Твердый сплав и изделие, выполненное из него

Авторы патента:

C22C29/06 - на основе карбидов, но не содержащих других соединений металлов

Владельцы патента RU 2255998:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам, в которых в качестве связки используются жаропрочные сплавы. Может применяться для изготовления деталей горячего тракта авиационных газовых турбин. Твердый сплав содержит следующие компоненты, мас.%: Ni 12,0-45,0; Al 1,2-5,4; Cr 0,8-3,9; Ti 0,1-0,9; W 0,4-2,4; Мо 0,5-2,4; карбид переходного металла, выбранного из группы, включающей Ti, Cr, Zr, W, Nb, 40,0-85,0. Техническим результатом является повышение прочности и твердости при температуре 1000°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к твердым сплавам и изделиям, получаемым из них. Твердые сплавы на основе карбидов переходных металлов, в которых в качестве связки используются жаропрочные сплавы на основе интерметаллидного соединения Ni₃Аl, характеризуются высокими механическими свойствами при повышенных температурах и очень хорошей коррозионной стойкостью, что позволяет говорить о перспективности использования их для работы в узлах и деталях горячего тракта авиационных газовых турбин, поверхности которых испытывают значительные контактные нагрузки и эксплуатируются длительно при температурах до 1000°С. К таким деталям можно отнести сопрягаемые элементы жаровых труб и камер сгорания, вкладыши сопловых аппаратов, бандажные полки и реборды рабочих и сопловых лопаток. Кроме того, существует возможность использования сплавов в виде механически легированного композиционного порошка для покрытий при восстановлении деталей двигателя из жаропрочных сплавов.

Твердые сплавы на основе карбидов титана и карбидов вольфрама известны своей износостойкостью, стойкостью к коррозии и используются в качестве штампового и инструментального материала. Но недостатком этих сплавов является то, что сплавы на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой при возникновении высоких температур выходят из строя из-за разупрочнения связки, а сплавы на основе карбида титана со стальной связкой также работоспособны лишь до температур 400-500°С /Р.Киффер, П.Шварцкопф. Твердые сплавы. - М.: 1987 г., Якоб Кюбарсепп. Твёрдые сплавы со стальной связкой. - Таллинн: Валгус - ТТУ, 1991 г./.

Известны композиты на основе карбида титана и карбида вольфрама со связками из высокохромистой инструментальной стали, никель-молибденовыми и кобальтовыми сплавами, где карбид титана составляет 70-95% объема композита, обладающие высокой эррозионной стойкостью при комнатной температуре, но имеющие недостаточную износостойкость при повышенных температурах /Патент США № 5.574.954/.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является твердый спеченный сплав, содержащий тугоплавкие соединения переходных металлов с углеродом и азотом, а именно карбид и нитрид титана, карбид хрома, а также никель, хром, титан и алюминий, при следующем содержании компонентов (мас.%):

Сr 1-5

Аl 1-3

Ti 1-3

Ni 17-19

TiN 10-20

Сr₂С₃ 5-10

TiC ост.

причем суммарное содержание нитрида титана, карбида хрома и карбида титана составляет 70-80 мас.% /Авторское свидетельство СССР № 1499963, БИ № 12 1999 г./.

Недостатком сплава является недостаточно высокая прочность и твердость его при высоких температурах, что не позволяет использовать сплав и детали, выполненные из него, например бандажные полки лопаток и вкладыши соплового аппарата при температурах до 1000°С.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание твердого сплава с повышенной прочностью и твердостью, позволяющей использовать изделия, выполненные из него при высоких температурах до 1000°С в качестве деталей ГТД.

Для достижения поставленной технической задачи предлагается твердый сплав, содержащий тугоплавкое соединение переходного металла с углеродом, никель, алюминий, хром, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам и молибден, а в качестве тугоплавкого соединения с углеродом содержит карбид переходного металла, выбранного из группы: титан, хром, цирконий, вольфрам, ниобий, при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Ni 12,0-45,0

Al 1,2-5,4

Cr 0,8-3,9

Ti 0,1-0,9

W 0,4-2,4

Мо 0,5-2,4

карбид переходного металла,

выбранный из группы: Ti, Cr, Zr, W, Nb 40,0-85,0

и изделие, выполненное из него.

Предложенное содержание Al и Ni образует в связке твердого сплава интерметаллид никеля. Авторами было установлено, что при дополнительном легировании связки твердого сплава на основе интерметаллида никеля молибденом и вольфрамом из-за большой удельной доли твердорастворного упрочнения и использования карбидов, выбранных из группы: титан, хром, цирконий, вольфрам, ниобий, достигается наибольший эффект повышения твердости и прочности на изгиб материала при высоких температурах, что позволяет повысить рабочую температуру сплава с 800 до 1000°С и, следовательно, тепловые и силовые нагрузки материала, а также срок службы и надежность.

Примеры осуществления.

Сплав изготавливали методом механического легирования порошков с последующим их компактированием. Исходные компоненты подвергались обработке в аттриторе. Порошок компактировали двумя путями: горячей экструзией и спеканием. В первом случае механически легированный порошок экструдировали на прутковый полуфабрикат. Образцы для испытаний изготавливались шлифованием.

