СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИОННО-НЕОДНОРОДНЫХ ТРИПСТАЛЕЙ, ПРОПИТАННЫХ МЕДЬЮ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИОННО-НЕОДНОРОДНЫХ ТРИПСТАЛЕЙ, ПРОПИТАННЫХ МЕДЬЮ


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2291031 (13) C1

(51) МПК
B22F 3/26 (2006.01)
C22C 33/02 (2006.01)
C22C 1/05 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.01.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005117885/02 
(22) Дата подачи заявки: 2005.06.09 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.06.09 
(45) Опубликовано: 2007.01.10 
(56) Аналоги изобретения: ШАЦОВ А.А. и др. Инфильтрованные медью карбидостали со структурно-неустойчивой матрицей. Трение и износ, 1998, т.19, № 1, с.108-115. RU 2198765 С2, 20.02.2003. RU 2088375 C1, 27.08.1997. ЕР 0252048 В1, 07.01.1988. US 4485147 А, 27.11.1984. 
(72) Имя изобретателя: Шацов Александр Аронович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Шацов Александр Аронович (RU) 
(98) Адрес для переписки: 614070, г.Пермь, ул. Дружбы, 23, кв.77, А.А. Шацову 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИОННО-НЕОДНОРОДНЫХ ТРИПСТАЛЕЙ, ПРОПИТАННЫХ МЕДЬЮ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе порошковых концентрационно-неоднородных трипсталей. Может использоваться для изготовления конструкционных и износостойких деталей в машиностроении, строительной индустрии, добывающей, приборостроительной, перерабатывающей и других отраслях. Способ получения деталей включает приготовление шихты на основе железа, содержащей никель и молибден. В пресс-форме размещают упрочняющую фазу в областях последующего фрикционного взаимодействия деталей. После чего осуществляют прессование деталей и спекание с инфильтрацией пропитывающим брикетом на основе меди, содержащим 10-30% железа. Спекание проводят с обеспечением неоднородного распределения никеля и молибдена с коэффициентом вариации концентрации каждого из элементов от 0,01 до 0,6 при концентрации никеля от 2 до 6% и молибдена от 0,5 до 1%. Техническим результатом является повышение прочности, ударной вязкости и износостойкости. 2 табл.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления конструкционных и износостойких деталей строительной индустрии, машиностроительной, добывающей, приборостроительной, перерабатывающей и других отраслей промышленности.
Улучшение механических свойств и износостойкости сталей возможно за счет присутствия в структуре метастабильного аустенита. У сталей, полученных по традиционной технологии без применения методов порошковой металлургии (ПМ), фазовый переход аустенит - мартенсит деформации увеличивает износостойкость в 2-3 раза /Попов B.C., Брыков Н.Н., Фидря В.И. Испытания материалов в лабораторных условиях, имитирующие изнашивание облицовок пресс-форм. - Огнеупоры, 1984, №4, с.47-49/.
Известны порошковые материалы с повышенными механическими свойствами, в том числе износостойкостью, из диффузионно-легированных порошков, включающие:
приготовление шихты, прессование, спекание /Andersson О., Lindqvist В. Benefits of heterogeneous structures for the fatigue behaviour of PM steels //Metal Powder Report. 1990. V.45, №11. P.765-768/. Повышенные свойства материалов обеспечивает неоднородная структура с метастабильным аустенитом, затрудняющая разрушение посредством торможения движения трещины и увеличения протяженности ее фронта. Недостатком таких материалов является необходимость применения частично-легированных порошков, это повышает стоимость изделий, и далекая от оптимальной концентрационная неоднородность (из-за твердофазного спекания), что не позволяет достигнуть высоких механических свойств и износостойкости.
Исключить применение частично легированных порошков, добиться требуемых концентрационной неоднородности и количества остаточного аустенита дает возможность технология, включающая получение поликомпонентной порошковой стали, пропитанной медью, и последующую термическую обработку /Патент РФ №2198765 от 31 августа 1999 г./.
Недостаток таких материалов состоит прежде всего в сравнительно низкой по сравнению с ферротиками (карбидосталями) износостойкости, необходимость проведения закалки с 950°С концентрационно-неоднородного материала делает невозможным изготовление относительно крупных деталей из-за образования трещин, присутствие в структуре метастабильного остаточного аустенита обусловлено среди прочих факторов высоким содержанием углерода (1,5%), что понижает вязкость стали и исключает ее применение в ответственных изделиях.
