Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ПОРОШКОВЫЙ ИЗНОСОСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2472866

(19)

RU

(11)

2472866

(13)

C2

(51) МПК C22C1/05 (2006.01)

B22F3/14 (2006.01)

C22C29/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.01.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011116594/02, 26.04.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

26.04.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 26.04.2011

(45) Опубликовано: 20.01.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2136479 С1, 10.09.1999. RU 2120491 С1, 20.10.1998. SU 602586 А1, 15.04.1978. US 6887296 В2, 03.05.2005. ЕР 0970027 В1, 29.08.2001.

Адрес для переписки:

195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, ФГБОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ"), отдел интеллектуальной собственности

(72) Автор(ы):

Гиршов Владимир Леонидович (RU),

Александров Александр Андреевич (RU),

Крупнова Ирина Владимировна (RU),

Цеменко Валерий Николаевич (RU),

Часов Валерий Викторович (RU),

Шалашов Евгений Васильевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") (RU)

(54) ПОРОШКОВЫЙ ИЗНОСОСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению износостойких материалов. Может использоваться в машиностроении для защиты деталей машин от изнашивания. Порошковый износостойкий сплав содержит износостойкий компонент в виде порошка отходов твердых сплавов и пластичную матрицу на основе меди, содержащую хром и титан. Соотношение компонентов износостойкого сплава, мас.%: медь 25-30; хром 0,8-1,0; титан 0,1-0,2; отходы твердых сплавов - остальное. Смесь порошков засыпают в предварительно изготовленный и обезжиренный контейнер, осуществляют герметизацию контейнера, нагревают его до температуры 1150-1200°С, выдерживают 15-30 мин, после чего охлаждают до температуры 950-1000°С и прессуют при давлении 150-200 МПа. Обеспечивается повышение износостойкости материала при снижении его себестоимости. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к изготовлению порошкового износостойкого материала, и может быть использовано в машиностроении для защиты деталей машин от изнашивания.

Известен наплавочный износостойкий материал [патент РФ 2164200]. Материал в качестве износостойкой фазы содержит частицы твердого сплава ВК8, полученные дроблением отходов твердосплавных элементов режущих инструментов, а в качестве матричной связки - никелевый порошок. Недостатком материала является высокая температура плавления никеля, что затрудняет его применение при инфильтрации частиц твердого сплава. Кроме того, повышенная дефицитность и стоимость никеля ограничивают возможность применения предлагаемого материала.

Материал для износостойкого покрытия [патент РФ 2349621] содержит связующее и наполнитель, при этом в качестве связующего он содержит медный сплав - латунь (в % маc: Sn 1-4; Zn 30-39; Cu - остальное). Наполнителем являются промышленные отходы высокотвердых материалов, в том числе отходы твердых сплавов на основе карбида вольфрама с кобальтом. Слишком крупные (2-4 мм) частицы твердого сплава не обеспечивают равномерное распределение наполнителя в структуре сплава, а следовательно, снизят износостойкость материала.

Общим недостатком приведенных аналогов является возможность окисления и загрязнения материала посторонними примесями, что приводит к снижению его механических свойств и износостойкости.

Известен способ получения износостойкой конструкционной порошковой стали [Патент РФ 2171159]. Способ включает приготовление порошковой смеси компонентов, прессование смеси в закрытой пресс-форме до получения пористого брикета, нагрев его в защитной атмосфере и горячую обработку давлением, при этом в порошковую смесь дополнительно вводят высокотемпературный полимер фтор-лигнин, прессование брикета из порошковой смеси в закрытой пресс-форме проводят до достижения остаточной пористости, а последующий нагрев брикета проводят с определенной скоростью и выдержкой. Недостатком способа является высокая остаточная пористость материала.

Известен способ изготовления низкопористых порошковых материалов [патент РФ 2167741]. Способ включает формование двухслойной пористой порошковой заготовки путем засыпки в пресс-форму порошка подложки и его подпрессовки давлением с последующей засыпкой легкоплавкого материала определенной массы, спекание заготовки, совмещенное с пропиткой, при этом в качестве легкоплавкого материала поверхностного слоя двухслойной заготовки используют стружковые отходы цветных сплавов на основе меди, при определенном давлении. Недостатком способа является возможность окисления материала при спекании и пропитке или необходимость применения дорогих средств защиты от окисления.

