Порошковий зносокорозійностійкий композиційний матеріал на основі хромистої сталі

Реферат: Порошковий зносокорозійностійкий композиційний матеріал на основі хромистої сталі містить карбід хрому та карбід бору. UA 110800 U (12) UA 110800 U UA 110800 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, а саме до зносокорозійностійких композиційних матеріалів. Матеріал, що заявляється, може бути використаний для деталей машин і пристроїв, що працюють в умовах абразивних і агресивних середовищ, зокрема у нафтогазодобувній та переробній промисловості, машинобудуванні, агропромисловому комплексі, легкій, хімічній промисловості. Відомі порошкові композиційні матеріали на основі сталі X18Н15 (Спеченные композиты на основе нержавеющех сталей / Маслюк В.А., Напара-Волгина С.Г., Кудь В.К. / Порошковая металлургия, 2000. - № 11/12. - С. 33-38.). Недоліком цих матеріалів є низькі значення твердості, міцності на вигин та мала абразивна зносостійкість. Найближчим аналогом є зносокорозійностійкий композиційний матеріал на основі сталі марки Х13М2, який містить: карбід хрому 22,5 % мас.; сталь марки Х13М2 решта (Фізикомеханічні та трибологічні властивості композиційних матеріалів на основі корозійностійких сталей / Яковенко Р.В., Маслюк В.А., Денисенко М.І., Опальчук А.С. / Металознавство та обробка металів. - 2013. - № 3. - С. 38-42.). Недоліком вказаного вище матеріалу є невисокі значення твердості та міцності на стиск, понижена корозійна стійкість. В основу корисної моделі поставлено задачу шляхом зміцнення матриці відомого композиційного матеріалу на основі хромистої сталі високотвердими дисперсними частинками карбіду бора і дотримання оптимального кількісного співвідношення інгредієнтів забезпечити підвищення зносостійкості, фізико-механічних та триботехнічних властивостей. Поставлена задача вирішується тим, що порошковий зносокорозійностійкий композиційний матеріал на основі хромистої сталі містить карбід хрому, згідно з корисною моделлю, додатково містить карбід бору у такому співвідношенні компонентів. карбід хрому 1040 % мас., карбід бору 0,13 % мас., нержавіюча хромиста сталь - решта. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом полягає у такому. Як основа матеріалу використовується нержавіюча хромиста сталь, введення до складу матеріалу карбіду хрому та карбіду бору в зазначеному співвідношенні дає змогу підвищити його фізико-механічні властивості та абразивну зносостійкість. Також матриця повинна відповідати основоположним принципам створення зносостійких матеріалів, а саме бути пружно-пластичною. Кількість карбіду хрому та карбіду бору обмежена істотним погіршенням ущільненості і формованості порошкових сумішей та великою деформацією матеріалів, що обумовлено утворенням значної кількості рідкої евтектичної складової при їх спіканні. Добавка карбіду бору інтенсифікує взаємодію заліза з карбідом хрому, в результаті якого компоненти твердої фази хром, бор і вуглець розчиняються в залізі, а потім при спільній кристалізації виділяються у вигляді карбідів, боридів та складних карбідів типу (Cr, Fe, Мо)7С3 з високою мікротвердістю, що дає підвищення твердості. У присутності бору швидкість дифузії заліза в карбідну складову уповільнюється, що підвищує фізико-механічні властивості матеріалу. Крім цього, введення бору сприяє диспергуванню зерен карбідної фази, що також покращує вищевказані властивості композиційного матеріалу. Введення в основу матеріалу карбіду бору однозначно дозволяє також знизити температуру одержання (спікання, гарячого штампування) матеріалу на основі хромистої сталі за рахунок утворення евтектики Fe-Cr-B-C при збереженні високих фізико-механічних характеристик композитів. Запропонований матеріал може використовуватися для виготовлення деталей машин і механізмів, що працюють в умовах інтенсивного абразивного зносу, сухого тертя. Матеріал одержували наступним чином: шихту з порошків сталі