Проблема повышения износостойкости может быть решена введением в псевдосплав сталь-медь карбидов. В качестве прототипа выбран способ изготовления деталей, включающий: приготовление шихты, содержащей карбидную фазу, прессование, спекание, совмещенное с инфильтрацией сплавом меди (1% графита, 5% железа, остальное - медь), и по мере неоходимости термическую обработку /Шацов А.А., Смышляева Т.В. Инфильтрированные медью карбидостали со структурно-неустойчивой матрицей //Трение и износ, 1988, №1, с.108-115/. Упрочняющей фазой в способе-прототипе является карбид титана, концентрация которого ограничена 5%. Т.к. угол смачивания карбидов титана медью более 90°, то дальнейшее повышение содержания TiC приводит к затруднению инфильтрации и ухудшению стабильности свойств. Общее содержание карбидов, включая образованные при спекании и/или термообработке карбиды с высоким содержанием хрома, составляет 10-15%. При таком содержании карбидной фазы материалы по износостойкости вполне способны конкурировать с ферротиками, содержащими 30-40% TiC, а по вязкости существенно их превосходят. Высокая износостойкость инфильтрированных медью карбидосталей со структурно-неустойчивой матрицей обусловлена фазовыми превращениями на контактной поверхности при трении и значительным ростом работы внешних сил, необходимой для удаления частиц карбидов из метастабильной матрицы. В результате частицы не выкрашиваются и остаются в матрице до их полного износа. Таким образом способ-прототип по сочетанию эксплуатационных характеристик существенно превосходит аналоги, но и он имеет следующие недостатки.
1. Высокое содержание фазы на основе меди с низкой износостойкостью (не менее 15-20%).
2. Относительно низкие вязкость и прочность - из-за необходимости введения в состав высокоуглеродистого псевдосплава карбидов.
3. Относительно невысокая износостойкость, обусловленная расположением упрочняющей фазы по всему объему материала, а не преимущественно на контактной поверхности.
Целью изобретения является повышение прочности, ударной вязкости и износостойкости композиционных материалов на основе порошковых концентрационно-неоднородных трипсталей, пропитанных медью.
Поставленную цель достигали тем, что на стадии прессования пластинки из твердого сплава располагали только в области контактирования элементов пары трения, толщина этих пластинок не превышала суммарной величины допуска на размер и допустимого износа детали; пропитывающий брикет содержал 10-30% порошка железа (в порошковых материалах при определенных условиях возможно существенное большее растворение железа в меди по сравнению с равновесной концентрацией даже в твердой фазе /Анциферов В.Н., Шацов А.А. Трение и изнашивание порошковой алюминиевой бронзы оптимального состава// Трение и износ. - 1996. - Т.17, №2. - С.213-217); компоненты шихты и технологию спекания выбирали так, чтобы обеспечить требуемый структурный, фазовый состав и механические свойства за счет заданной неоднородности распределения никеля и молибдена.
Сопоставление с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое изобретение отличается от прототипа улучшенными значениями прочности, вязкости и износостойкости, а значит, соответствует критерию "новизна".
Из сравнения с известным способом получения порошковых деталей ясно, что заявляемый метод позволяет получать детали с расположением упрочняющей фазы только в областях фрикционного взаимодействия, в способе-прототипе - карбиды распределены по всему объему стали; пропитывающий брикет содержит 10-30% железа (избыток железа после пропитки легко удаляется), способ-прототип предполагает содержание в пропитывающем брикете 5% железа; заявляемый способ обеспечивает иное распределение других легирующих элементов по сравнению со способом-прототипом. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "существенные отличия".
Предлагаемый способ включает: приготовление поликомпонентной шихты, расположение упрочняющей фазы так, чтобы после последующих операций эта фаза находилась в областях фрикционного взаимодействия изделия, прессование деталей, спекание, совмещенное с инфильтрацией сплавом, содержащим 10-30% железа. Режим спекания и состав шихты выбирали исходя из необходимости получения требуемых распределения элементов, структуры и свойств деталей. Ниже предлагаем пример реализации изобретения.
Образцы приготовлены по следующей технологии:
- шихту, содержащую 4% порошка никеля; 1% порошка молибдена; 0,6% порошка графита и 94,4% порошка железа марки ПЖР 3.200.28 перемешивали 8 часов в двуконусном смесителе, введя для улучшения прессуемости 0,8% стеарата цинка;
- расположение стандартных пластинок из твердого сплава марки ВК6 в пресс-форме в области последующего фрикционного взаимодействия деталей;
- прессование при давлении 350 МПа в закрытых стальных пресс-формах деталей с пластинками из твердого сплава ВК6, расположенными в заданных областях деталей;
- прессование при давлении 400 МПа пропитывающих брикетов из смеси: 20% железа, остальное - медь;
- спекание, совмещенное с пропиткой, проводили в атмосфере водорода при температуре 1150-1180°С, 40 минут.
Образцы имели следующие механические свойства: предел прочности В=1150 МПа, трещиностойкость K1c=60 МП·м1/2, ударная вязкость КС=55 кДж/м2 , твердость матрицы - 35 HRC, твердость упрочняющей фазы - 88 HRA. Варьируя содержание железа в пропитывающих брикетах, были получены механические свойства и относительная износостойкость, представленные в табл.1.
Таблица 1

