Износостойкий самофлюсующийся сплав

 

Использование: для газотермического напыления покрытий. Сущность изобретения: сплав содержит, мае. %: никеля 20-40, хрома 3,5-10. молибдена 2-3,5, меди 2-8, марганца 0,5-1,5, бора 2-4,5, кремния 1-3, углерода 0,8-2, фосфора 0,4-0,8, железа - остальное. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>19 () ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4866565/02 (22) 09.07.90 (46) 23.09.92; Бюл. № 35 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) А.Н.Степанчук, А.А.Нечипоренко и

Н.С.Вдовиченко (56) Патент США ¹ 3012881, кл. С 22 С 39/20, 1961, Авторское свидетельство НРБ

¹41170, кл, В 23 К35/30, 1988.

Изобретение относится к металлургии сплавов, получаемых на основе железа, используемых для газотермического напыления износостойких покрытий.

Известен сплав на основе железа следующего состава; мас.о/, : бор 3-3 5, углерод

1,5-2, кремний 0,75 — 2,5, хром 3 — 6, марганец

1,75-2,25, никель 1,75-2,25, молибден 1,73—

3, медь 1,75 — 2,25, остальное — железо, имещий достаточно высокую износостойкость и высокую твердость (1). Однако он не может быть использован для газотермического напыления покрытий с высокой износостойкостью из-за низкой жаростойкости, что приводит к образованию при его газотермическом напылении большого количества оксидов железа, значительно снижающих качество покрытий и, в частности, износостойкость. Кроме того, наличие в его составе марганца в указанном количестве, который обладает высоким сродством к кислороду, приводит к образованию в структуре покрытий оксидов этого элемента, что также снижает их износостойкость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению явля,,5U„„1763514 А1 (si)s С 22 С 38/54, 33/02; В 23 К 35/30 (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ САМОФЛЮСУЮЩИЙСЯ СПЛАВ (57) Использование: для газотермического напыления покрытий. Сущность изобретения: сплав содержит,.мас. : никеля 20-40, хрома 3,5 — 10. молибдена 2 — 3,5, меди 2 — 8, марганца 0,5 — 1,5, бора 2 — 4,5, кремния 1 — 3, углерода 0,8-2, фосфора 0,4 — 0,8, железа— остальное. 3 табл. ется сплав, содержащий, мас. %: углерод

1,5 — 2,5, хром 20 — 24, кремний 2 — 4, бор 2 — 4, никель 4-6, остальное — железо, отличающийся тем, что содержит значительное количество хрома, повышающего, в частности,"

его жаростойкость (2j, Недостатком этого сплава является его повышенная хрупкость, а следовательно, и низкая износостойкость, Целью изобретения является повышение износостойкости газотермических покрытий из этого сплава.

Это достигается тем, что в износостойкий сплав на основе железа, содержащий никель, хром, бор, кремний, углерод, согласно настоя щему изоб ретен и ю, вводится фосфор, марганец, молибден, медь и он содержит, мас. ф:

Никель 20 — 40

Хром 3,5 — 10

Молибден 2 — 3,5

Медь 2 — 8

Марганец 0.5 — 1,5

Бор 2 — 4,5

Кремний 1 — 3

Углерод 0,8 — 2

Фосфор 0,4-0,8

1763514

20

30

35 под давлением 50 — 60 МПа. Распыление проводили в вертикальной камере распыления, Для выплавки сплавов исполь- 40 зовали материалы, представленные в табл. 1. Выплавку осуществляли в индукционной печи типа ИСТ016/0225.1 (ТУ

1688NEPÓ68211006).

Для напыления покрытий использовали. 45 порошки следующих составов, мас. :

Сплав 1 (аналог): углерод t,7, хром 5, медь 2, марганец 2, никель 2, кремний 1, молибден 2, бор 3,25, жеоезо — 81,05.

Сплав 2 (прототип): углерод 1,8, хром 50

22,5, кремний 2,35, бор 2;55, никель 5, железо 65,8.

Сплав 3: никель 25,6, хром 6,4, молибден 2,8, медь 5, марганец 1;2, бор 3,2, кремний 2,5, углерод 1,6, фосфор 0,5, же- 55 лезо 50,2.

Перед напылением покрытий на подложки из стали 45, последние подвергали дробеструйной обработке дробью чугунной

Железо Остальное

В результате такого легирования предлагаемый сплав имеет достаточную жаростойкость и пластичность, что позволяет применять его в качестве материала для получения газотермических покрытий с высокой износостойкостью: в 2,5-3,5 раза выше, чем у покрытий, наносимых из сплава (1), в 1,5 — 2,2 раза выше, чем у покрытий, наносимых из сплава (2).

Более высокая износостойкость предлагаемого сплава по сравнению со сплавомпрототипом объясняется отличием их микроструктур. Сплав-прототип представляет собой заэвтектический сплав, содержащий карбидную эвтектику и карбиды хрома и железа, что и предопределяет его хрупкость и низкую износостойкость.

Предлагаемый нами сплав представляет, по сути, собой композиционный материал, у которого матрица — твердый раствор на основе железа и эвтектики — армирована тонкоразветвленным (размер зерна в плоскости шлифа равен 1 — 4 мкм) каркасом карбоборида хрома, что и обеспечивает сплаву высокую износостойкость, Из литературных источников не известно использование такого качественного и количественного состава сплава, как в предложенном решении, из чего можно сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "существенные отличия".

