Сплав на основі заліза, що містить хром-вольфрамовий карбід, та спосіб його виробництва

1. Спосіб виробництва високостійкого до зносу сплаву, який полягає у розплавленні відомого базового чавунного сплаву, що має відомий склад та певний вміст заліза (А) та карбону (С), і який відрізняється тим, що: до базового чавунного розплаву додають карбон у вигляді уламків карбіду вольфраму (Е) для розчинення і таким чином збільшення вмісту карбону у розплаві базового сплаву, для чого вміст карбіду вольфраму точно розраховують відносно вмісту вольфраму та карбону; для регулювання розчинності карбіду вольфраму у розплаві базового сплаву та для забезпечення матеріалу для утворення карбіду до зазначеного базового сплаву додають хром (D); отриманий розплав сплаву відливають, утворюючи таким чином сплав з додатковою структурою вивільненого карбіду, яка містить хром та карбон, доданий у вигляді карбіду вольфраму (E), де вольфрам розчинений із заміщенням хрому у кристалічних ґратах зазначеної структури карбіду хрому. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що зазначений уламок додають до розплаву у вигляді відпрацьованого виробу із цементованого карбіду, що містить карбід вольфраму (Е). 3. Спосіб за п.2, який відрізняється тим, що зазначеним уламком є відпрацьована вставка з цементованого карбіду для різального інструменту. 4. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що за 2 (19) 1 3 75593 4 саме перед відливанням у процесі супермодифі0-2,5% титану, кації. 0-5% молібдену та 15. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який 0,1-15% кобальту. відрізняється тим, що масова частка вольфраму 27. Сплав за п.25, який відрізняється тим, що у кінцевому матеріалі складає 5-40%. містить, у масових частках, 16. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який 2-3,5% карбону, відрізняється тим, що до розплаву додають до5-20% вольфраму та датковий легуючий компонент (F) для полегшення 20-30% хрому, розчинення карбіду вольфраму (Е) у розплаві. решта - залізо та інші легуючі компоненти. 17. Спосіб за п.16, який відрізняється тим, що 28. Сплав за п.25, який відрізняється тим, що зазначений додатковий легуючий компонент сплазазначені інші легуючі компоненти складають, у ву (F) зменшує спорідненість з карбоном. масових частках, 18. Спосіб за п.17, який відрізняється тим, що 0,8-1,2% силіцію, зазначений додатковий легуючий компонент (F) 0,4-2% мангану, легко розчиняється у розплавленому сплаві та не 0,8-2% нікелю, впливає на кінцеві властивості кінцевого матеріалу 0,2-0,5% титану, щодо його застосування. 0-1% молібдену та 19. Спосіб за п.17, який відрізняється тим, що 0,5-5% кобальту. 29. Сплав за п.25, який відрізняється тим, що зазначений додатковий легуючий компонент (F) сприяє кращому затвердінню кінцевого матеріалу масова частка зазначених інших легуючих компочерез метастабільні стани після відливання. нентів складає 0-5%. 20. Спосіб за пп.16-19, який відрізняється тим, 30. Сплав за п.25, який відрізняється тим, що що зазначений додатковий легуючий компонент серед зазначених інших легуючих компонентів (F) містить кобальт або нікель. міститься будь-який з компонентів, який вибрано з 21. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який групи, що складається із силіцію, мангану, нікелю, відрізняється тим, що кінцевий матеріал розлититану, молібдену або кобальту. вають у металеві форми або зверху на основний 31. Сплав за будь-яким з попередніх пп.25-30, який відрізняється тим, що його використовують матеріал для виробництва шаруватих матеріалів. 22. Спосіб за п.21, який відрізняється тим, що під для виробництва різального інструмента (40). 32. Сплав за п.31, який відрізняється тим, що час заливання зверху для досягнення ефекту затвердіння розчину додають захисний або активний зазначеним різальним інструментом є ніж для грагаз. нулятора (40). 23. Спосіб за п.21, який відрізняється тим, що 33. Сплав за будь-яким з попередніх пп.25-30, який відрізняється тим, що його використовують перед заливанням зверху основний матеріал піддають індукційному нагріванню, а кінцевий матеріу процесі повторного використання з переплавал заливають у оболонкову форму. ленням сплаву у розплаві чавуну та відливанні 24. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який розплаву. відрізняється тим, що виріб з кінцевого матеріалу 34. Зносостійкий сплав на основі чавуну, одержаний згідно із способом за п.1, який відрізняється використовують у процесі відновлення матеріалів з брухту, додаючи його до розплаву базового тим, що містить, у масових частках, сплаву і розчиняючи у ньому. 2,5-3,5% карбону, 25. Зносостійкий сплав на основі чавуну, одержа8-12% вольфраму і ний згідно із способом за п.1, який відрізняється 20-28% хрому, тим, що містить, у масових частках, решта - залізо та інші легуючі компоненти. 35. Сплав за п.34, який відрізняється тим, що 1-5% карбону, 2-40% вольфраму і його використовують для виробництва різального 10-40% хрому, інструмента (40). 36. Сплав за п.35, який відрізняється тим, що решта - залізо та інші легуючі компоненти. 26. Сплав за п.25, який відрізняється тим, що зазначеним різальним інструментом є ніж для гразазначені інші легуючі компоненти складають, у нулятора (40). 37. Сплав за п.34, який відрізняється тим, що масових частках, 0,5-2% силіцію, його використовують у процесі повторного викори0,3-10% мангану, стання з переплавленням сплаву у розплаві чаву0-7% нікелю, ну та відливанні розплаву. Цей винахід стосується зносостійкого металевого матеріалу та способу виробництва такого матеріалу, зокрема матеріалу, придатного для використання у виробах, як-то інструменти, деталі до машин чи подібне устаткування, що здатні зазнавати абразивного зносу чи хімічного впливу. Інструменти й деталі до машин різних видів використовують в багатьох галузях промисловості, як-то в оброблювальній, целюлозній, лісовій та 5 75593 6 сталеливарній, а також у різних транспортних задістю та в'язкістю, однак були винайдені компромісобах і засобах захисту. си. У простому застосуванні геометричну форму Матеріали для інструментів звичайно розподіінструмента можна було, наприклад, розробити ляють на дві групи в залежності від їх призначентаким чином, щоб інструмент мав прийнятну зноня; матеріал для різання і матеріал для пластичної состійкість і міцність. обробки і обробки штампуванням. З двох цих видів Були зроблені попередні спроби для створенпризначення, до інструментів ставлять найвищі ня стійкого до зносу матеріалу, подібно тому, що вимоги, як наприклад, до матеріалів для різців. За запропоновано цим винаходом, у якому до сплаву цим призначенням використовують матеріал з з білого чавуну було додано вольфрам і карбон. високою зносостійкістю і високою міцністю у підОднак, ці спроби зазнали невдач через той факт, вищених температурах, щоб одержати наскільки що важко отримати правильне співвідношення між це можливо високо-абразивну для інструмента вольфрамом і карбоном, що визначає кінцеві властійкість, тобто високу стійкість до абразивного стивості матеріалу. Вольфрам як сировина є також зносу. дуже дорогим, а це той факт, що обмежує розВідомими матеріалами для інструментів є, серобку. ред іншого, інструментальна сталь, швидкорізальТрадиційний спосіб виробництва інструментів на сталь і різні види цементованого карбіду. Інчи іншого устаткування має такі операції: струментальну сталь використовують для Легування Відливання Пластична обробвиготовлення простих ручних інструментів, де потка Різання Затвердіння + відпал Шліфурібна лише гарна гострота різця, оскільки інстрування Оброблена деталь ментальна сталь потребує низьких температур і [Японський патент JP 2301539] розкриває спозначних зусиль у використанні. сіб виробництва білого чавуну на основі Ni-Cr, що Швидкорізальна сталь це - легуюча сталь з містить ТіС і TiCN, згідно з яким отримують матедосить високим вмістом карбону, хрому і вольфріал з високою твердістю і зносостійкістю. раму, молібдену і ванадію, й у деяких випадках [У європейській заявці на винахід ЕР 0 380 навіть кобальту. Швидкорізальна сталь має високу 715] описується шаруватий матеріал з високою зносостійкість, підтримуючи високу твердість до стійкість до абразивного зносу. Цей матеріал місприблизно 500°С, в залежності від вмісту ванадію і тить частинки цементованого карбіду, щонайменвольфраму. ше 70% якого має розмір зерна 2-15мм, а також Цементовані карбіди - найзагальніший вид мабілий чавун. Сплав з білого чавуну містить складтеріалу для інструментів, оскільки вони мають ниний карбідний компонент, до якого додають легузьку собівартість, і насамперед містять у своєму ючий елемент. Крім того, сплав з білого чавуну складі карбід вольфраму, поєднаний з кобальтом. містить 2,5-4,0% карбону і має співвідношення