Механические свойства и износостойкость деталей из композиционных материалов на основе порошковых концентрационно-неоднородных трипсталей, пропитанных медью 
Содержание железа в пропитывающем брикете,% Предел прочности В, МПа Ударная вязкость КС, кДж/м2 Твердость износостойкой поверхности Относительная износостойкость 
10 1050 50 88 HRA 8,5 
20 1150 70 88 HRA 9,5 
30 1200 70 88 HRA 10 
Прототип 560 40 40 HRC 1 

Примечание. Здесь и далее содержание компонентов дано в % по массе.
Представленные в табл.1 свойства получены при следующих значениях коэффициентов вариации концентрации V молибдена и никеля: V Mo=0,4; VNi=0,2. В качестве меры концентрационной неоднородности использовали коэффициент вариации концентрации V, равный отношению квадратного корня квадратного из дисперсии концентрации D к ее среднему значению С.
Для получения высоких эксплуатационных характеристик обсуждаемые материалы предпочтительно охлаждать с относительно невысокой скоростью после спекания. Закалку в жидкие охлаждающие среды по возможности следует исключить (так же, как и нагрев под закалку в окислительной воздушной атмосфере). Указанные особенности накладывает ограничения на состав и неоднородность распределения легирующих элементов.
Для принятых скоростей охлаждения после спекания в проходных печах концентрация никеля должна составлять 2-6%, молибдена - 0,5-1%, а концентрационная неоднородность каждого из элементов не должна превышать V=0,6. В табл.2 представлены экспериментальные результаты, подтверждающие это положение.
Варьируя технологические режимы и состав композитов, получили представленные в табл. 2 значения концентрационной неоднородности V и механических свойств. Увеличение содержания легирующих элементов сверх указанных в табл.2 значений повышает не только долю, но и стабильность аустенита, что неблагоприятно влияет на механические свойства. При более низкой концентрации никеля и молибдена доля аустенита уменьшается, кроме того, невозможно добиться большой доли мартенсита, а значит, и высоких механических свойств. Таким образом, концентрационная неоднородность распределения никеля и молибдена на уровне V=0,01-0,60 в интервале концентраций никеля 2-6% и молибдена - 0,5-1% обеспечивает присутствие метастабильного аустенита и высокие механические свойства.
Таблица 2

Влияние концентрационной неоднородности на твердость матрицы и вязкость композиционных материалов 
Содержание, % Коэффициент вариации концентрации, V Ударная вязкость КС, кДж/м 2 Твердость, HRC Остаточный аустенит, % 
никель молибден никель молибден 
2 0,5 0,5 0,6 50 15 5 
6 1 0,2 0,3 70 25 30 
6 0,5 0,2 0,4 75 30 25 
2 1 0,4 0,5 70 20 10 
4 0,5 0,01 0,2 55 35 15 

Представленные в табл.2 данные относятся к среднеуглеродистым сталям, поскольку задача стабильного получения конструкционных сталей с более узкими интервалами содержания углерода, чем 0,3%, в промышленных условиях трудно разрешима, такой же интервал варьирования содержания углерода дает и ГОСТ 28378-89.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить прочность, вязкость и износостойкость деталей из композиционных материалов на основе порошковых концентрационно-неоднородных трипсталей, пропитанных медью. Одновременно исключается брак, обусловленный термической обработкой с использованием жидких охлаждающих сред.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения деталей из композиционных материалов на основе порошковых концентрационно-неоднородных сталей, включающий приготовление шихты на основе железа, прессование деталей и спекание с инфильтрацией пропитывающим брикетом на основе меди, отличающийся тем, что готовят шихту на основе железа, содержащую никель и молибден, перед прессованием в пресс-форме размещают упрочняющую фазу в областях последующего фрикционного взаимодействия деталей, для инфильтрации используют пропитывающий брикет на основе меди, содержащий 10-30% железа, а спекание проводят с обеспечением неоднородного распределения никеля и молибдена с коэффициентом вариации концентрации каждого из элементов от 0,01 до 0,6 при концентрации никеля от 2 до 6% и молибдена от 0,5 до 1%.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru