Износостойкий сплав для высоконагруженных узлов трения



Износостойкий сплав для высоконагруженных узлов трения
Износостойкий сплав для высоконагруженных узлов трения

 


Владельцы патента RU 2634566:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)

Изобретение относится к износостойким сплавам для высоконагруженных узлов трения. Сплав включает связующую матрицу эвтектического состава в количестве от 24,8 до 26,8 мас.% от массы сплава и карбонитрид титана TiC0,5N0,5. Матрица эвтектического состава состоит из никеля, вольфрама, молибдена, хрома, железа, углерода, серы и диборида титана. Обеспечивается повышение износостойкости, эксплуатационной надежности и ресурса высоконагруженных подшипниковых конструкций и узлов пограничного и сухого трения в изделиях корабельной, транспортной, энергетической и космической техники. 2 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и предназначено для производства износостойких сплавов на основе карбонитридов титана, работающих в сложных условиях динамического нагружения, высоких контактных давлений и скоростей.

Известны различные износостойкие металлические материалы, получаемые методом порошковой металлургии и широко применяемые в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Например, по ГОСТ 28378 известны сплавы типа ПК70ХЗ, ПК40Х13М2), а также аналоги типа сплава ВКЗ. Сплав ПК40Х13М2 имеет твердость HV=2800 МПа, при временном сопротивлении 550 МПа, а сплав ПК70Х3-1400 МПа и 450 МПа соответственно. Основным недостатком этих сплавов, а также других известных сплавов типа ВК3 является низкая работоспособность и эксплуатационная надежность в условиях длительного воздействия повышенных контактных давлений, температур и скоростей характерных для высоконагруженных подшипниковых конструкций и узлов трения, особенно в узлах сухого и граничного трения, используемых в изделий судового, транспортного и энергетического машиностроения.

Наиболее близким прототипом по технической сущности и содержанию и функциональному назначению ингредиентов к заявляемому является твердый сплав (прототип), содержащий: никель, вольфрам, молибден, хром, железо, углерод и серу. При следующем соотношении компонентов в мас.%:

никель 4,0-5,5
вольфрам 47,0-49,5
молибден 3,0-4,0
хром 8,5-9,0
железо 8,0-10,0
углерод 2,3-2,4
сера 0,4-0,5
карбонитрид титана (TiC0,5N0,5) остальное

(патент на изобретение РФ №2509170, МПК 22С/29/04, опублик. 10.03.2012 г.).

Технико-экономический эффект от применения данного твердого сплава выражается в повышении работоспособности, эксплуатационной надежности, а также ресурсных характеристик создаваемых подшипниковых узлов пограничного и сухого трения в разрабатываемых образцах корабельной, транспортной, энергетической и космической техники нового поколения.

Вместе с тем, недостатком известного сплава является достаточно низкое содержание карбонитрида титана, который во многом определяет уровень служебных свойств и антифрикционных характеристик. В частности, снижается наиболее важная из них - износостойкость в условиях длительного динамического нагружения и воздействия высоких температур контактных давлений, и скоростей трения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание износостойкого сплава, обладающего улучшенным комплексом основных служебных антифрикционных характеристик, включая коэффициент трения и износостойкость, обеспечивающих более высокий уровень эксплуатационной надежности.

Технический результат в заявляемом изобретении достигается за счет того, что в базовый состав матрицы, имеющей те же компоненты и то же содержание в мас.%, что и в известном сплаве (прототипе), дополнительно легирован диборидом титана (TiB2) в количестве 0,68-1,54 мас.%.

Содержание карбонитрида титана TiC0,5N0,5 в заявляемом сплаве повышено до (73,2-75,2) мас.% от (19,1-26,8) мас.%, имевшихся в прототипе. При этом массовая доля матрицы в сплаве соответственно снижается от 73,2-80,6 до 24,8-26,8 мас.%. Общее содержание матрицы и карбонитрида титана в сплаве должно составлять 100%. При этом содержание компонентов в заявляемом в сплаве составляет:

никель 1,32-1,5
вольфрам 15,4-16,0
молибден 1,02-1,1
хром 2,73-2,9
железо 2,70-2,83
углерод 0,72-0,78
сера 0,14-0,15
диборид титана 0,68-1,54
карбонитрид титана (TiC0,5N0,5) 73,2-75,2

Введение в заявляемый сплав карбонитрида титана состава TiC0,5N0,5 в количестве 73,2-75,2% улучшает комплекс свойств, определяющих износостойкость сплава в сложных условиях воздействия повышенных температур, давлений и скоростей трения. Наличие расплавляющейся при спекании связующей матрицы эвтектического состава в сплаве с температурой плавления 1085°С способствует созданию благоприятных условий для повышения технологичности на стадии металлургического производства, когда при спекании в жидкой матрице, существенно повышается компактность и практически полностью исключается пористость заявляемого сплава. Соотношение указанных составляющих заявляемого сплава (матрицы и карбонитрида титана) выбрано таким образом, чтобы сплав обеспечивал формирование наиболее оптимального структурно-фазового состояния, требуемый уровень механических свойств износостойкости и коэффициентов трения, определяющих заданную работоспособность и эксплуатационную надежность, а также ресурсные характеристики создаваемых подшипниковых конструкций и высоконагруженных узлов трения.

Введение в состав и структуру матрицы диборида титана (TiB2), получаемого методом порошковой металлургии, имеющего высокую твердость, в количестве 0,68 до 1,58 мас.%, является важным фактором обеспечения длительной эксплуатации высоконагруженных узлов трения и дополнительным упрочняющим компонентом матрицы, повышающим антифрикционные свойства и износостойкость сплава. В условиях длительного воздействия высоких контактных рабочих давлений это позволяет обеспечить расчетные ресурсные характеристики создаваемых подшипниковых узлов трения. Заготовку - полуфабрикат заявляемого состава получали путем совместного помола предварительно синтезированной основы эвтектического состава из указанных компонентов и базовой основы карбонитрида титана (TiC0,5N0,5). Соотношение основы эвтектического состава составляет от 24,8-26,8 мас.%, к соответствующему содержанию карбонитрида титана (TiC0,5N0,5) в количестве 73,2-75,2 мас.%. Помол проведен в среде этанола в лабораторной шаровой мельнице. Из полученной высушенной и пластифицированной массы, методом прессования, на промышленном прессовом оборудовании, изготовлены заготовки требуемой формы и размеров с последующим спеканием в вакуумной печи при температуре от 1320 до 1350°С. Химический состав опытных образцов представлен в табл. 1.

Результаты определения основных служебных свойств и характеристик представлены в табл. 2

Представленные результаты показывают, что коэффициенты трения у заявляемого состава ниже, а износостойкость значительно выше, чем у известного сплава (прототипа), что свидетельствует о существенном росте его антифрикционных свойства.

Ожидаемый технико-экономический эффект применения разработанного износостойкого сплава в машиностроительных отраслях промышленности и народного хозяйства выразится в повышении работоспособности, эксплуатационной надежности, а также ресурсных характеристик создаваемых подшипниковых конструкций и узлов пограничного и сухого трения в разрабатываемых образцах корабельной, транспортной, энергетической и космической техники нового поколения.

Износостойкий сплав для высоконагруженных узлов трения, включающий связующую матрицу эвтектического состава и карбонитрид титана TiC0,5N0,5, отличающийся тем, что он содержит связующую матрицу эвтектического состава в количестве от 24,8 до 26,8 мас.% от массы сплава, состоящую из никеля, вольфрама, молибдена, хрома, железа, углерода, серы и диборида титана, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

никель 1,32-1,5
вольфрам 15,4-16,0
молибден 1,02-1,1
хром 2,73-2,9
железо 2,7-2,83
углерод 0,72-0,78
сера 0,14-0,15
диборид титана 0,68-1,54
карбонитрид титана (TiC0,5N0,5) 73,2-75,2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению композиционного материала Al2O3 - А1. Способ включает гранулирование алюминиевого порошка, состоящего из частиц пластинчатой формы со стеариновым покрытием, прессование заготовки из гранулированного порошка и ее спекание.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к спеченным материалам на основе меди, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин, работающих в условиях трения.
Группа изобретений относится к получению композиционного материала, содержащего металлическую матрицу и упрочняющие наночастицы. Способ включает подготовку смеси исходных материалов и ее механическое легирование.
Изобретение относится к получению упрочненного нанокомпозиционного материала, который может быть использован в авиастроении и в автомобильной промышленности. Готовят лигатуру в виде компактированных стержней из равномерно перемешанной смеси порошка магния и нанопорошка нитрида алюминия с диаметром частиц в диапазоне 30÷80 нм.

Группа изобретений относится к изготовлению гибридных композиционных материалов с высокими значениями прочности, твердости и вязкости разрушения. Шихта содержит 25-65 об.% порошка карбида вольфрама, 10-30 об.% порошка стали Гадфильда 110Г13, 25-65 об.% порошков диоксида циркония и оксида алюминия при их весовом соотношении 4:1.

Изобретение относится к металлургии, а именно к прецизионным сплавам для получения 3d-изделий сложной формы и функциональных покрытий методом гетерофазного переноса.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным фрикционным материалам, предназначенным для работы в узлах трения без смазки. Спеченный материал на основе меди содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: олово 5-9, титан 4-9, железо 6-8, графит 4-7, свинец 3-6, ильменит 6-10, медь - остальное.

Группа изобретений относится к получению дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминиевой матрицы, армированной наночастицами оксидной керамики.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформированным борсодержащим алюмоматричным композиционным материалам в виде листов, к которым предъявляются специальные требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом.

Изобретение относится к композиционному материалу, содержащему благородные металлы, и способу его производства. Композиционный материал содержит сплав золота и алюминия и керамику на основе бора с температурой плавления выше, чем у золота, и плотностью, максимально равной 4 г/см3.

Изобретение относится к получению наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения износо-коррозионностойких покрытий гизодинамическим и газотермическим напылением.
Изобретение относится к области порошковой металлургии и предназначено для производства износостойких сплавов на основе карбонитридов титана, работающих в сложных условиях динамического нагружения, высоких контактных давлений и скоростей.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым безвольфрамовым сплавам. .
Изобретение относится к спеченным твердым сплавам и может быть использовано для изготовления универсального режущего инструмента, абразивных шлифпорошков, мерительного инструмента в т.п.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам для изготовления металлорежущего инструмента и износостойких деталей. .

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности может применяться для изготовления износостойких, коррозионно-стойких и жаростойких узлов механизмов, а также изделий, работающих в условиях сухого трения.
Наверх