CrЗмінюючи пропорції складників, можна отримати С (Сr%/С%) 1-12. Крім того, у документі описано цементовані карбіди, властивості матеріалу яких спосіб виробництва вищезазначеного складу, який придатні для використання за різним призначенполягає у розливання розплавленого білого чавуням. Покриваючи цементований карбід, наприну навколо частинок цементованого карбіду. клад, карбідом титану, можна збільшити зносостій[В американській заявці на винахід 4 365 997] кість і термін експлуатації інструмента. Також були описано шаруватий матеріал та спосіб виробництзроблені спроби покрити цементовані карбіди тонва такого матеріалу. Цей матеріал містить матриким шаром синтетичного алмазу. Для покращення цю металу, розмір зерен цементованого карбіду в властивостей цементованих карбідів було розробякій складає 0,1-5мм. Матриця металу містить калено матеріал, а саме металокерамічний матерірбон, кремній, манган, ванадій, хром, вольфрам, ал, тобто матеріал з вмістом нікелю замість кобаалюміній і залізо. Цементований карбід містить льту і з вмістом карбіду титану або титановоWC, W2C, ТіС, ТаС чи суміш цих матеріалів. Спокарбонового нітриду замість карбіду вольфраму. сіб виробництва вищезазначеного шаруватого Різальні інструменти, що використовують для ріматеріалу полягає у додаванні зерен цементовазання металу, мають оптимальний термін експлуного карбіду до матриці розплавленого металу. атації 12-13 хвилин, після чого механізми зносу Зерна герметизують у матриці на основі полімеру, негативно впливають на процес різання й інструщо випаровується, коли зерна додають до матриці мент вже не може відповідати вимогам якості порозплавленого металу, і згодом розплавлений верхні й допусків. Виріб з цементованого карбіду матеріал затверджується. можна таким чином вважати таким, що вже відп[Заявка на винахід WO 94/11541] розкриває рацював. Механізмами зносу, що впливають на спосіб виробництва чорних металів, як-то чавун і термін експлуатації різця, наприклад, є знос по сталь, який полягає у додаванні до розплавленого задній поверхні, сколювання або вибоїни. Знос по чорного металу модифікованих частинок карбіду, у задній поверхні це - безперервна втрата матеріалу твердому стані, і після цього у наданні можливості для інструментів через абразивний та адгезивний затвердіння чорного металу. Частинки карбіду знос. Сколювання чи вибоїни це утворення тріщин модифіковані так, що вони покриті, наприклад, з наступним розколюванням різця. залізом або сплавом на основі заліза, щоб одерІснує багато різних керамічних матеріалів, що жувати щільність модифікованих частинок карбіду, мають гарну зносостійкість і міцність у підвищених що дорівнює щільності чорного металу або близьтемпературах, але мають і недолік у тому, що є ка до неї. Ця щільність відповідає результатам ламкими. однорідного розподілу частинок карбіду у розплаві Через такий недолік неможливо було виготочорного металу. вити матеріали з високою зносостійкістю і з твер[Японський патент JP 59104262] описує шару 7 75593 8 ватий матеріал із внутрішнім шаром із сталі і зовкомпонента в кристалічній структурі зазначених нішнім шаром, що містить чавун, у якому частинки карбідів, на основі зазначеного легуючого компокарбіду вольфраму чи подібні тверді частинки карнента (D). Однак, легуючий компонент (D) на осбіду були рівномірно розподілені. Крім того, опинові карбіду не розчиняється у карбідному компосано спосіб виробництва такого матеріалу, який ненті (Е). полягає у додаванні попередньо нагрітих частинок В одному втіленні винаходу зазначені частинкарбіду у розплавлений чавун, а потім у розливанки - це відходи чи залишкові продукти виробництва ні розплавленого матеріалу навколо попередньо виробів з цементованого карбіду, що містять занагрітої сталевої труби. значений карбідний компонент. У бажаному вті[Заявка на винахід SE 185 935] стосується ленні зазначені частинки додають з уламку відпспособів легування металевих розплавів, що перацьованого виробу з цементованого карбіду, що реважно містять чавун. У цьому документі згадано містить зазначений карбідний компонент, наприпро сплав, що може містити хром і вольфрам, але клад, відпрацьований різальний інструмент з ценіщо про будь-яку структуру карбіду. ментованого карбіду чи валик з цементованого [Заявка на винахід ЕР 571 210] стосується викарбіду. Можливість використовувати відпрацьоготовлення