твердый сплав для высокотемпературных подшипников

Формула изобретения

Твердый сплав для высокотемпературных подшипников, содержащий карбид титана, никель и молибден, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбид ниобия при следующем соотношении ингредиентов, маc.%: Ni - 10,0-30,0; Мо - 2,0 - 4,0; NbC - 11,3-16,5; TiC - остальное.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении деталей подшипников качения, работающих в условиях воздействия высоких температур.

Классический материал твердого сплава, применяемого для высокотемпературных подшипников, должен обладать высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, структурной однородностью и эти его свойства должны обязательно сочетаться с достаточной пластичностью. Кроме того высокотемпературные подшипники должны обладать высокой жаростойкостью, поскольку недостаточная жаростойкость сплавов приводит к быстрому разрушению деталей подшипников под действием высоких температур и динамических напряжений, возникающих при эксплуатации узлов, где они используются.

Известен высокотемпературный твердый сплав на основе карбида титана с различными добавками, включая ниобий, обладающий высокими прочностными характеристиками (патент ФРГ 2711509. С 22 С 29/00, 1983).

Однако он обладает низкой пластичностью и нашел применение в основном для изготовления режущих инструментов.

Известен также коррозийно-стойкий высокотемпературный спеченный сплав, принятый за прототип, состоящий из 42-72% карбидов титана, 4-15% твердого раствора сложного карбида из никеля, тантала, карбидов титана, ниобия и углерода, 20-50% металлической связки из сплава Ni-Mo (патент США 2711009, кл. НКИ 29-182.7. 1955). Однако такой сплав не обладает достаточной пластичностью и жаростойкостью и не годится для изготовления высокотемпературных подшипников.

Техническим результатом заявляемого изобретения является твердый сплав для высокотемпературных подшипников, обладающий повышенными прочностными характеристиками, жаростойкостью и износостойкостью при достаточной пластичности за счет введения в сплав карбида ниобия и более рационального набора количества компонентов сплава.

Технический результат достигается тем, что композиция предлагаемого твердого сплава содержит карбид титана, никель и молибден. При этом дополнительно он содержит карбид ниобия, а ингредиенты взяты в следующем соотношении, мас.: Ni 10,0-30,0; Мо 2,0-4,0; NbC 11,3-16,5; TiC-остальное.

Введение карбидов ниобия позволяет повысит твердость, жаростойкость, а также снизить истираемость композитного сплава.

В результате лабораторных исследований предлагаемого твердого сплава была установлена температура его разупрочнения 800^oС. Этот сплав показал более высокую, по сравнению с прототипом, контактную выносливость и контактную ползучесть при напряжениях 30.000-45.000 кг/см^2. Это означает, что изделия из предлагаемого сплава могут эксплуатироваться при 700-800^oС и кратковременно в течение по крайней мере 3 ч при 850-900^oС.

Исследования проводились со сплавом следующего cocтава, мас%: сложный титанониобиевый карбид - 74; никель - 23; молибден - 3. Он оказался более прочным и износостойким по сравнению с прототипом.

Прочностные свойства и жаростойкость предлагаемого сплава oпpeделялись на стандартных образцах, принятых для данного вида испытаний для твердых сплавов, а также дополнительно проводились испытания на контактную ползучесть на образцах при 700, 800, 900 и 1000^oС.

Образцы нагружались постоянной нагрузкой Р=425 кг и выдерживались под нагрузкой после нагрева до температуры испытания в течение 16 ч.

Испытания показали, что средняя температура разупрочнения предлагаемого сплава составляет 800^oС.

Испытания износостойкости сплава при нагрузке Р=2 и 6 кг (20.000 кг/см²) при 20^oC в паре с шариками из того же сплава показали, что износ колец и шариков после 3-часового испытания не наблюдался.

Исследование контактной выносливости и ползучести производилось на плоских образцах (контакт шарика с плоскостью) в подшипниковом узле, собранном по типу упорного подшипника с одним плоским кольцом при скорости вращения 2200 об/мин. Результаты испытаний показали высокую температуру разупрочнения, равную 800^oС.

Высокотемпературные испытания образцов в виде подшипника качения 8100, изготовленного из предлагаемого сплава, показали, что этот материал может кратковременно эксплуатироваться в условиях температуры 900^oС в агрессивной среде.

Результаты испытаний приведены в таблицах.

Предлагаемый твердый сплав титанониобиевого карбида никель-молибденовой связкой является новым по сравнению с прототипом, обладает изобретательским уровнем по сравнению с известным техническим уровнем и является промышленно применимым, то есть отвечает признакам изобретения.