Шихта для одержання спечених зносостійких сталей

Шихта для одержання спечених зносостійких сталей, що складається з порошків швид Корисна модель стосується порошкової металургії і може бути використаний для виготовлення виробів із матеріалів інструментального та конструкційного призначення з високою зносостійкістю, що працюють в умовах інтенсивного тертя та зносу. Відома шихта для одержання зносостійких матеріалів, що складається з порошків швидкорізальної сталі, 5% міді та порошку АІ2О3 [Маjumdar P., Upadhyaya G.S. // Indian Journal of Engineering and Material Science. - 2000. - v.7, No.3, P. 141-149]. Введення міді в шихту покращує ущільнюваність матеріалу при спіканні, але наявність часток АІ2О3 в шихті внаслідок їх поганої змочуємості сплавами заліза суттєво погіршує умови спікання, що не дозволяє отримати високу щільність спечених заготовок. Відома шихта для одержання виробів з порошків швидкорізальної сталі, що включає 0,52,5% комплексної присадки, яка складається з інтерметалідів типу N3AI, Ni3Nb або Nii3Mo та 1050% бору [Авт. св. СРСР № 1677081 / Позняк Л.О, Солнцев В.П, Баглюк Г.А та ін. // Бюл. №34, 1991]. Недоліком відомої шихти є те, що після спікання вона не призводить до отримання у складі спеченого матеріалу підвищеного вмісту карбідної фази, яка забезпечує, як правило, суттєве підвищення твердості та зносостійкості матеріалу. Найбільш близьким до заявленого технічного рішення є шихта для одержання зносостійкого порошкового матеріалу, що складається з порошку швидкорізальної сталі та 5% титанвміщуючої корізальної сталі та добавки титановмісного матеріалу, яка відрізняється тим, що титановмісна домішка складається з порошків титану та графіту при наступному співвідношенні компонентів, %: швидкорізальна сталь 90-96 титан 3-8,5 графіт 0,6-1,7. домішки у вигляді тугоплавких сполук (карбіду) титану [пат. Російської Федерації № 2016122, Бюл. №13; 15.07.1994 р.]. Недоліком відомого складу шихти є те, що частки карбіду титану в процесі спікання незадовільно змочуються рідкою фазою сталевої складової, що, в свою чергу, обумовлює зниження міцності та зносостійкості спеченого сплаву внаслідок інтенсивного викрешування часток карбіду титану при терті. В основу корисної моделі "Шихта для одержання спечених зносостійких сталей" поставлено задачу шляхом того, що титанвміщуюча домішка складається з порошків титану та графіту при наступному співвідношенні компонентів (мас.%): швидкорізальна сталь - 90-96; титан - 3-8,5; графіт - 0,6-1,7; забезпечити зниження температури спікання та підвищення зносостійкості спеченої сталі за рахунок того, що при спіканні заготовок з такого складу шихти забезпечується виділення часток карбіду титану в результаті перекристалізації з матричного сплаву, що забезпечує суттєво більш міцний адгезійний зв'язок сталевої матриці з частками карбіду титану у порівнянні з матеріалом, спеченим з шихти відомого складу. Введення в склад шихти порошків титану та вуглецю замість карбіду титану дозволяє суттєво знизити температуру спікання в результаті появи рідкої фази в системі Fe-Ti при температурах близько 1200°С. В свою чергу, зниження температури спікання призводить до подрібнення структури отриманого з вказаної шихти матеріалу, що забезпечує підвищення його фізико-механічних со CM о> 9929 (міцність на згин, ударна в'язкість) та експлуатаційних властивостей. Кількісний склад елементів шихти пояснюється необхідністю забезпечення у складі спеченого з останньої матеріалу до 4-10% карбіду титану. Зменшення вмісту ТіС у складі сталі знижує її твердість та зносостійкість, а перевищення (більше 10%) нарівні із підвищенням твердості призводить, як правило, до суттєвого зниження характеристик міцності та ударної в'язкості, що унеможливлює використання одержаного матеріалу для роботи в умовах значних динамічних навантажень. Кількість вуглецю, що вводиться в шихту, вибирається виходячи з необхідності отримання стехіометрії карбіду титану, що відповідає значенню ТіСо,8-ТіСі,о, причому більшому значенню