корозієстійкого сплаву на основі карбівані вироби з цементованого карбіду випливає з ду ванадію. Матеріал отримують, наприклад, розтого факту, що частинки розчиняються дифузією у плавленням порошкового матеріалу. розплаві, через що механічна обробка частинок, [Заявка на винахід SE 399 911] стосується роякі необхідно додати, не потрібна, щоб одержати зливання частинок цементованого карбіду у сплапевний розмір або якість поверхні. Отже, інструви з чавуну на основі заліза. Запропоновані рішенменти лише з цементованого карбіду мають розмір ня не призначені для того, щоб створювати до 40мм і їх можна безпосередньо додавати до розплавлення і легування, навіть якщо зазначено, розплаву. Це економічно вигідно, з одного боку, що можуть траплятися сплави між легуючим метому, що інструменти з цементованого карбіду талом і цементованим карбідом і, що вони, взагалі, швидко відпрацьовуються і таким чином їх достатне вигідні. Патент не описує розчинення з заміньо, а з іншого боку, тому, що це вимагає мінімум щенням вольфраму у структурі карбіду хрому. операцій під час обробки. Інша перевага викорис[Заявка на винахід DE 649 622] описує сплав, тання відходів чи відпрацьованих частинок з цещо може містити вольфрам і хром, але ніякої взаментованого карбіду полягає в тому, що бажаний ємодії між ними двома під час утворення карбідів. цементований карбід, наприклад, WC, що містить [Заявка на винахід GB 348 641] описує сплав, вольфрам і карбон, має збалансовану пропорцію, що може містити вольфрам і хром, але ніякої з оскільки вони утворюють молекулярні пари в карвзаємодій між ними двома під час утворення карбідному компоненті. бідів. У частинках, що додають, зазначений карбідМета цього винаходу полягає у створенні маний компонент звичайно має розмір зерна 10мкм, теріалу для використання у виробах, що зазнають переважно 1-5мкм. Якщо не відбулося повного абразивного зносу, і, зокрема, матеріалу більш розчинення зерен зазначеного карбідного компостійкого до зносу, ніж попередньо відомий матерінента, зерна з розміром й 10мкм можуть залишиал у незагартованому стані, а також у способі витися в кінцевому матеріалі. робництва такого матеріалу. Перед розчиненням частинок у розплаві, заІнша мета винаходу полягає у створенні матезначений карбідний компонент переважно поєдріалу, для виготовлення якого можна зменшити нують у цій частинці, чи уланці, з металевим матекількість операцій під час обробки. Оскільки ця ріалом, що дозволяє плавлення у нижчій точці кількість операцій прямо пропорційна кінцевій варплавлення, порівняно з базовим металом. Цим тості виробу, цей винахід забезпечує дешевий матеріалом переважно є кобальт, але також може спосіб виробництва зносостійкого та високоміцнобути нікель. До обмежуючого розчинення легуючого матеріалу. го компонента переважно відноситься хром, але Ще одна мета винаходу полягає у створенні також може бути ванадій чи молібден, який надає способу для багаторазового використання відпракінцевому сплаву підвищену корозієстійкість, і цьованого цементованого карбіду. сприяє зниженню точки плавлення розплаву у його Згідно з винаходом вищезазначені мети можна розплавленому стані і його поверхневого натягу. реалізувати способом виробництва металевого Базовий метал переважно включає стабілізуючі та матеріалу з високою зносостійкістю, який полягає додаткові легуючі компоненти Si та Μn і є в одному у розплавленні базового металу, що містить залізо втіленні білим чавуном. і карбон; додаванні до розплавленого базового У бажаному втіленні винаходу карбідний комметалу частинок, що містять карбідний компонент, понент складається з карбіду вольфраму, але тарозчиняючи таким чином частинки у розплаві бакож може включати карбід титану чи карбід ніобію. зового металу дифузією; і відливанні розплаву. В одному втіленні такий карбідний компонент доЗдебільшого, спосіб полягає у додаванні до розпдають до розплаву в плавильній печі, у кількості, лаву обмежуючого розчинення легуючого компощо складає масову частку >5% кінцевого матеріанента, що регулює розчинність карбідного комполу, і розчиняють у ньому. В іншому втіленні такий нента в розплаві. Легуючий компонент - це карбідний компонент додають до розплавленого компонент, що утворює карбід, за допомоги якого сплаву у такій кількості, яка в кінцевому матеріалі властивості у твердому стані карбідів, на основі складає масову частку