Износостойкий спеченный материал

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к материалам высокой стойкости к абразивному износу и коррозии в условиях агрессивных сред. Технический результат - повышение коррозионной стойкости при одновременно повышенной износостойкости в условиях абразивных и агрессивных сред. Для этого в износостойкий спеченный материал, содержащий железо, хром, молибден, углерод и карбид хрома, введена дополнительно медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,6-0,2; хром 12-14; молибден 1,5-2,5; карбид хрома 10-20; медь 5-15; железо остальное. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к материалам высокой стойкости к абразивному износу и коррозии в условиях агрессивных сред, и может быть использовано, например, при изготовлении рабочих органов погружных центробежных насосов.

Известен износостойкий материал (авт. св. N 305201, кл. С 22 С 33/02, 29.10.71 г.), содержащий железо, хром, молибден, углерод, карбид титана, никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид титана - 30 - 35 Молибден - 5,2 - 5,6 Хром - 2,6 - 2,8 Никель - 1,3 - 1,6 Углерод - 0,52 - 0,56 Железо - Остальное Недостатком известного материала является плохая механическая обрабатываемость, недостаточная пластичность и нестабильная коррозионная стойкость в условиях агрессивных серосодержащих сред.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому материалу является износостойкий спеченный материал (патент N 2044099, кл. C 22 C 33/02, 1992 г.), содержащий железо, хром, молибден углерод и карбид хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид хрома - 10 - 20 Молибден - 1,5 - 2,5
Хром - 12 - 14
Углерод - 0,6 - 2,0
Железо - Остальное
Недостатком известного материала также является плохая механическая обрабатываемость, недостаточная пластичность и нестабильная коррозионная стойкость в условиях агрессивных серосодержащих сред.

Изобретение решает задачу создания материала, обладающего повышенной коррозионной стойкостью при одновременно повышенной износостойкости в условиях абразивных и агрессивных сред, удовлетворительной пластичностью и механической обрабатываемостью.

Для получения указанного технического результата в износостойкий спеченный материал, содержащий железо, хром, молибден, углерод и карбид хрома, введена дополнительно мель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,6 - 0,2
Хром - 12 - 14
Молибден - 1,5 - 2,5
Карбид хрома - 10 - 20
Медь - 5 - 15
Железо - Остальное
Предлагаемое техническое решение характеризуется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример. Шихту получали механическим смешением компонентов в смесителе двухконусного типа. Прессование образцов в форме цилиндров размером d = 15 - 20 мм проводили при давлении 0,7 - 0,8 (7 - 8 т/см²) МПа.

Полученные образцы спекали в электропечи в защитно-восстановительной среде при ступенчатом режиме. При получении беспористого материала образцы d = 15 - 20 мм подвергали горячей деформации при температуре 900 - 1000^oC и последующей термической обработке (нагрев до температуры 1100^oC с охлаждением в масле) с твердостью до HRCэ = 40 - 65.

Для экспериментальной проверки заявляемого материала были изготовлены 27 составов образцов d = 15 - 20 мм с различным соотношением углерода, карбида хрома и меди. Составы материала и результаты их испытаний по определению их физико-механических свойств представлены в таблице.

Ударные образцы изготовлялись размером 10х10х55 мм и испытывались по ГОСТ 9454-78.

Для проведения испытаний образцов на износостойкость и коррозионную стойкость выбрали материал с оптимальным содержанием мас.% (по твердости и технологичности) углерода 1,5 карбида хрома от 5 до 20 и меди от 5 до 15.

Износостойкость (абразивный износ) определяли на установке по методике фирмы "Синдс Дефибратор". Испытание проводили при следующих условиях:
Частота вращения диска - 250 об/мин
Частота вращения державки с закреплением образов - 52 об/мин
причем направление вращения противоположно направлению вращения диска.

Испытание осуществлялось методом торцевого истирания образцов d = 15 - 20 мм по водостойкой шлифовальной шкуре зернистостью 150 - 200 мм при давлении на образец 9,1·10^-2 (9,1 г/см²). Подача воды на шлифовальной диск составляла 100 мл/мин.

Испытания на коррозионный износ осуществляли также методом торцевого испытания образца по резиновому диску с подачей в зону трения рабочей жидкости (0,5 мас.% раствор H₂SO₄ = 1,4 с добавлением мелкодисперсной окиси алюминия в пропорции 12,5 г/л жидкости). Удельное давление на образец составляло 2,5·10^-2 МПа (2,5 г/мм²).

Анализ результатов экспериментов (см. табл.) показали, что предлагаемое техническое решение - предложенный износостойкий материал превосходит по коррозионной стойкости, более технологичен по механической обработке, чем известный (2).

Примечание:
1. Содержание (мас.%) углерода менее 0,6 и более 2,0 нецелесообразно: в первом случае - низкая твердость, во втором - низкая ударная вязкость и плохая обрабатываемость.

2. Содержание (мас.%) карбида хрома более 20 нецелеообразно из-за плохой обрабатываемости и нетехнологичности (при прессовании появляются трещины). Карбид хрома влияет на износостойкость в зависимости от требований условий изделий. Содержание его может колебаться от 0 до 20%.

3. Содержание (мас.%) меди менее 5 и более 15 нецелесообразно: в первом случае - не позволяет повысить и стабилизировать коррозионную стойкость и пластичность, во втором - неэкономичность и не дает повышения коррозионной стойкости и пластичности.

Формула изобретения

Износостойкий спеченный материал, содержащий железо, хром, молибден, углерод и карбид хрома, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,6-0,2
Хром - 12-14
Молибден - 1,5-2,5
Карбид хрома - 10-20
Медь - 5-15
Железо - Остальноее

РИСУНКИ

Рисунок 1