RU2062813C1 - Abrasion-resistant material - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: proposed material contains (mass %): titanium carbide 10-60, nickel 4-15, carbon 0.2-1.5, cobalt 1-6 and ferrum the rest. EFFECT: improves quality of desired material. 1 tbl

Description

Предполагаемое изобретение относится к металлургии, в частности к материалам с высокой стойкостью к абразивному износу. The alleged invention relates to metallurgy, in particular to materials with high resistance to abrasion.

Известен состав, изготовленный методом литья из коррозионно-стойких металлов и содержащий, мас. углерод 0,5-3,0, хром 13-30, молибден 0,7-6,0, марганец 0,1-2,0, никель 0,5-3,0, а также карбиды хрома или титана 20-30 в виде зерен размером 8-10 мкм, которые значительно повышают срок службы получаемых из материала изделий (см. например, з. Швейцарии N 432535, кл. В 02 С 7/12, 1984; з. Японии N 60-56054, кл. D 21 D 1/30, 1985). A known composition made by casting from corrosion-resistant metals and containing, by weight. carbon 0.5-3.0, chromium 13-30, molybdenum 0.7-6.0, manganese 0.1-2.0, nickel 0.5-3.0, as well as chromium or titanium carbides 20-30 in the form of grains with a size of 8-10 microns, which significantly increase the service life of products obtained from the material (see, e.g., Switzerland No. 432535, class B 02 C 7/12, 1984; Japan No. 60-56054, class D 21 D 1/30, 1985).

Фирма Дефибратор (Швеция) выпускает сталь ТД, превосходящую по износостойкости другие известные материалы, которая содержит, мас. углерод 1,7; хром 16,5; никель 2,2; молибден 0,7; титан 1,7. При этом в готовом изделии в результате термической обработки хром и титан содержатся в виде первичных и вторичных карбидов (FeCr)₃C и TiC в количестве 20% (см. доклад ВЕЙНО Лампе "Сорта стали для сегментов размалывающих дисков").The Defibrator company (Sweden) produces TD steel, superior in wear resistance to other known materials, which contains, by weight. carbon 1.7; chrome 16.5; nickel 2.2; molybdenum 0.7; titanium 1.7. Moreover, in the finished product, as a result of heat treatment, chromium and titanium are contained in the form of primary and secondary carbides (FeCr) ₃ C and TiC in the amount of 20% (see the report by VEINO Lampe “Steel grades for grinding disk segments”).

Недостатком известных решений является сложность регулирования физико-механических характеристик материалов. Одним из методов повышения физико-механических характеристик в сталях является введение карбидов тугоплавких металлов в процессе разливки, в результате чего получается механическая смесь двух компонентов, в которой карбиды являются составной частью. Однако распределение карбидов по массе металла неравномерно и является трудноуправляемым процессом, поэтому структура полученного металла неоднородна и не обеспечивает стабильности полученных свойств, что ведет к снижению срока службы изделий, ухудшает качество массы. A disadvantage of the known solutions is the difficulty of regulating the physicomechanical characteristics of materials. One of the methods for increasing the physicomechanical characteristics in steels is the introduction of carbides of refractory metals during the casting process, resulting in a mechanical mixture of two components in which carbides are an integral part. However, the distribution of carbides by weight of the metal is uneven and difficult to control, therefore, the structure of the obtained metal is heterogeneous and does not ensure the stability of the obtained properties, which leads to a decrease in the service life of the products and affects the quality of the mass.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является износостойкий материал, содержащий карбид титана, железо, никель, кремний и углерод в следующем соотношении, мас. The closest set of features to the claimed is a wear-resistant material containing titanium carbide, iron, nickel, silicon and carbon in the following ratio, wt.

Железо 13,26-44,11
Никель 2-15
Кремний 0,32-1,5
Углерод 0,09-0,35
Карбид титана остальное.Iron 13.26-44.11
Nickel 2-15
Silicon 0.32-1.5
Carbon 0.09-0.35
Titanium carbide rest.

