Порошковый конструкционный износостойкий материал на основе железа

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым конструкционным износотойким материалам на основе железа. Сущность изобретения: предложенный материал характеризуется тем, что дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит 0,5 - 1,5, чугун 4,0 - 5,0; хромистая сталь 10,0 - 12,0, железо - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к материаловедению износостойких материалов, изготовляемых методом порошковой металлургии.

Известна износостойкая шарико- и роликоподшипниковая сталь ШХ15 (ГОСТ 801-78), содержащая 0,95-1,05% углерода, 1,30-1,65% хрома.

Ближайшим аналогом является металлокерамический материал на основе железа, состав которого следующий, мас. Чугунный порошок 20-30 Стальной порошок марки Х30 10-12 Железо Остальное Износостойкость указанного материала в 1,5-2,0 раза выше легированной стали ШХ15. Повышение износостойкости материала достигается путем образования в нем гетерогенной структуры вследствие неполного растворения в железной матрице включений чугуна и стали Х30.

Недостатком этого материала является высокая чувствительность одного из компонентов исходной смеси, а именно стали Х30, к малым количествам окисляющих примесей как в исходных порошках, так и в среде спекания, вследствие чего на поверхности частиц стали Х30 образуется хрупкая оксидная пленка состава FeCr₂O₄, ухудшающая связь хромистых включений с матрицей и обуславливающая их выкрашивание во время работы на износ. При этом прочность материала на разрыв снижается на 25-40% резко падает сопротивление износу.

Задача изобретения заключается в повышении прочности и износостойкости материала за счет устранения окисляемости хромистой стали, например Х30, во время спекания или нагрева под штамповку.

Сущностью изобретения является то, что в известный состав порошковой смеси, содержащей порошки железа, хромистой стали, дополнительно вводится высокоактивный малозольный графит при следующем соотношении компонентов, мас. Порошок графита 0,5-1,5 Порошок чугуна 4,0-5,0 Порошок хромистой стали 10,0-12,0 Порошок железа Остальное Вводимый графит может быть марок "ГС", -ГК", порошок хромистой стали марки Х30.

Отличительным от прототипа признаком является введение в состав исходной смеси порошка графита. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию "новизна".

Отличительный признак, выражающийся в изменении состава исходной смеси при содержании порошка хромистой стали в количестве 10,0-12,0% порошка графита 0,5-1,5% порошка чугуна 4,0-5,0% железо остальное, в известных решениях при анализе патентной и технической литературы не обнаружен.

Предложенный материал сохраняет гетерогенную структуру, а за счет введенного в состав исходной смеси порошка графита, который распределяется на поверхности частиц хромистой стали, образуется концентрация углерода, достаточная для предотвращения образования оксидной пленки на ее границах.

Технология получения материала включает следующие операции: приготовление шихты, холодное прессование заготовок при давлении 400-700 МПа, спекание при температурах 1150-120^оС, горячая штамповка от 1150^оС и выше, закалка с 820-860^оС, отпуск при 180-250^оС.

П р и м е р. Проводили сравнительные исследования прочности и износостойкости материалов составов Fe + 10% Х30 + 25% чугун и Fe + (9-13)% Х30 + (3-6)% чугун + 0,3-1,7% графит, полученных методом горячей штамповки.

Исходными компонентами служили железный порошок марки ПЖРВЗ.200.28 по ТК 14-1-3882-85 Сулинского металлургического завода. дробь техническая чугунная ДЧК-03 по ГОСТ 11964-66, порошок Х30 Броварского завода порошковой металлургии по ТУ 147-01-19-84, графит марки ГК-1 по ГОСТ 4404-78 производства Завальевского графитового комбината. Перед применением порошок Х30 и чугунную дробь просеивали через сито 100 мкм. В состав шихты для улучшения смешиваемости компонентов вводили 0,3% масла индустриального И-20А по ГОСТ 20799-75.

Технология получения материалов включает следующие операции: приготовление шихты, холодное прессование заготовок при давлении 550 МПа, спекание при 1200^оС в среде осушенного водорода до точки росы -(302)^оС, горячая штамповка с предварительным нагревом заготовок в среде аргона при 1180^оС, закалка в воде с 840^оС, отпуск при 200^оС в течение 1 ч.

Пористость материалов после штамповки составляла 2-3% В табл.1 приведено содержание углерода в штампованных материалах, твердость после термической обработки результаты исследования прочности на растяжение материалов, проведенные по ГОСТ 18227-85. При практически одинаковом содержании углерода и равной твердости материал состава Fe + 10% Х30 + 5% чуг. + 1,5% гр. имеет прочность на растяжение в 1,3-1,4 раза выше, чем состава Fe + 10% Х30 + 25% чугун.

Сравнительные испытания на износ проводили по схеме вал-вкладыш, где вкладышем является образец из испытываемых материалов, а валом контртело из закаленной стали 45 (HRC 45-50). Испытание проводили на воздухе в условиях сухого трения, ступенчатого повышения нагрузки при скорости скольжения 2 м/с. Определяли линейный износ с точностью до 25 мкм/км. Результаты испытаний на износ и трение приведены в табл.2. Материалы, в которые вводили графит и после спекания содержали 0,6% С и более, имеют износ значительно ниже, чем материал состава Fe + 10% Х30 + 25% чугун. Более высокая износостойкость и прочность материалов, содержащих графит, объясняется отсутствием образования оксидной пленки вокруг включений Х30. В материале состава Fe + 10% Х30 + 25% чугун наблюдается образование при спекании хрупкой оксидной пленки состава FeCr₂О₄ вокруг включений Х30, наличие которой разупрочняет материал и повышает износ в результате выкрашивания включений Х30 при трении в связи с низкой прочностью их связи с основой.

Преимуществом материалов из заявляемых композиций является повышенная их прочность и износостойкость.

Формула изобретения

ПОРОШКОВЫЙ КОНСТРУКЦИОННЫЙ ИЗНОСОСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, содержащий чугун и хромистую сталь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.%: Графит - 0,5 - 1,5 Чугун - 4,0 - 5,0 Хромистая сталь - 10,0 - 12,0 Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2