В качестве прототипа выбран «Материал матриц алмазного и абразивного инструментов и способ его изготовления» [патент РФ 2136479]. Материал матриц алмазного и абразивного инструментов содержит релит при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид вольфрама 31-59, кобальт 1,5-8, релит 20, медь 37-41, никель 4. Недостатком материала является его высокая стоимость, поскольку в качестве исходной шихты применяются дорогие первичные порошки карбида вольфрама, релита и кобальта.

Способ изготовления материала включает смешивание компонентов, прессование смеси на гидравлических прессах в пресс-формах с удельным давлением от 30 до 80 МПа, нагрев прессовок совместно с пропиточным сплавом токами высокой частоты до температуры 500-600°С со скоростью 20-30°С/мин с последующим нагревом до температуры (1083-1140)+20°С со скоростью 90-100°С мин и выдержкой для инфильтрации пропиточного сплава в жидкотекучем состоянии и прессовку материала в течение 120-240 с. Недостатками способа являются окисление материала и снижение его механических свойств и износостойкости вследствие нагрева до 1140°С и выдержки для инфильтрации. Проведение этой операции в защитной атмосфере для предотвращения окисления потребует применения сложного и дорогостоящего оборудования.

Задачей изобретения является повышение износостойкости материала, снижение его себестоимости.

Предложен порошковый износостойкий материал, содержащий в качестве износостойкой компоненты порошки из отходов твердых сплавов, а в качестве пластичной матрицы - медь, хром и титан в следующем соотношении, мас.%: медь 25-30; хром 0,8-1,0; титан 0,1-0,2; отходы твердых сплавов - остальное.

Предложен способ изготовления порошкового износостойкого материала, который заключается в том, что смесь порошков засыпают в предварительно изготовленный и обезжиренный контейнер, осуществляют герметизацию контейнера, нагревают его до температуры 1150-1200°С, выдерживают 15-30 мин, после чего охлаждают до температуры 950-1000°С и прессуют при давлении 150-200 МПа.

Контейнер может быть выполнен из низкоуглеродистой стали.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что:

- материал содержит в качестве износостойкой компоненты отходы твердых сплавов, что значительно снижает его себестоимость, а матрица из меди обеспечивает необходимую вязкость и пластичность. Материал содержит хром, который растворяется в меди и придает ей повышенную прочность, и титан, который при нагреве поглощает газы, что обеспечивает повышение механических свойств материала;

- в способе нагрев и выдержка порошковой смеси при высокой температуре в герметичном контейнере предотвращает окисление и загрязнение смеси, а горячее прессование смеси в герметичном контейнере обеспечивает устранение остаточных пор и повышает механические свойства материала и износостойкость.

Совокупность отличительных признаков является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи.

Медь в количестве 25-30% заполняет поры между частицами твердого сплава и регулирует соотношение твердости и прочности материала. При содержании меди менее 25% остаются незаполненными отдельные поры и прочность материала снижается. При содержании меди более 30% снижается твердость материала. При содержании хрома менее 0,8% упрочняющий эффект реализуется не полностью. Содержание хрома более 1,0% не создает дополнительного упрочнения. При содержании титана менее 0,1% его сорбционная емкость недостаточна для поглощения всех газов. Содержание титана более 0,2% не влияет на пористость, но повышает себестоимость сплава. При температуре нагрева контейнера менее 1150°С жидкая медь не обладает достаточной жидкотекучестью для заполнения мелких поровых каналов. Нагрев до температуры свыше 1200°С не требуется по техническим соображениям и приведет к излишнему расходу энергии. Выдержка контейнера с порошковой смесью в течение 15-30 мин требуется для полной инфильтрации износостойкой компоненты медным сплавом. При выдержке менее 15 мин возможно наличие в материале незаполненных медным сплавом пор. При выдержке более 30 мин имеет место излишний расход энергии. Охлаждение контейнера с инфильтрованным порошковым материалом до 950-1000°С необходимо для затвердевания медного сплава, поскольку последующее прессование контейнера при наличии в нем жидкой фазы недопустимо по соображениям техники безопасности. Охлаждение до температуры выше 1000°С не гарантирует полного отсутствия жидкой фазы. Охлаждение до температуры ниже 950°С повысит сопротивление материала уплотнению при последующем прессовании. Давление прессования в интервале 150-200 МПа обеспечивает устранение остаточной пористости и несплошностей в контейнере, образовавшихся в результате возможной усадки материала. При давлении менее 150 МПа возможно содержание в структуре материала повышенной пористости. При давлении более 200 МПа имеет место излишний расход энергии и повышенный износ технологической оснастки.