Недостатком данного материала является сложность его изготовления, в частности длительный размол шихты с твердосплавными шарами (до 72 ч), которое может изменить химический состав стали и, следовательно, структуру связки после спекания, что затрудняет выбор режимов термической обработки. Предварительное спекание в водороде при температуре 650-700^oC в течение 30 мин не придает прессовкам достаточной прочности. Вместе с тем относительно узкий интервал варьирования содержания углерода затрудняет выбор оптимальной температуры спекания.The disadvantage of this material is the complexity of its manufacture, in particular, the long grinding of the mixture with carbide balls (up to 72 hours), which can change the chemical composition of steel and, consequently, the structure of the binder after sintering, which makes it difficult to choose heat treatment modes. Preliminary sintering in hydrogen at a temperature of 650-700 ^o C for 30 minutes does not give the compacts sufficient strength. However, the relatively narrow range of variation in carbon content makes it difficult to choose the optimal sintering temperature.

Заявляемый износостойкий материал, содержащий железо, карбид титана, никель и углерод отличается тем, что он дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас. The inventive wear-resistant material containing iron, titanium carbide, nickel and carbon is characterized in that it additionally contains cobalt in the following ratio of components, wt.

Карбид титана 10-60
Никель 4-5
Углерод 0,2-1,5
Кобальт 1-6
Железо остальное
Предлагаемый состав, содержащий карбид титана в качестве наполнителя и остальные компоненты в качестве связующего, позволяет повысить износостойкость материала и упростить технологию получения из него изделий.Titanium Carbide 10-60
Nickel 4-5
Carbon 0.2-1.5
Cobalt 1-6
Iron rest
The proposed composition containing titanium carbide as a filler and other components as a binder, allows to increase the wear resistance of the material and simplify the technology for obtaining products from it.

Введение в состав материала кобальта, взятого в количестве 1-6 мас. усиливает пластичность связующей, облегчает протекание пластической деформации, обеспечивает равномерность распределения атомов углерода, способствует уменьшению остаточного аустенита настолько и в таких пределах, которые обеспечивают значительное повышение уровня износостойкости. При снижении содержания кобальта в порошковой стали ниже 1,0 мас. увеличивается содержание остаточного аустенита после спекания композиции (30-40%), что ухудшает износостойкость. В случае содержания кобальта более 6,0 мас. сталь приобретает хрупкость, что также приводит к снижению износостойкости средства, но из-за выкрашивания связующей и зерен карбида титана. Introduction to the composition of the cobalt material taken in an amount of 1-6 wt. enhances the ductility of the binder, facilitates the flow of plastic deformation, ensures a uniform distribution of carbon atoms, helps to reduce residual austenite to such an extent that provides a significant increase in the level of wear resistance. With a decrease in the cobalt content in powder steel below 1.0 wt. the content of residual austenite increases after sintering of the composition (30-40%), which impairs wear resistance. In the case of cobalt content of more than 6.0 wt. steel becomes brittle, which also leads to a decrease in the wear resistance of the product, but due to the chipping of the binder and grains of titanium carbide.

При содержании в материале никеля более 15 мас. понижается точка начала мартенситного превращения, повышается процент остаточного аустенита, что приводит к ухудшению износостойкости, быстрой выработке связующего. При содержании никеля менее 4,0 мас. у связующей снижается вязкость, повышается хрупкость, что способствует снижению износостойкости и ухудшению качества получаемой массы при измельчении. When the content in the material of Nickel more than 15 wt. the point of the onset of martensitic transformation decreases, the percentage of residual austenite increases, which leads to a deterioration in wear resistance, and rapid production of a binder. When the Nickel content is less than 4.0 wt. the binder viscosity decreases, brittleness increases, which helps to reduce wear resistance and deteriorate the quality of the resulting mass during grinding.

Наличие в материале графита в количестве 0,2-1,5 мас. придает твердость связующей. The presence in the material of graphite in an amount of 0.2-1.5 wt. gives hardness to the binder.

Предлагаемое техническое решение характеризуется следующими примерами конкретного выполнения. The proposed technical solution is characterized by the following examples of specific performance.

Для приготовления шихты использовали коллоидально-графитовый препарат марки С-1 ОСТ 6-09-431-75, порошок никеля карбонильного марки ПНК-ОТ4 ГОСТ 9722-79, порошок кобальта ПК-1 ГОСТ 9721-79, порошок железа марки ПЖРВ 2.200.26 ТУ 14-1-38-82-85, порошок карбида титана ТУ 48 А3 СССР 14-81 крупностью 10-60 мкм. При уменьшении размеров зерен карбида титана ниже 10 мкм увеличивается расход электроэнергии на размол, становится трудно получать требуемую степень помола, масса начинает "пригорать" в зоне размола. При увеличении размера зерен наполнителя более 60 мкм он начинает выкрашиваться, ухудшается износостойкость. The mixture was prepared using a colloidal graphite preparation of the S-1 OST grade 6-09-431-75, nickel powder of the carbonyl grade PNK-OT4 GOST 9722-79, cobalt powder PK-1 GOST 9721-79, and iron powder of the ПЖРВ 2.200.26 grade TU 14-1-38-82-85, titanium carbide powder TU 48 A3 USSR 14-81 with a particle size of 10-60 microns. With a decrease in the grain size of titanium carbide below 10 μm, the electric energy consumption for grinding increases, it becomes difficult to obtain the required degree of grinding, the mass begins to “burn” in the grinding zone. With an increase in the grain size of the filler over 60 μm, it begins to crumble, and wear resistance deteriorates.

Шихту получали механическим смешиванием компонентов в двухконусном смесителе. Прессование образцов в форме цилиндров диаметром 15 мм и высотой 20 мм проводили при давлении 400 МПа. Полученные образцы спекали вначале в атмосфере осушенного водорода с точкой росы 30^oC при температуре 800^oC в течение 1 ч, а затем в вакууме при температуре 1380-1470^oC в течение 30 мин.The mixture was obtained by mechanical mixing of the components in a double cone mixer. Pressing of samples in the form of cylinders with a diameter of 15 mm and a height of 20 mm was carried out at a pressure of 400 MPa. The obtained samples were first sintered in an atmosphere of dried hydrogen with a dew point of 30 ^° C at a temperature of 800 ^° C for 1 h, and then in vacuum at a temperature of 1380-1470 ^° C for 30 minutes.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены 32 типа образцов с различным соотношением компонентов (см. таблицу). Составы сплавов и результаты их испытаний на абразивный износ представлены в таблице (примеры 1-24 предлагаемый состав; 25-30 сплавы с запредельным содержанием компонентов связки; 31-32 сплавы с запредельным содержанием карбида титана). For experimental verification of the claimed composition were prepared 32 types of samples with different ratios of components (see table). The compositions of the alloys and the results of their abrasion tests are presented in the table (examples 1-24 of the proposed composition; 25-30 alloys with an exorbitant content of binder components; 31-32 alloys with an exorbitant content of titanium carbide).

Износостойкость (абразивный износ) определяли по методике фирмы "Сундс Дефибратор". Wear resistance (abrasive wear) was determined by the method of the company "Sunds Defibrator".

Испытания проводились при следующих условиях:
частота вращения диска 250 об/мин;
шлифовальная бумага с абразивной поверхностью из карбида кремния со средней зернистостью 79 мкм;
держатель образца вращается с частотой 52 об/мин в направлении, противоположном направлению вращения шлифовального диска;
усилие на образец составляет 9,1 г/мм²;
общее время испытаний 2 мин, регистрация уменьшения массы образца через каждые 30 с. ТТТ1 ТТТ2The tests were carried out under the following conditions:
disk rotation speed of 250 rpm;
sanding paper with an abrasive surface of silicon carbide with an average grain size of 79 microns;
the sample holder rotates at a frequency of 52 rpm in a direction opposite to the direction of rotation of the grinding disk;
the force on the sample is 9.1 g / mm ² ;
total test time 2 min, recording a decrease in sample mass every 30 s. TTT1 TTT2

Claims (1)

Износостойкий материал, содержащий железо, карбид титана, никель, кобальт и углерод, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас. Wear-resistant material containing iron, titanium carbide, nickel, cobalt and carbon, characterized in that it contains components in the following ratio, wt. Карбид титана 10-60
Никель 4-15
Углерод 0,2-1,5
Кобальт 1-6
Железо ОстальноеTitanium Carbide 10-60
Nickel 4-15
Carbon 0.2-1.5
Cobalt 1-6
Iron Else

Images