Х13М2, карбіду хрому, карбіду бору в стані постачання розмелювали в планетарному млині в середовищі етилового спирту з розрахунку 0,4-0,5 л на 1кг суміші. Тривалість помелу становила 20 хвилин. Розмелену шихту сушили на повітрі, просівали через сито 01 (ДСТУ 6613-86), пресували зразки в закритих сталевих прес-формах при тиску 700 МПа. Спікання здійснювали у вакуумній печі типу СШВЛ у -3 вакуумі 1,33 × 10 Па в інтервалі температур 1150-1200 °C. Пористість таких зразків після спікання становила 1-3 %. Фізико-механічні властивості матеріалу: твердість, відносну зносостійкість, межу міцності на стискання визначали за стандартнимиметодиками (ДСТУ 465182), межу міцності на вигин (ДСТУ 1252-78), твердість за Роквеллом (ДСТУ 23677-79), випробування зносостійкості проводилися в парі з алмазним кругом АСВ180/125 (ДСТУ 1616780) на машині тертя М-22М. Трибологічні властивості визначалися по методиці (ДСТУ 2661485). Відносну зносостійкість розраховували за формулою: 1 UA 110800 U PE  M , (1) PM  E E 5 де PE , PM - знос маси еталона і зразка, г; 3  M ,  E - густина еталона і зразка, г/см . Корозійні випробування проводили за прискореним методом, який полягає в періодичному зануренні зразка в розчин. Зразок для випробувань знаходився в розчині 1 годину, на повітрі 0,5 години. Загальний час випробувань - 7 годин. Оцінка результатів корозійних випробувань проводилася по формулі: M , (2) St 2 де k - ваговий показник швидкості корозії (г/м година); M - корозійні втрати маси зразка, г k 10 2 (різниця у вазі до і після випробувань); S - площа поверхні зразка, м ; t - час випробувань, год. Таблиця Властивості порошкового зносокорозійностійкого композиційного матеріалу на основі хромистої сталі № п/п 1 2 3 4 5 Склад матеріалу, мас. % Щільність, 3 г/см Х13М2 Сr3С2 В4С Теор. Експл. 79,5 10 0,5 7,44 7,37 79 40 1 7,36 7,31 78,5 20 1,5 7,29 7,24 78 20 3 7,08 7,07 77 20 5 6,82 6,20 77,5 22,5 7,48 7,08 Корозійні Міц- Межа міцн. Відносна властивості Тверність на на зносодість, 30 %-ний 3 %-ний вигин, стискання, стійкість, HRC NaOH NaCl МПа МПа % Бал Бал 52 55 58 54 50 935 975 1072 992 653 Прототип 51 980 3057 2846 2719 2656 1582 1,1З 1,24 1,61 1,47 0,8 5 5 1 1 6 5 5 3 1 6 2495 1,0 6 6 Глибинний показник швидкості корозії  перераховувався по формулі:  15 20 25 30 8,76 , (3) k  3 де  - густина випробовуваного матеріалу, г/см Глибинний показник швидкості корозії характеризує середнє проникнення корозійного руйнування в матеріал у міліметрах за одиницю часу (1 рік), тобто мм/рік, корозійну стійкість оцінювали в балах де 1 - повністю стійкий, 10 - нестійкий (Туфанов Д.Г. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, сплавов и чистых металлов. Справочник, 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1990. - 320 с.). З наведених у таблиці властивостей видно, що матеріал, який заявляється, під номером 3 (таблиця) поєднує в собі високу зносостійкість з підвищеними значеннями фізико-механічних властивостей при збереженні корозійних властивостей. Такий матеріал можна використовувати для виготовлення деталей, які працюють в умовах інтенсивного абразивного зносу, корозійноактивих середовищ, сухого тертя та високих навантажень (наприклад, ущільнюючі кільця в насосах для перекачки нафти в хімічно активних середовищах, як електроди для електроіскрового нанесення зносостійких покриттів), а також для зміцнення та відновлення робочих органів обладнання для агропромислового комплексу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Порошковий зносокорозійностійкий композиційний матеріал на основі хромистої сталі, що містить карбід хрому, який відрізняється тим, що він додатково містить карбід бору, при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): карбід хрому 1040 карбід бору 0,13 нержавіюча хромиста сталь решта. 2 UA 110800 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль 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