Во втором случае механически легированный порошок прессовали и спекали. Испытывались спеченные образцы. Испытания по измерению твердости осуществлялись согласно ГОСТ 9013-84 на лабораторном оборудовании и по методике ИМЕТ им. А.А.Байкова РАН.

Испытания по определению прочности на изгиб проводились по методикам ФГУП ВИАМ и ЦИАМ на лабораторном оборудовании. Испытания по определению термостойкости осуществлялись по методике ФГУП ВИАМ (СТП 595-14-150-85).

Составы и свойства предлагаемого твердого сплава и сплава - прототипа приведены в таблицах 1 и 2.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого твердого сплава при 1000°С выше, чем свойства известного сплава-прототипа: предел прочности при изгибе при температуре 1000°С - на 28-30 %; твердость при температуре 1000°С - на 20-40 %, термостойкость - на 20-40%.

Таким образом, использование предлагаемого твердого сплава с повышенной прочностью и твердостью при температуре 1000°С повышает износостойкость изделий, выполненных из него, и, следовательно, тепловые и силовые нагрузки, их ресурс и надежность.

Таблица 1
Составы предлагаемого твердого сплава и сплава - прототипа
Состав	Содержание элементов, мас.%
Состав
Ni	Аl	Cr	Ti	W	Мо	TiC	Сr₂С₃	ZrC	WC	NbC	TiN
1	20,0	2,0	1,3	0,2	0,7	0,8	75,0	-	-	-	-	-
2	12,0	1,2	0,8	0,1	0,4	0,5	-	-	-	-	85,0	-
3	31,0	3,2	2,5	0,4	1,4	1,5	-	-	60,0	-	-	-
4	37,5	4,6	3,3	0,7	1,9	2,0	-	-	-	50,0	-	-
5	45,0	5,4	3,9	0,9	2,4	2,4	-	40,0	-	-	-	-
Прототип	18,0	2,0	3,0	2,0	-	-	52,0	8,0	-	-	-	15,0
Примечание: составы 1, 2 изготовлены спеканием, составы 3,4,5 изготовлены горячей экструзией.

Таблица 2
Свойства предлагаемого твердого сплава и сплава - прототипа
Состав	Предел прочности при изгибе, МПа	Твердость	Термостойкость, количество термоударов до разрушения
Состав	HRA	HV, ГПа
20°С	1000°C	20°С	20°С	1000°С	1000°С
1	1500	1350	91,0	16,0	11,0	550
2	1450	1250	91,5	16,5	12,0	450
3	1500	1300	90,0	15,0	9,0	530
4	1450	1300	89,0	14,5	9,0	520
5	1450	1250	88,0	14,0	8,5	500
Прототип	1450	900	90,0	15,0	7,0	350

1. Твердый сплав, содержащий тугоплавкое соединение переходного металла с углеродом, никель, алюминий, хром, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам и молибден, а в качестве тугоплавкого соединения с углеродом содержит карбид переходного металла, выбранного из группы титан, хром, цирконий, вольфрам, ниобий, при следующем соотношении компонентов, маc.%:

Ni 12,0-45,0

Аl 1,2-5,4

Cr 0,8-3,9

Ti 0,1-0,9

W 0,4-2,4

Мо 0,5-2,4

Карбид переходного металла,

выбранного из группы Ti, Cr, Zr, W, Nb 40,0-85,0

2. Изделие из твердого сплава, отличающееся тем, что оно выполнено из твердого сплава по п.1.

Изобретение относится к способам получения тугоплавких карбидов, в частности к изготовлению композитов с керамической матрицей, содержащих тугоплавкие карбиды. .

Способ получения композита на основе боридов, карбидов металлов iv-vi и viii групп // 2228238

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам, и может быть использовано для изготовления резцов и абразивного инструмента. .

Материал на основе нитрида титана для покрытий // 2070598

Спеченный композиционный материал // 2061778

Изобретение относится к высокотемпературным материалам на основе карбидов тугоплавких металлов и направлено на повышение их прочности. .

Износостойкий порошковый материал // 2016122

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к износостойким порошковым материалам для режущего инструмента на стальной основе. .

Порошковый сплав на основе карбида хрома // 2015191

Изобретение относится к порошковой металлургии. .

Композиционный материал покрытия // 1804142

Изобретение относится к получению композиционных покрытий плазменным напылением. .

Электродный материал для электроискрового легирования и шихта для его получения // 1802827

Изобретение относится к порошковой металлургии. .

Способ изготовления слоистого материала для молотка кормодробильной машины // 1729698

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению материала для молотка кормодробильной машины. .

Отражающее двуслойное металлодиэлектрическое покрытие // 1654376

Композитные вращающиеся режущие инструменты из цементированного карбида и заготовки для вращающегося режущего инструмента // 2536015

Группа изобретений относится к порошковой металлургии, в частности к композиционным вращающимся режущим инструментам и способам их получения. Композитное изделие включает в себя удлиненную часть, состоящую из внешнего участка, содержащего первый цементированный карбид, и внутренний участок, соединенный без флюса с внешним участком и содержащий второй цементированный карбид. По меньшей мере один из числа первого цементированного карбида и второго цементированного карбида содержит гибридный цементированный карбид, который содержит дисперсную фазу цементированного карбида и непрерывную фазу цементированного карбида. По меньшей мере одна из числа дисперсной фазы цементированного карбида и непрерывной фазы цементированного карбида содержит по меньшей мере 0,5 весовых процента кубического карбида на основе веса фазы, включающей в себя кубический карбид. Изделие получено путем приготовления смеси, прессования и спекания. Обеспечивается получение композиционного инструмента, не вступающего в химическую реакцию с обрабатываемым изделием и имеющего высокую твердость и прочность, различные на различных участках, 3 н. и 62 з.п. ф-лы, 12 ил., 7 пр.

Цементированный карбид // 2559116

Изобретение относится к области металлургии, в частности к цементированному карбиду для нефте- и газодобывающего оборудования. Цементированный карбид включает твердую фазу, содержащую WC, и связующую фазу, при этом включает WC и связующую фазу, содержащую в % по весу: 3-11 Ni, 0,5-7 Cr, 0,3-1,5 Мо, более 0 и менее 0,5 Nb и 0-0,2 Со. Применяют цементированный карбид в качестве материала, используемого для изготовления компонента регулятора расхода потока нефте- и газодобывающего оборудования. Цементированный карбид характеризуется высокими характеристиками коррозионной стойкости и может быть использован при работе в агрессивной, абразивной и эрозионной среде. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 табл.

Поликристаллический материал, изделия, включающие этот материал, инструменты, включающие этот материал, и способы их изготовления // 2599319

Группа изобретений относится к изготовлению поликристаллического материала и изделий, содержащих этот материал для защиты от повреждений. Способ изготовления поликристаллического материала включает получение гранулированной структуры-предшественника, включающей железо, кремний и источник углерода или азота, нагрев структуры-предшественника, нанесение на основу слоя нагретой структуры-предшественника и охлажение слоя структуры-предшественника. Нагрев структуры-предшественника ведут до температуры по меньшей мере 1350°С. Охлаждение слоя структуры-предшественника ведут до менее 1000°С с получением слоя из поликристаллического материала, состоящего из нанозерен кристаллической фазы железа и кремния со средним размером менее 10 нм и зерен кристаллического материала, включающего углерод или азот. Инструмент включает основу, содержащую металл группы железа, и сплавленный с ней поликристаллический материал, полученный упомянутым способом. Обеспечивается получение поликристаллического материала с высокой износостойкостью и высокой вязкостью разрушения. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

Порошок из кермета // 2608112

Изобретение относится к порошку из кермета. Порошок из кермета содержит: a) от 50 до 90 мас.% одного или нескольких твердых веществ и b) от 10 до 50 мас.% металлической композиции матрицы. Массовые процентные данные относятся к общей массе порошка кермета. Металлическая композиция матрицы содержит: i) от 40 до 75 мас.% железа и никеля, ii) от 18 до 35 мас.% хрома, iii) от 3 до 20 мас.% молибдена, iv) от 0,5 до 4 мас.% меди. Указанное содержание металлов от i) до iv), в каждом случае, относится к общей массе металлической композиции матрицы, а массовое отношение содержания железа к никелю находится в пределах от 3:1 до 1:3. В результате порошок образует при термическом распылении устойчивые покрытия без значительных потерь механических показателей износостойкости и кавитационной стойкости или устойчивости в присутствии хлорида. 6 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

Шихта для производства вольфрамотитановых твердых сплавов // 2612886

Изобретение относится к получению вольфрамотитановых твердых сплавов. Шихта содержит порошок карбида вольфрама и карбида титана в виде продукта электроэрозионного диспергирования отходов твердого сплава марки Т15К6, который получен в керосине и дистиллированной воде и имеет средний размер частиц 19,692 мкм и 5,118 мкм соответственно. Обеспечивается повышение качества вольфрамотитановых твердых сплавов. 3 ил., 2 пр.

Спеченный жаростойкий материал // 2647051

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам материалов, используемых для изготовления изделий, работающих в печах, тепловых агрегатах. Спеченный жаростойкий материал содержит, мас. %: карбид кремния 17,0-27,0; карбид тантала 25,0-35,0; никель 9,0-11,0; диборид циркония - остальное. Материал характеризуется высокой жаростойкостью. 1 табл.

Спеченный жаростойкий материал // 2647051

Твердый сплав // 2647957

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам твердых спеченных сплавов на основе карбида вольфрама. Может использоваться для изготовления резцов, фрез и другого инструмента. Твердый сплав содержит, мас.%: карбид вольфрама 61,0-62,0; карбид титана 29,0-31,0; кобальт 3,0-4,0; карбид циркония 2,0-3,0; цирконий 2,0-3,0. Сплав обладает высокой твердостью. 1 табл.