вмісту титану в шихті відповідає відповідне збільшення вмісту вуглецю. Таке співвідношення пояснюється тим, що в разі кількості вуглецю меншої за 16 мас. % по відношенню до титану в шихті, карбід титану, що утворюється після спікання, має недостатню твердість, а при перевищенні кількості вуглецю в шихті більше 20 мас. % по відношенню до титану, в структурі спеченої карбідосталі з'являється вільний вуглець, що погіршує фізикомеханічні характеристики сталі. Приклад. В таблиці приведені склади шихти з різним вмістом вихідних компонентів. В якості базового варіанту приймали матеріал, виготовлений з шихти-прототипу (пат. РФ № 2016122, табл. 2, сплав №10). Отримання матеріалів з приведених складів шихти здійснювали наступним чином. Порошки швидкорізальної сталі Р6М5К5, титану та вуглецю вміщували у атрітор, заливали етиловим спиртом, що забезпечує захист часток порошків від окислення та інтенсифікує процес розмолу, вміщували в робочий об'єм камери атритору розмел ьні кулі у співвідношенні 6:1 до загальної маси порошків, та проводили процес розмолу на протязі 10 хвилин. Після розмолу порошків та сушки порошкової шихти проводили її змішування з пластифікатором (5% - ний розчин синтетичного каучуку в бензині), та холодне пресування заготовок під тиском 400 МПа. Спікання спресованих заготовок проводилось в дві стадії: на першій - низькотемпературне спікання в середовищі аргону для відгонки пластифікатора при температурі 850°С, та високотемпературне спікання в вакуумі при температурі 1220-1230°С. Спікання при такій температурі су проводжується, в результаті появи та наступної перекристалізації рідкої фази, активною взаємодією рідкої фази з частками графіту, що призводить до утворення частинок карбіду титану. Спікання матеріалу з шихти-прототипу (див. табл., сплав №5) при вказаній температурі не забезпечувало отримання зразків з відносною щільністю 9899%, як у інших складів шихти, тому температуру спікання для цього сплаву було підвищено до 1250°С. Після спікання проводили термічну обробку спечених зразків, що включала в себе закалку з 1180°С та трикратний відпуск при 560°С. Визначалася твердість, міцність на згин отриманих матеріалів та відносна стійкість при різанні сталі 45 по величині зносу 0,5 мм по задній поверхні різця. Отримані результати випробувань (середні значення) приведені в таблиці. Як випливає з наведених даних, склад шихти №2 відзначається тим, що кількість титанвміщуючої шихти нижче нижньої границі за вмістом титану та вуглецю. В результаті твердість та зносостійкість отриманої з неї сталі нижче інших матеріалів. Склад шихти №4 - вище верхньої границі, що забезпечує підвищені значення твердості та зносостійкості матеріалу. Але підвищений вміст карбідної складової призводить до зменшення міцності матеріалу на згин. Сплави №1 та 3 знаходяться в границях заявленого інтервалу складу шихти і забезпечують підвищені значення основних фізико-механічних та експлуатаційних властивостей матеріалів, отриманих із заявленої шихти за рахунок суттєво більш міцного адгезійного зв'язку сталевої матриці з частками карбіду титану та подрібнення структури отриманого з вказаної шихти матеріалу внаслідок використання відносно низької температури спікання у порівнянні з шихтою відомого складу, що свідчить про технічні переваги запропонованого технічного рішення. Корисна модель відноситься до галузі порошкової металурги і може бути використаний для виготовлення деталей інструментального та конструкційного призначення, що працюють в умовах інтенсивного тертя та підвищених навантажень (наприклад - деталі метало- та деревообробного інструменту, штампової та пресової оснастки, сідла клапанних пар та ін.). Таблиця № п/п 1 2 3 4 5 Ті 3,0 1,5 8,5 12,0 С 0,6 0,3 1,7 2,4 'Швидкорізальна сталь - інше. ТіС 5,0 Склад шихти, % (мас.) о з г ., МПа HRC 2580 65 2670 63 2520 67 2200 68 2480 66 Відносна зносостійкість 1,12 0,93 1,22 1,28 1,0 9929 Комп'ютерна верстка М. Клюкін 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 - 4 2 , 01601