Багатокомпонентний сплав

Реферат: Винахід належить до металургії і стосується сплавів, які використовують як матеріали з високою твердістю та зносостійкістю. Сплав містить, ат. %: хром 11,0-11,2, залізо 11,0-11,2, кобальт 11,0-11,2, нікель 11,0-11,2, мідь 11,0-11,2, алюміній - решта. Технічний результат: збільшення твердості. UA 108400 C2 (12) UA 108400 C2 UA 108400 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до розробки сплавів, які використовують як матеріали з високою твердістю та зносостійкістю. Відомі сплави, які містять компоненти у такому співвідношенні (ат. %): Аl від 5 до 35 %, Сr від 5 до 35 %, Fe від 5 до 35 %, Co від 5 до 35 %, Ni від 5 до 35 %, Сu від 5 до 35 % [1]. Спосіб отримання цих сплавів включає плавлення та наступне охолодження шляхом звичайного лиття у виливницю зі швидкістю приблизно 1000 K/с. Сплави мають значення твердості (від 2080 МПа до 5660 МПа). Однак цей рівень в умовах зростаючої інтенсивної експлуатації зношення потребує матеріалів із збільшеним рівнем твердості. Відомий сплав, який за складом вибрано за прототип [2], містить, ат. %: 28,5 % Аl, 14,3 % Сr, 14,3 % Fe, 14,3 % Co, 14,3 % Ni, 14,3 % Сu. Він має твердість на рівні 5660 МПа. Відомий спосіб отримання сплавів [2], який вибрано за прототип, включає кристалізацію сплавів у мідну 3 виливницю зі швидкістю охолодження 10 K/с. Недоліками сплавів і способу отримання є вже недостатня твердість сплавів, висока вартість за рахунок наявності у складі значної кількості кобальту, нікелю, хрому. Спільними з прототипами ознаками заявленого рішення є: основа сплавів та їх кристалізація. В основу винаходу поставлено задачу збільшення твердості шляхом оптимізації складів сплавів та умов охолодження. Поставлена задача вирішується тим, що у багатокомпонентному сплаві, який містить алюміній, хром, залізо, кобальт, нікель та мідь, новим є те, що він містить вказані компоненти у такому співвідношенні, ат. %: хром 11,0-11,2 залізо 11,0-11,2 кобальт 11,0-11,2 нікель 11,0-11,2 мідь 11,0-11,2 алюміній решта. Поставлена задача вирішується також тим, що у способі одержання багатокомпонентного сплаву, який включає гартування його з розплаву шляхом кристалізації на поверхні теплопровідного мідного матеріалу, новим є те, що гартування розплаву сплаву, що містить хром, залізо, кобальт, нікель, мідь, алюміній - решта, проводять з температури 2073±50 K зі 6 7 швидкістю 10 -10 K/с. Вартість заявленого сплаву зменшується за рахунок введення у склад менш дорогого компонента (алюмінію). Відмінними від прототипу ознаками є: - збільшення у складі сплаву концентрації алюмінію, що знижує вартість сплаву. - застосування при отриманні сплавів методу наднерівноважного гартування розплаву на 6 7 теплопровідну поверхню зі швидкістю охолодження 10 -10 K/с Запропоновані склади сплаву та спосіб його одержання дозволяють отримати невідомий раніше однофазний (ОЦК, тип CsCl) сплав із здрібненою морфологією, збільшеними значеннями мікронапружень (Δа/а, а-період ґратки твердого розчину на базі ОЦК-фази) та суттєво підвищеним рівнем механічних характеристик. Отримані за даних умов сплави мають мікротвердість на рівні 9400 МПа, що майже у 1,7 разу перевищує її значення у прототипі. Таким чином запропоновані склади сплавів і режим їх отримання надають сплавам нові корисні властивості. Отримання багатокомпонентного сплаву здійснювали шляхом попереднього плавлення у високотемпературній печі із наступним охолодженням у мідну виливницю. Надалі наважка сплаву розплавлялася у печі Таммана, і крапля розплаву швидко охолоджувалася з різною товщиною на внутрішній поверхні теплопровідного, мідного циліндра, який в одному разі був 5 нерухомим (метод нерівноважного гартування з розплаву зі швидкістю охолодження 10 K/с), а у другому-обертався зі швидкістю ~8000 об/хв (метод наднерівноважного гартування з розплаву 6 7 зі швидкістю охолодження 10 -10 K/с). Швидкість охолодження оцінювалася за товщиною плівки сплаву за відомими у літературі графіками. Після цього стрічки рідинно загартованого багатокомпонентного сплаву підвергалися дослідженню на мікротвердість на приборі ПМТ-3 при навантаженні 50 г. Фазовий склад сплавів, параметри кристалічної ОЦК-гратки твердих розчинів досліджували за допомогою рентгенівського дифрактометра ДРОН-2.0 у монохроматизованому мідному випромінюванні. Контроль температури розплаву здійснювали за допомогою W-Re термопари з точністю ±25 K. Введення у склад сплаву підвищеного вмісту алюмінію, який порівняно із іншими компонентами має більший розмір атома (поряд із нерівноважною кристалізацією з розплаву), призводить до отримання більш пересичених твердих розчинів і надає загалом високий рівень механічних характеристик. 