Для получения материала и реализации способа предварительно изготавливают тонкостенный контейнер коробчатой формы из низкоуглеродистой, хорошо сваривающейся стали, например Ст.10, Ст.20. Смешивают порошки, полученные механическим измельчением твердого сплава, например сплава ВК6, порошки меди, хрома и титана в заданном соотношении. Порошковую смесь засыпают в контейнер и герметизируют его приваркой крышки. Контейнер с порошковой смесью загружают в нагревательное устройство, например в муфельную электрическую печь, нагревают до заданной температуры, выдерживают заданное время для инфильтрации, охлаждают до заданной температуре и прессуют (осаживают) под прессом при заданном давлении.

Контроль качества материала осуществляют по пределу прочности при изгибе ( изг ), твердости (HV) и наличию остаточных пор. Качество считается удовлетворительным при изг 1200 МПа, HV 3000 МПа и пористости 1%. Конкретные примеры осуществления изобретения при разных исходных параметрах представлены в таблице.

опыта

Cu %

Cr %

Ti %

Отходы твердых сплавов %

t н °С

Т мин

t ох °С

Р МПа

изг МПа

HV МПа

% Пор.

1

20

1,0

0,2

78,8

1200

30

950

200

1180

3300

1

2

25

1,0

0,2

73,8

1200

30

950

200

1200

3210

1

3

27

1,0

0,2

71,8

1200

30

950

200

1225

3120

1

4

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

950

200

1245

3010

1

5

35

1,0

0,2

63,8

1200

30

950

200

1260

2770

1

6

30

0,6

0,2

69,2

1200

30

950

200

1150

2900

1

7

30

0,8

0,2

69,0

1200

30

950

200

1210

3110

1

8

30

0,9

0,2

68,9

1200

30

950

200

1225

3230

1

9

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

950

200

1250

3300

1

10

30

1,0

0,1

68,9

1200

30

950

200

1200

3120

1

11

30

1,0

0,15

68,85

1200

30

950

200

1245

3150

1

12

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

950

200

1270

3190

1

13

30

1,0

0,3

68,7

1200

30

950

200

1290

3200

1

14

30

1,0

0,2

68,8

1100

30

950

200

1190

2800

1

15

30

1,0

0,2

68,8

1150

30

950

200

1200

3100

1

16

30

1,0

0,2

68,8

1175

30

950

200

1260

3060

1

17

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

950

200

1290

3000

1

18

30

1,0

0,2

68,8

1200

10

950

200

1050

2600

1

19

30

1,0

0,2

68,8

1200

15

950

200

1200

3150

1

20

30

1,0

0,2

68,8

1200

25

950

200

1240

3100

1

21

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

950

200

1270

3000

1

22

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

900

200

1090

2900

1

23

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

950

200

1240

3100

1

24

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

975

200

1260

3050

1

25

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

1000

200

1290

3000

1

26

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

1100

200

1240

2900

1

27

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

950

100

1185

2700

5

28

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

950

150

1200

3000

1

29

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

950

175

1220

3140

1

30

30

1,0

0,2

68,8

1200

30

950

200

1245

3260

1

31

30

1

0,2

68,8

1200

30

950

250

1270

3350

1

Прототип

1050

2520

10

t н , t ox - температура нагрева и охлаждения контейнера с порошковой смесью; Т - время выдержки при нагреве; Р - давление прессования.

Предложенный износостойкий материал, полученный описанным выше способом, обладает высокими прочностью ( изг - 1200 МПа) и твердостью (HV 3000 МПа), низкой пористостью ( 1%), и низкой себестоимостью.

Формула изобретения

1. Порошковый износостойкий сплав, содержащий износостойкий компонент в виде порошка твердого сплава и пластичную матрицу на основе меди, отличающийся тем, что в качестве износостойкой компоненты сплав содержит порошок отходов твердого сплава, а матрица на основе меди дополнительно содержит хром и титан, при следующем соотношении компонентов сплава, мас.%:

медь

25-30

хром

0,8-1,0

титан

0,1-0,2

отходы твердых сплавов

остальное

2. Способ изготовления порошкового износостойкого сплава по п.1, включающий смешивание порошков, засыпку смеси в предварительно изготовленный и обезжиренный контейнер, герметизацию контейнера, нагрев его до температуры 1150-1200°С, выдержку в течение 15-30 мин для инфильтрации, последующее охлаждение до температуры 950-1000°С и прессование при давлении 150-200 МПа.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что контейнер выполнен из низкоуглеродистой стали.