Зносостійкий евтектичний сплав на основі заліза

Реферат: Зносостійкий сплав на основі заліза містить вуглець, бор, хром, нікель, ванадій, титан, алюміній, мідь і залізо, причому для роботи в умовах абразивного зношування та мікроударних навантажень він додатково містить марганець при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,6-3,5 бор 0,14-2,0 хром 14,0-19,С нікель 4,5-6,0 ванадій 2,0-13,0 титан 0,3-4,5 алюміній 0,5-5,5 мідь 0,5-27,0 марганець 3,0-5,0 залізо решта. UA 102244 U (12) UA 102244 U UA 102244 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель, що пропонується, належить до області технології машинобудування, та може використовуватись при зміцненні або відновленні деталей машин та обладнання шляхом нанесення зносостійких покриттів, які працюють в умовах абразивного зношування при ударних навантаженнях, наприклад (бурильні і обсадні труби, леміші плугів, деталі шламових транспортерів, кормоподрібнюючі ножі та ін.). У промисловості як матеріали, стійкі до абразивного зношування, застосовують сплави з високим умістом вуглецю (1,2-4 %) і карбідоутворювальних елементів (Cr, W, Ті). Для виготовлення литих деталей, що працюють в умовах абразивного зношування, використовують високолеговані білі чавуни з високим вмістом хрому (Сг), наприклад 280 × 28Н2 (2,8 % С; 28 % Сг, 2 % Ni), що мають високу твердість, але низьку тріщиностійкість та зносостійкість. Висока концентрація хрому, вище 21 %, призводить до появи в структурі чавуну крупних заевтектичних карбідів типу МЄ7С3, що кристалізуються у вигляді довгих голкоподібних шестигранних призм. Такі карбіди знижують зносостійкість і особливо міцність виливків, хоча твердість сплаву при цьому підвищується. Відомий "Сплав на основі заліза" 1, який містить в мас. %: вуглець 0,73-0,85 кремній 1,3-1,6 марганець 0,75-1,2 хром 2,7-3,3 нікель 1,0-1,4 ванадій 0,3-0,45 вольфрам 1,4-1,75 мідь 0,1-0,3 залізо решта. Низький вміст всіх легуючих елементів в цьому сплаві визначає його низьку твердість та зносостійкість. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого є "Сплав для наплавки" [2], який містить компоненти в наступному співвідношенні, мас. %: вуглець 0,6-3,5 бор 0,14-2,0 хром 16,0-25,0 нікель 8,0-10,0 ванадій 2,0-13,0 титан 0,3-4,5 алюміній 0,5-5,5 мідь 0,5-27,0 залізо решта. Недоліком зазначеного сплаву є низька тріщиностійкість та зносостійкість в умовах ударноабразивного зношування (див. таблицю сплав № 1) внаслідок низької міцності пов'язаною великою кількістю хрому та нікелю. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення зносостійкості в умовах ударного навантаження при абразивному зношуванні. Поставлена задача вирішується тим, що зносостійкий сплав на основі заліза, що містить вуглець, бор, хром, нікель, ванадій, титан, алюміній, мідь і залізо, згідно з корисною моделлю, для роботи в умовах абразивного зношування та мікроударних навантажень додатково містить марганець при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,6-3,5 бор 0,14-2,0 хром 14,0-19,0 нікель 4,5-6,0 ванадій 2,0-13,0 титан 0,3-4,5 алюміній 0,5-5,5 мідь 0,5-27,0 марганець 3,0-5,0 залізо решта. Склад сплаву вибраний таким чином, що зниження вмісту хрому до 16,0-19,0 призводить до перетворення крупнодендритної евтектики колоніального типу із заниженими механічними властивостями, на евтектику з розгалуженими диспергованими карбідами (Cr, Fe, Мп) 7С3, яка 1 UA 102244 U 5 10 15 20 25 30 значною мірою відповідає принципу Шарпі (м'яка матриця і тверді включення) щодо структури зносостійких матеріалів. Зменшення вмісту нікелю обумовлено тим, що він стабілізує аустеніт (металеву матрицю сплаву), знижуючого його здатність зміцнюватись під впливом мікроударних навантажень, а введення марганцю