Зносостійкий матеріал

Реферат: Зносостійкий матеріал містить ванадій, ніобій, титан та карбон. Додатково містить леговані домішки кремнію. UA 106562 U (54) ЗНОСОСТІЙКИЙ МАТЕРІАЛ UA 106562 U UA 106562 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, зокрема до складу високоміцних зносостійких композиційних матеріалів, які можуть бути використані у машинобудуванні для виготовлення деталей, що експлуатуються в умовах тертя та формуванні покриттів при зміцненні і відновленні зношених поверхонь при їх навантаженні тертям у відсутності мастил і дії значних навантажень, температур та агресивних середовищ. Відомим аналогом є зносостійкий композиційний матеріал на основі ванадію [Физикохимия сплавов редких металов. Под ред. Е.М. Савицкого. - М.: Наука, 1981. - 260 с.], який містить (мас. %); ніобій (23-30)%, тантал (7-10)%, ванадій - решта. Цей матеріал має значну поверхневу твердість (58-68 HRC), однак відсутність кремнію не забезпечує самофлюсування, що суттєво зменшує міцність зчеплення, особливо в умовах підвищених навантажень та значних швидкостях ковзання. Відомим аналогом є порошкова сталь Еп 40с [Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. - М: Металлургия, 1985. - С. 222-223], що містить (мас. %): карбон (0,310,45)%, кремній (0,28-0,41)%, марганець (0,51-0,69)%, нікель (0,11-0,23)%, хром (2,88-3,23)%, молібден (0,81-0,94)%, ванадій (0,20-0,29)%. Зазначений матеріал має задовільні механічні властивості: твердість HRC 59-65, тимчасовий опір σв=17200 МПа, однак має підвищений коефіцієнт тертя, що обумовлює як високі втрати, так і значну швидкість зношування поверхневих сполучень. Найближчим аналогом до корисної моделі є порошковий матеріал [Порошковая металлургия и напиленние покрытия. Под ред. Б.С. Митина. - М.: Металлургия, 1987.- с. 396397], що містить (мас. %): ніобій (8,5-11)%, титан (6,1-7,9)%, тантал (8,9-10,8)%, молібден (4,16,0)%, карбон (0,2-0,6)%, ванадій - решта. Значна кількість легованих домішок забезпечує високі фізико-механічні властивості матеріалу, однак низькі триботехнічні параметри значно обмежують його функціональні можливості при захисті вузлів тертя від зносу, особливо при навантаженнях тертям у відсутності мастил та в умовах підвищених температур, швидкостей ковзання і агресивних середовищ. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення зносостійкого матеріалу шляхом додаткового легування кремнієм, що забезпечує максимальну зносостійкість при значному зниженні коефіцієнта тертя, високу твердість і термостійкість у широкому навантажувально-швидкісному діапазоні. Поставлена задача вирішується тим, що до зносостійкого матеріалу, який містить ванадій, ніобій, титан та карбон, згідно з корисною моделлю, додатково вводять кремній при такому співвідношенні компонентів (мас. %): ванадій 46-60 ніобій 14-29 титан 12-21 кремній 6-15 карбон 2-9. Визначено введенням до складу зносостійкого матеріалу легованої домішки активного елемента - кремнію, який у сукупності з рештою компонентів обумовлює утворення в структурному складі матеріалу міцних термостійких фаз інтерметалідів і карбідів, а на робочих поверхнях появу зносостійких захисних метастабільних структур на основі металів, що входять до складу матеріалу, що забезпечує значну поверхневу міцність в умовах тертя, підвищений опір зносу в різних режимах експлуатації, в том числі і в екстремальних. Запропонований зносостійкий матеріал на основі ванадію може використовуватися як матеріал для деталей машин і механізмів триботехнічного призначення, що має високу несучу здатність та поверхневу міцність, підвищені опір зносу та термостабільність, а також після розмелу до відповідних фракцій, як порошкові суміші для газотермічного напилення зносостійких покриттів. Матеріал одержують за допомогою порошкової металургії. Вихідні порошки ванадію, ніобію, титану, кремнію, карбону змішують і розмелюють у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-9 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просівають. Середня величина частинок не перевищує 50-65 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1950-2300 °C, під тиском 25-45 МПа, час витримки 20-35 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3,0 %. На отриманих зразках визначали фізико-механічні і триботехнічні властивості матеріалу, що наведені в таблиці 1. 55 1 UA 106562 U Таблиця 1 Склад та властивості зносостійкого матеріалу Склад матеріалу № V 1 48 2 52 3 55 Прототип 4 77,5 5 10 15 20 25 30 35 Nb Ті Si С Mo 24 20 15 14 16 13 10 7 5 4 5 6 Коефіцієнт Інтенсивність Міцність Мікротвердість тертя зношування зчеплення, ГПа Та ±0,002 ±0,03 мкм/км МПа 0,18 3,2 18,2 98 0,11 2,7 19,6 109 0,23 3,9 14,5 87 10 7 0,5 5 10 0,37 4,3 14,1 Приклад 1. Порошки ванадію 48 мас. %, ніобію 24 мас. %, титану 14 мас. %, кремнію 10 мас. %, карбону 4 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-9 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 50-65 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах у температурному інтервалі 1950-2300 °C, під тиском 25-45 МПа, час витримки 20-25 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала 1,5-3,0 %. Приклад 2. Порошки ванадію 52 мас. %, ніобію 20 мас. %, титану 16 мас. %, кремнію 7 мас. %, карбону 5 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату у планетарному млині протягом 6-9 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 50-65 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1950-2300 °C, під тиском 25-45МШ, час витримки 20-35 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала 1,5-3,0 % Приклад 3. Порошки ванадію 55 мас. %, ніобію 15 мас. %, титану 13 мас. %, кремнію 11мас. %, карбону 6 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату у планетарному млині протягом 6-9 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потом просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 50-65 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1950-2300 °C, під тиском 25-45 МПа, час витримки 20-35 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала 1,5-3,0 %. Детонаційне напилення запропонованого матеріалу здійснювалось у наступній послідовності: - підготовка до напилення основи (матеріал деталі); - підготовка порошку V-Nb-Ti-Si-C з діаметром часток композиційного порошку 45-60 мкм; - детонаційно-газове напилення; - механічна обробка поверхні напиленого шару. Запропонований зносостійкий матеріал на основі ванадію, компоненти якого отримано з матеріально-сировинної бази країни, придатний для виготовлення деталей, які експлуатуються в умовах тертя без мастил при підвищених швидкісно-навантажувальних режимах в галузях загального машинобудування. Крім того, їх використання економічно доцільне для якісного відновлювального ремонту вузлів тертя з експлуатаційними пошкодженнями. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Зносостійкий матеріал, що містить ванадій, ніобій, титан та карбон, який відрізняється тим, що додатково містить леговані домішки кремнію у такому співвідношенні компонентів, мас. %: ванадій 46-60 ніобій 14-29 титан 12-21 кремній 6-15 карбон 2-9. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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