Способ получения металлокерамического термостойкого материала
Владельцы патента RU 2455376:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения металлокерамических композиционных материалов. Может использоваться в химической промышленности, авиационном машиностроении и энергетике. Готовят смесь порошка стали, содержащей 18-27 мас.% хрома и 4,8-7 мас.% алюминия, и порошка, содержащего фторид кальция и углерод, который вводят в смесь в количестве 7-12 мас.% с обеспечением содержания углерода в смеси 0,02-1,5 мас.%. Полученную смесь прессуют и спекают в восстановительной атмосфере в две стадии. Первую стадию проводят при температуре 350-450°C в течение 8-15 часов, а вторую - при температуре 1250-1380°C в течение 4-8 часов. Полученный материал обладает жаростойкостью до 1380°С и сочетает удовлетворительные антифрикционные свойства и твердость. 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано в химической промышленности, авиационном машиностроении и энергетике.
Известен способ получения металлокерамического термостойкого материала, включающий получение смеси порошка стали, содержащей хром и молибден, и порошка твердой смазки (например, фторида кальция), прессование полученной смеси и последующее спекание полученной заготовки в восстановительной атмосфере (см. Дзнеладзе Ж.И. и др. Порошковая металлургия сталей и сплавов, Москва, Металлургия, 1978, стр.222-223). Известный способ принят в качестве ближайшего аналога заявленного способа.
Недостаток известного способа состоит в том, что для его осуществления требуется дорогостоящий молибден, что делает его неоправданно затратным. Кроме этого, при реализации известного способа жаростойкость материала ограничена 750°С.
Задача заявленного изобретения состоит в получении материала, обладающего жаростойкостью до 1380°С, сочетающего удовлетворительные антифрикционные свойства и невысокую твердость, с использованием малозатратной технологии.
Указанная задача решается посредством осуществления способа получения металлокерамического термостойкого материала, включающего получение смеси порошка стали, содержащей хром, и порошка твердой смазки, прессование полученной смеси и последующее спекание полученной заготовки в восстановительной атмосфере, в котором для получения смеси используют порошок стали, содержащей 18-27 мас.% хрома и 4,8-7 мас.% алюминия, в качестве порошка твердой смазки используют порошок, содержащий фторид кальция и углерод, который вводят в смесь в количестве 7-12 мас.% с обеспечением содержания углерода в смеси 0,02-1,5 мас.%, а спекание осуществляют в две стадии, при этом первую стадию проводят при температуре 350-450°С в течение 8-15 часов, а вторую стадию - при температуре 1250-1380°С в течение 4-8 часов.
Экспериментально установлено, что содержание в материале хрома ниже 18 мас.%, а алюминия ниже 4,8 мас.% приводит к снижению жаростойкости материала, а содержание хрома выше 27 мас.%, а алюминия выше 7% приводит к повышению хрупкости материала, а следовательно, к снижению технологической прочности материала.
Также установлено, что содержание в материале углерода ниже 0,02 мас.%, а суммарно фторида кальция и углерода ниже 7 мас.% приводит к ухудшению антифрикционных свойств материала, а содержание углерода выше 1,5 мас.%, а суммарно фторида кальция и углерода выше 12 мас.% приводит к снижению технологической прочности материала.
Кроме этого, установлено, что спекание заготовки в первую стадию при температуре ниже 350°С, а во вторую стадию при температуре ниже 1250°С приводит к ухудшению прочностных характеристик материала. Также установлено, что спекание заготовки в первую стадию при температуре выше 450°С приводит к выделению упрочняющей фазы, которая приводит к нежелательному повышению твердости материала, а спекание заготовки во вторую стадию при температуре выше 1380°С приводит к нежелательному взаимодействию фторида кальция с металлом матрицы.
Спекание заготовки в первую стадию в течение менее 8 часов, а во вторую стадию менее 4 часов приводит к снижению технологической прочности, а спекание заготовки в первую стадию в течение более 15 часов, а во вторую стадию более 8 часов приводит к нежелательному повышению твердости материала.
Ниже представлен пример осуществления заявленного способа.
Получают восстановленный порошок жаростойкой стали, содержащей 20 мас.% хрома, 5,5 мас.% алюминия, с разветвленной формой частиц. Приготавливают порошок, содержащий фторид кальция и углерод. Восстановленный порошок в смесителе смешивают с приготовленным порошком из расчета введения в смесь суммарно фторида кальция и углерода 8 мас.% и углерода 0,8 мас.%.
Полученную смесь прессуют в пресс-формах (например, на гидропрессах при удельном давлении не менее 5 т/см2 или посредством гидростатического прессования при удельном давлении не менее 1000 Бар).
Полученные заготовки спекают в восстановительной атмосфере в две стадии. В первую стадию заготовку спекают при температуре 400°С в течение 15 часов, а во вторую стадию заготовку спекают при температуре 1300°С в течение 6 часов.
Ниже приведены Таблицы 1 и 2 с результатами испытаний, подтверждающими достижение технического результата.
| Таблица 1 | ||||
| Хим. состав. % по массе | Параметр | |||
| Fe | Сr | Аl | σизг, МПа | +Δm1100°C, г/м2·час |
| основа | 17 | 4,0 | 450-500 | 0,12 |
| основа | 18 | 4,8 | 400-450 | 0,08 |
| основа | 23 | 6,0 | 400-440 | 0,07 |
| основа | 27 | 7,0 | 380-410 | 0,06 |
| основа | 28 | 8,0 | 260-300 | 0,06 |
| Таблица 2 | ||||
| Хим. состав твердой смазки. % по массе | Параметр | |||
| С | Са | Σ(C+CaF2)% по массе | Коэффициент трения, µ | σизг, МПа |
| 0,01 | 17 | 6,81 | 0,50-0,55 | 430-460 |
| 0,02 | 18 | 7,0 | 0,43-0,45 | 410-440 |
| 1,5 | 23 | 12,0 | 0,42-0,44 | 400-420 |
| 1,6 | 27 | 13,1 | 0,36-0,43 | 230-260 |
Способ получения металлокерамического термостойкого материала, включающий получение смеси порошка стали, содержащей хром, и порошка твердой смазки, прессование полученной смеси и последующее спекание полученной заготовки в восстановительной атмосфере, отличающийся тем, что для получения смеси используют порошок стали, содержащей 18-27 мас.% хрома и 4,8-7 мас.% алюминия, в качестве порошка твердой смазки используют порошок, содержащий фторид кальция и углерод, который вводят в смесь в количестве 7-12 мас.% с обеспечением содержания углерода в смеси 0,02-1,5 мас.%, а спекание осуществляют в две стадии, при этом первую стадию проводят при температуре 350-450°C в течение 8-15 ч, а вторую стадию - при температуре 1250-1380°C в течение 4-8 ч.