Для напыления газотермических покрытий использовали порошки соответствующих сплавов фракции +50-100 мкм, полученные распылением расплава азотом твердостью 54 — 62 HPC сжатым воздухом под давлением 20 МПа.

Пример 1. Покрытия из сплавов 1-4 наносили плазменно-дуговым методом на

5 установке "Киев-7" (ТУ 26 — 05 — 59-85) с использованием в качестве плазмообразующего газа смеси воздуха и пропана-бутана (ГОСТ 5542-87). Режим напыления: напряжение — 180 В, ток — 180 А, расход воздуха—

45 — 4,8 м /час, пропана-бутана — 0,1 — 0,2 з м /час. Дистанция напыления — 0,23 м. Толщина покрытий — 1 — 1,1 мм. Твердость покрытия: из сплава 1 — 58 HRC, из сплава 2—

60 HRC, из сплава 3 — 60 HRC.

5 Пример 2. Покрытия, полученные по примеру 1, оплавляли пламенем газовой горелки ГС-3 (ГООСТ 1077-79), по времени— до появления зеркальной поверхности покрытия. Рабочие газы: кислород (ГОСТ

5583 — 78) и пропан-бутан. Покрытий из сплава 1 — непригодное для испытаний. Твердость покрытий: из сплава 2 — 62 HRC, из сплава 3 — 60 HRC.

Пример 3. Покрытия наносили газопорошковой наплавкой горелкой ГС-3. Рабочие газы — кислород и пропан-бутан.

Покрытие из сплава 1 — непригодное для испытаний. Твердость покрытий — из сплава

2 — 55 HRC, из сплава 3 — 55 HRC. Толщина покрытий — 1-1,2 мм, Покрытия, полученные в примерах 1 — 3, шлифовали до шероховатости Ra = 0,32 — 0,63.

Испытания на износостойкость проводили на машине трения 2070СМТ-1 по схеме диск-колодка в условиях ограниченной смазки (10 капель масла ВНИИ НП-25 ГОСТ

11 l22-84 в минуту). Давление в паре трения — 5 и 10 МПа, скорость вращения — 1 м/с, время испытаний — 10. часов. В качестве материала контртела использовали сталь

45, закаленную до твердости 42 — 45 HRC.

Результаты испытаний представлены в табл. 2 (Интенсивность износа определяли по потере массы).

Пример 4. Аналогично примеру 1 наносили сплав, содержащий, мас. : никель 40, хром 3,5, молибден 2, медь 2, марганец 1, бор 4,5, кремний 3, углерод 1,5, фосфор 0,4, железо 42,1.

Пример 5. Аналогично примеру 1 наносили сплав, мас, : никель 20, хром 5, молибден 3,5, медь 6, марганец 1,5, бор 2, кремний 1, углерод 2, фосфор 0,5, железо

58,5.

Пример 6. Аналогично примеру 1 наносили сплав, мас. j: никель 25, хром 10, молибден 2,4, медь 8, марганец 0,5, бор 3, кремний 2, углерод 0,8, фосфор 0,8, железо

47,5, 1763514

20-40

3,5 — 10

2,0-3,5

2 — 8

0,5 — 1,5

2,0-4,5

1-3

0,8 — 2,0

0,4-0,8

Остальное, 15

Никель

Хром

Молибден

Медь

Марганец

Бор

Кремний

Углерод

Фосфор

Железо

Таблица 1

Таблица 2

Интенсивность износа газотермических покрытий Л ITl, г.

Пример 7. Аналогично примеру 1 наносили сплав, мас. : никель 24, хром 2,5, молибден 4, медь 9,5, марганец 1, бор 5, кремний 3,5, углерод 0,5, фосфор 0,5, железо 49,5.

Пример 8. Аналогично примеру 1 наносили сплав, мас. : никель 15, хром 13, молибден 1, медь 1,5, марганец 2, бор 3, кремний 2, углерод 1,5, фосфор 1, железо 60.

Пример 9, Аналогично примеру 1 наносили сплав, мас. ; никель 45, хром 8, молибден 2, медь 4, марганец 0,1, бор 1,5, кремний 0,5, углерод 2,5, фосфор 0,3, железо 36,1.

Результаты испытаний на износостойкость покрытий в примерах 4 — 9 представлены в табл. 3, Износостойкость покрытия из сплава 3 по примеру 1 принята 100 .

Таким образом, наиболее высокой износостойкостью обладают покрытия, наносимые из сплавов, содержащих, мас. ;. никель 20 — 40, хром 3,5 — 10, молибден 2-3,5, медь 2-8, марганец 0,5 — 1,5, бор 2 — 4,5, кремний 1-3, углерод 0,8-2, фосфор 0,4 — 0,8, железо — остальное.

Формула изобретения

Износостойкий самрфлюсующийся

5 сплав на основе железа, содержащий никель, бор, кремний, углерод, хром, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения износостойкости газотермических покрытий из этого сплава, а также понижения тем10 пературы плавления сплава, он дополнительно содержит медь, фосфор, молибден, марганец при следующем соотношении компонентов, мас., :

1763514

Таблица 3

Относительная износостойкость покрытий в зависимости от состава сплава, Составитель А.Степанчук

Техред М.Моргентал Корректор Л.Лукач

Редактор Н. Соколова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 3431 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5