1 UA 108400 C2 5 Випробуванням підвергалися сплави наступних складів (ат. %): а) 11,4 % Сr; 11,4 % Fe; 11,4 % Со; 11,4 % Ni; 11,4 % Cu; Аl - решта (сплав № 1); б) 11,2 % Сr; 11,2 % Fe; 11,2 % Со; 11,2 % Ni; 11,2 % Сu; Аl - решта (сплав № 2); в) 11,1 % Сr; 11,1 % Fe; 11,1 % Со; 11,1 % Ni; 11,1 % Сu; Аl - решта (сплав № 3); г) 11,0 % Сr; 11,0 % Fe; 11,0 % Со; 11,0 % Ni; 11,0 % Сu; Аl - решта (сплав № 4); д) 10,8 % Сr; 10,8 % Fe; 10,8 % Со; 10,8 % Ni; 10,8 % Сu; Аl - решта (сплав № 5). В таблицях наведено режими та склади сплавів, які необхідні для вирішення поставленої задачі винаходу. Таблиця № 1 3 випробувань на мікротвердість після кристалізації сплавів зі швидкістю 10 K/с Склад сплаву 11,4 % Сr; 11,4 % Fe; 11,4 % Со; 11,4 % Ni; 11,4 % Сu; Аl - решта 11,2 % Сr; 11,2 % Fe; 11,2 % Со; 11,2 % Ni; 11,2 % Сu; Аl - решта 11,1 % Сr; 11,1 % Fe; 11,1 % Со; 11,1 % Ni; 11,1 % Cu; Аl - решта 11,0 % Сr; 11, 0 % Fe; 11,0 % Со;11, 0 % Ni; 11,0 % Сu; Аl - решта 10,8 % Cr; 10,8 % Fe; 10,8 % Co; 10,8 % Ni; 10,8 % Сu; Аl - решта Нμ, МПа 4800±300 5100±300 5100±300 5100±300 4900±300 10 Таблиця № 2 випробувань на мікротвердість після кристалізації 5 сплавів в умовахнерівноважного гартування з розплаву зі швидкістю 10 K/с Склад сплаву 11,4 % Сr; 11,4 % Fe; 11,4 % Со; 11,4 % Ni; 11,4 % Сu; Аl - решта 11,2 % Сr; 11,2 % Fe; 11,2 % Со; 11,2 % Ni; 11,2 % Сu; Аl - решта 11,1 % Сr; 11,1 % Fe; 11,1 % Со; 11,1 % Ni; 11,1 % Сu; Аl - решта 11,0 % Сr; 11,0 % Fe; 11,0 % Со; 11,0 % Ni; 11,0 % Cu; Аl - решта 10,8 % Сr; 10,8 %Fe; 10,8 %Со; 10,8 %Ni; 10,8 % Сu; Аl - решта Нμ, МПа 8800±300 8900±300 8900±300 8900±300 8700±300 Таблиця № 3 випробувань на мікротвердість після кристалізації сплавів 6 7 в умовах наднерівноважного гартування з розплаву зі швидкістю 10 -10 K/с Склад сплаву 11,4 % Сr; 11,4 % Fe; 11,4 % Со; 11,4 % Ni; 11,4 % Cu; Al - решта 11,2 % Сr; 11,2 % Fe; 11,2 % Со; 11,2 % Ni; 11,2 % Cu; Al - решта 11,1 % Сr; 11,1 % Fe; 11,1 % Со; 11,1 % Ni; 11,1 % Cu; Al - решта 11,0 % Сr; 11,0 % Fe; 11,0 % Со; 11,0 % Ni; 11,0 % Сu; Аl - решта 10,8 % Сr; 10,8 % Fe; 10,8 % Со; 10,8 % Ni; 10,8 % Cu; Al - решта 11,2 % Cr; 11,2 % Fe; 11,2 % Co; 11,2 % Ni; 11,2 % Cu; Al - решта 11,2 % Cr; 11,2 % Fe; 11,2 % Co; 11,2 % Ni; 11,2 % Cu; Al - решта 15 20 Температура розплаву, K 2073 2073 2073 2073 2073 1973 2173 Ημ, МПа 9200±300 9400±300 9400±300 9400±300 9300±300 9250±300 9400±300 З таблиць видно, що у разі недотримання складів і режимів величина мікротвердості суттєво знижується. Перевагами даного технічного рішення є: збільшення у складі сплаву концентрації менш дорогого алюмінію, що знижує вартість сплаву, та збільшення значень мікротвердості. Винахід дозволяє підвищити механічні властивості матеріалів. Запропоноване рішення дозволяє збільшити величину мікротвердості у сплавах до значення 9400 МПа, що майже у 1,7 разу перевищує її значення у прототипі. Шлях подальшого застосування винаходу лежить в одержанні на поверхнях матеріалів високотвердих, зносостійких, нерівноважно охолоджених шарів із заявлених складів і режимів отримання сплаву за допомогою лазерного оплавлення або напилення. 2 UA 108400 C2 5 Джерела інформації: 1. C.J. Tong, M.R. Chen, S.K. Chen, J.W. Yeh, T.T. Shun, S.J. Lin, S.Y. Chang. Mechanical performance of the AlxCoCrCuFeNi high-entropy alloy system with multiprincipal elements// Metallurgical and Materials Transactions A. - 2005. - V. 36A. - P. 1263-1271. 2. Patent No. 1226374. Taiwan, IPC C22C-030/00. High strength multi-component alloy/ TaoTsung Shun, Jien-Wei Yeh (Taiwan); Application Date 2003/06/20; Publication Date 2005/01/11. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 Багатокомпонентний сплав, що містить алюміній хром, залізо, кобальт, нікель та мідь, який відрізняється тим, що він містить вказані компоненти у такому співвідношенні, ат. %: хром 11,0-11,2 залізо 11,0-11,2 кобальт 11,0-11,2 нікель 11,0-11,2 мідь 11,0-11,2 алюміній решта. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3