в сплав замість частини нікелю підвищує здатність матриці (залізо, хром, нікель, марганець) самозміцнюватись під дією ударів абразивних частинок. Патентований сплав може бути виготовлений як в лабораторних, так і в промислових умовах. Випробування на тертя і знос проводили на машині тертя, яка використовується для порівняльної оцінки зносостійкості матеріалів і покриттів при терті в умовах нежорстко закріплених абразивних частинок. Приклад 1. Суть методу полягає у наступному. Зразок, що досліджується 30×30 мм і товщиною 4 мм, притискався гумовим роликом з діаметром 50 мм. Коли ролик крутиться, то в зону контакту подаються тверді абразивні частини із бункера. Зусилля притиску регулювалось за допомогою важеля і навантаження 44,1 Н. Як абразив використовувався кварцовий пісок (SiO2) зернистістю 250 мкм. Знос замірювали ваговим методом на електронних вагах з точністю до 0,0001 г. Перед випробуванням зразки промивали у спирті, висушували і зважували. Зі сплавів виготовляли електроди, за допомогою яких електроіскровим легуванням наносились на зразки покриття. В таблиці 1 наведені результати дослідження відносної тріщиностійкості сплавів та випробувань покриттів зі сплавів з граничними значеннями вмісту компонентів в умовах абразивного зношування, які показали, що зниження вмісту хрому і нікелю та додаткове введення в сплави марганцю, у вказаних межах, суттєво підвищує зносостійкість і відносну тріщиностійкість (сплави 3-5) у порівнянні з прототипом (сплав 1) зменшення вмісту компонентів (Cr, Ni, Mn) за межі патентованої області (сплав 2) призводить до зниження зносостійкості сплаву, оскільки металева матриця, за своїм складом втрачає пластичність і не здатна зміцнюватись під дією мікроударів абразивних частинок. Збільшення в сплаві марганцю за межі патентованої області (сплав 6) призводить до збільшення кількості аустеніту в основі металу та його стабілізації, зменшуючи здатність зміцнюватися при терті. Крім того, надлишковий марганець підвищує розчинність вуглецю в аустеніті, зменшуючи загальну кількість спеціальних карбідів хрому, внаслідок чого суттєво зростає знос. Таблиця 1 Хімічний склад сплаву в масових частках, % № п/п сплаву С В Сг Ni V Ті А1 Сu Mn Fe 1 2 3 4 5 6 0,6 1,9 1,1 0,8 2,8 3,5 0,14 1,7 0,4 0,2 1,0 2,0 16,0 1,7 0,4 0,2 1,0 2,0 8,0 3,5 4,5 5,2 6,0 10,2 2,0 8,0 7,2 5,0 8,0 13,6 0,3 4,1 2,2 1,2 4,2 4,5 0,5 1,1 0,8 3,2 4,1 5,5 0,5 8,3 22 25,0 19,0 27,0 2,0 3,0 4,5 5,0 6,2 решта решта решта решта решта решта Відносна Тріщиностійкість ♦ 1 1,1 1,27 1,29 1,28 1,15 Знос, мг 240,2 175,4 114,0 90,5 84,6 125,4 * відносно прототипу сплаву 1 35 40 Запропонований сплав доцільно використовувати як електродний матеріал для електроіскрового легування та наплавочного матеріалу на деталі вузлів тертя, що працюють в умовах абразивного зношування. Джерела інформації: 1. С22С39/26 Сплав для наплавки / Нохрин Б.Р., Рыженков В.И., Маркова Ю.П. № 460963, заявл. 03.05.1973, опубл. 25.02.75, Бюл. № 7. 2. С22С38/50; С22С38/56 Сплав для наплавки / Шурин А.К., Панарин В, Е., Киндрачук М.В., Голего Н.Н., Лещинер Я.А. № 1055179 СССР. Заявитель ИМФ АН УССР. Приоритет: 05.03.1982, опубл. 15.07.1983. 2 UA 102244 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Зносостійкий сплав на основі заліза, що містить вуглець, бор, хром, нікель, ванадій, титан, алюміній, мідь і залізо, який відрізняється тим, що для роботи в умовах абразивного зношування та мікроударних навантажень він додатково містить марганець при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,6-3,5 бор 0,14-2,0 хром 14,0-19,С нікель 4,5-6,0 ванадій 2,0-13,0 титан 0,3-4,5 алюміній 0,5-5,5 мідь 0,5-27,0 марганець 3,0-5,0 залізо решта. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3