Жароміцний зносостійкий сплав на основі кобальту

Реферат: Жароміцний зносостійкий композиційний сплав на основі кобальту КМХС містить хром, молібден, кремній, нікель, карбід хрому, має достатній рівень зносостійкості та відносно низьку температуру плавлення, що унеможливлює проведення процесу аустенізації деталей після зміцнення їх контактних поверхонь. При цьому містить зменшену кількість бору та має прийнятну температуру плавлення при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): хром (Сr) 17,0-18,0 молібден (Мо) 27,0-28,0 кремній (Si) 2,8-3,2 бор (В) 0,3-0,4 нікель (Ni) 2,8-3,2 карбід хрому (Cr3С2) 1,9-2,1 кобальт (Co) решта. UA 122494 U (12) UA 122494 U UA 122494 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі металургії, зокрема до сплавів на основі кобальту, які працюють за високих температур в середовищі продуктів згоряння палива типу гас, і може знайти застосування при виробництві судових газотурбінних двигунів для підвищення зносостійкості робочих поверхонь деталей, що працюють в умовах контактної взаємодії. Для виготовлення турбінних робочих лопаток використовують жароміцні, жаростійкі нікелеві сплави типу ЧС88У-ВИ, ЧС70У-ВИ та ін. Ці сплави зміцнюються дисперсними виділеннями γ'-фази Ni3(Аl, Ті), яка має схильність до коагуляції в процесі контактної взаємодії за високих температур, що створює сприятливі умови для збільшення інтенсивності зношування, в тому числі і за рахунок інтенсифікації процесів окиснення поверхневого шару, що збіднюється легуючими елементами. Ці сплави практично не зварюються, тому температура їх нагріву при нанесенні шару сплаву, що зміцнює контактну поверхню, не повинна перевищувати 1220±10 °C, інакше не вдається уникнути падіння міцності основного металу, що відбувається за рахунок деградації γ'-фази та утворення тріщин в місці наплавлення. В цьому зв'язку, сплав, що зміцнює контактну поверхню, повинен, при нанесенні в рідкому стані, мати температуру плавлення не вище 1220±10 °C. При більш високій температурі плавлення нанесення виконують, наприклад, за допомогою паяння, що не завжди можливо конструктивно. В цьому зв'язку, зносостійкі сплави, які використовуються в судновому газотурбобудуванні, зручно розподілити на дві групи за температурою плавлення: до та понад 1220±10 °C. До сплавів другої групи, які вкрай важко наносяться на контактні поверхні наплавленням, належить, наприклад, відомий сплав на основі кобальту ВЗК-р [Плазменно-порошковая наплавка стеллитом фиксаторов труб // Сом А.И., Ищенко В.Ю., Малый А.Б. - Информационнотехнический журнал "Сварщик". - 2004. - № 2. С. 18-19], котрий містить хром (28,0-32,0 мас. %), вольфрам (7,0-11,0 мас. %), вуглець (1,6-2,0 мас. %) як основні легуючі елементи та додатково в невеликій кількості Si, Mn, Ni, В, Fe. Зміцнення сплаву відбувається за рахунок утворення карбідів вольфраму та хрому. Температура стабільної експлуатації цього сплаву не перевищує 600 °C. Схожий склад має сплав на основі кобальту Stellite 12, котрий містить як основні легуючі елементи хром (28,0-31,0 мас. %), вольфрам (7,2-9,2 мас. %), вуглець (1,55-1,75 мас. %) та додатково Ni, Si, Fe, Mo. Зміцнення сплаву відбувається за рахунок утворення карбідів вольфраму та хрому. Температура експлуатації цього сплаву також не перевищує 600 °C. Відомий сплав на основі нікелю Х30Н50Ю5Т2 [Жаропрочные материалы для аэрокосмической промышленности / переклад з англ. Ю.П. Либерова, А.Б. Цепелева. Под ред. акад. Р.Е. Шалина. М.: Металлургия. - 1995. В 2 томах. Том 2-369 с.], котрий містить хром (32,036,0 мас. %), алюміній (5,0-6,0 мас. %), титан (1,4-2,1 мас. %), вуглець (1,2-1,6 мас. %) як основні легуючі елементи та додатково в невеликій кількості В, Fe. Відносно висока зносостійкість забезпечується завдяки утворенню інтерметалідів Nі3 (Аl, Ті) та комплексних карбідів хрому та титану. Такий механізм зміцнення недостатньо ефективний завдяки нестабільності γ'-фази в умовах контактного навантаження за підвищених температур у середовищі, що окиснює. Це сприяє пришвидшеному зношуванню сплаву, що є його суттєвим недоліком. Відомий сплав на основі кобальту ХТН-61 [патент України на корисну модель UA 8240 А, кл. С22С19/07, опубл. 29.03.96.], що містить хром (19,0-21,0 мас. %), ніобій (15,0-16,0 мас. %), вольфрам (2,7-3,3 мас. %), молібден (1,8-2,2 мас. %), алюміній (0,8-1,2 мас. %), вуглець (1,952,30 мас. %), зміцнюється дисперсними виділеннями монокарбіду ніобію та має високу зносостійкість, що перевищує зносостійкість сплавів на основі нікелю за рахунок стійкої зміцнюючої фази. Суттєвим недоліком сплаву є його низька жаростійкість та втрата властивостей при плавленні (температура плавлення 1360±10 °C), що дозволяє його нанесення на контактні поверхні виключно паянням. Схожий склад має сплав на основі кобальту ХТН-62 [патент України на корисну модель № 39450, опубл. 25.02.2009], що містить хром (5,0-25,0 мас. %), ніобій (13,5-17,0 мас. %), вольфрам (6,0-12,0 мас. %), алюміній (2,0-3,5 мас. %), залізо (2,0-5,0 мас. %), вуглець (1,6-1,9 мас. %). Сплав демонструє високу жаростійкість, однак, порівняно низький вміст карбідної фази (NbC) призводить до значного зниження зносостійкості сплаву, що є суттєвим недоліком і не забезпечує необхідного комплексу властивостей повною мірою. Відомий також сплав на основі кобальту Т-800 [Halstead and R.D. Rawlings, "Structure and Hardness of Co-Mo-Cr-Si Wear Resistant Alloys", Metal Science, Vol. 18, October 1984, p. 491-500], що містить як основні легуючі елементи хром (17,0-18,0 мас. %), молібден (28,5-29,0 мас. %), кремній (3,4-3,7 мас. %) та додатково залізо (