зношуванню. UA 102573 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до галузі металургії, а більш конкретно до хіміко-термічної обробки, і може бути використаний при виробництві металообробного інструменту підвищеної продуктивності. Відомі карбідосталі - композиційні матеріали складу карбід титану (вольфраму) - сталь, які застосовують для зносостійких деталей (Гуревич Ю.Г., Нарва В.К., Фраге Н.Р. Карбидостали. М.: "Металлургия", 1988, с. 62). Способи отримання карбідосталей засновані на пресуванні суміші порошкових матеріалів у брикети і наступне спікання отриманих пресувань, або просочування пористого спеченого карбідного каркаса сталевим розплавом. При отриманні карбідосталей способом спікання спостерігається неоднорідність за складом, структурою та властивостями спечених виробів, що пов'язано з ефектом міграції розплаву зв'язки в об'ємі заготовки. Технологія виготовлення карбідосталей способом спікання трудомісткий та енергоємний процес. Найбільш близькою речовиною того ж призначення до заявленої є спосіб цементації виробів з низьковуглецевих швидкорізальних сталей, в якому шляхом дифузійного насичення в газовій суміші, що складається з ендогаза і 0,5-5 % метану при температурі вище АC3, отримували двофазний волокнистий аустеніто-карбідний композит (Авт. св. СРСР № 1715883, МПК С23С 8/22, опубл. 1991). Однак ця речовина не завжди має стабільну структуру навуглецьованого шару. Задачею винаходу є поліпшення механічних властивостей ріжучої поверхні, а саме підвищення стійкості та опору зношуванню. Технічний результат - отримання трифазного аустенітно-карбідного природного композиційного матеріалу на базі системи Fe-W-Сr, рівномірно зміцненого карбідними пластинами та волокнами. Зазначений технічний результат при здійсненні винаходу досягається тим, що як вихідний матричний сплав перед навуглецюванням використовують сплав 0,04-0,06 мас. % С, 9,1-9,5 мac. %W, 14,3-14,6 мас. % Cr, решта Fe, який відповідає рівноважній концентрації  -фази в чотирифазній області діаграми стану Fe-W-Cr-C у кутку конодної піраміди (креслення). Навуглецювання запропонованого сплаву забезпечує формування в поверхневому шарі принципово нового матеріалу, наближеного по фазовому складу до карбідосталей, які за механічними властивостями займають проміжне положення між швидкорізальними сталями та твердими сплавами. Даний матеріал є трифазним природним композитом, що складається зі спеціальних карбідів двох типів і аустенітної матриці. За даними мікрорентгеноспектрального аналізу, в сплаві системи Fe-W-Cr пластини являють собою карбід М23С6, між ними розташовані тонкі волокна карбіду М6С. Важливою умовою формування трифазних колоній в дослідній системі є неповний перерозподіл хрому між зростаючим карбідом і аустенітом, при цьому хром частково розчиняється в карбіді М6С, частково утворює власний карбід М23С6. Структура природного трифазного композиту, рівномірно зміцненого по всьому дифузійному шару карбідними пластинами та волокнами, забезпечує отримання поверхні матеріалу, що має високу твердість і опір зношуванню. Показники, отримані при дослідженнях теплостійкості, дещо нижче, ніж у стандартних швидкорізальних сталей, однак, за рахунок збільшення кількості карбідів в навуглецьованому шарі і спрямованості структури, даний матеріал є вториннотвердіючим. Отриманий матеріал на основі сплаву системи Fe-W-Cr з композитною структурою навуглецьованого шару можна рекомендувати як напівтеплостійкий інструментальний матеріал при невисокому легуванні сплаву, в порівнянні зі швидкорізальними сталями. Приклад Для виготовлення дослідних заготовок (інструменту) виплавляють сплав складу 0,05 мас. % С, 9,3 мac. %W, 14,5 мас. % Cr, решта Fe, на базі армко-заліза в печі опору в інертній атмосфері. Злитки масою близько 200 г кували на прутки перерізом 15×15 мм, які розрізали на зразки. Потім виріб навуглецьовували при 1075 °C протягом 1 години в газовому середовищі, проводили гартування з цементаційного нагріву і відпуск при 600 °C протягом 1 години. Результати випробувань дослідних зразків приведені в таблиці. Виробничі випробування показали позитивні результати, планується впровадження отриманого матеріалу у виробництво. 1 UA 102573 C2 Таблиця Матеріал Твердість, HRc Стійкість інструменту, хв Прототип Композитний матеріал на базі системи Fe-W-Cr 64 115 Знос при продовженні обробки 35 хв, мм 0,31 61 132 0,22 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Зносостійкий композиційний матеріал, що являє собою рівномірно зміцнений карбідними пластинами та волокнами по всьому дифузійному шару природний композит, який отримують навуглецюванням низьковуглецевого матричного сплаву, який відрізняється тим, що вихідна концентрація матричного сплаву відповідає рівноважній концентрації α-фази в чотирифазній області діаграми стану Fe-W-Cr-C, що відповідає 0,04-0,06 мас. % С, 9,1-9,5 мac. %W, 14,3-14,6 мас. % Cr, решта Fe, а сформований матеріал являє собою трифазний природний композит, що складається з аустенітної матриці, армованої пластинами та волокнами карбідів двох типів. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2