спеченный порошковый материал на основе железа

Формула изобретения

1. Спеченный порошковый материал на основе железа, содержащий хром, молибден, медь, фтористый кальций, отличающийся тем, что он дополнительно включает вольфрам при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Хром 2,7-7,5

Молибден 1,5-4,0

Медь 1,7-7,5

Фтористый кальций 1,0-12,0

Вольфрам 1,2-9,0

Железо Остальное

2. Спеченный порошковый материал по п.1, отличающийся тем, что исходная крупность основного компонента - железа составляет 20-40 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к спеченным материалам на основе железа, которые могут быть использованы в любой отрасли машиностроения для работы в условиях высоких температур, давлений, скоростной деформации, агрессивных сред и широких диапазонов режимов трения.

Известен антифрикционный материал на основе железа (авт. св. 382733, С 22 С 33/02, опубл. БИ 23, 1973 г.), который содержит легирующие компоненты, вес.%:

Углерод - 0,9-1,1

Хром - 4,0-6,0

Молибден - 4,0-10,0

Фтористый кальций - 5,0-7,0

Железо - Остальное

Известный материал предназначен для изготовления деталей, работающих на трение в среде керосина. Недостатком данного материала является его невысокая износостойкость при других условиях работы деталей и узлов.

Известен спеченный антифрикционный материал на основе железа (авт. св. 885319, С 22 С 33/02, опубл. БИ 44, 1981 г.), который содержит, вес.%:

Медь - 1,75

Углерод - 0,15-3,0

Сера - 0,2-0,3

Фосфор - 0,2-0,3

Фтористый кальций - 1,0-1,25

Железо - Остальное

Недостатком известного материала является невысокая износостойкость, обусловленная его составом, включающим серу и фосфор, которые при последующем использовании материала увеличивают хрупкость готовых изделий.

Наиболее близким по составу к предлагаемому порошковому материалу является спеченный антифрикционный материал на основе железа (авт. св. 606889, С 22 С 33/02, опубл. БИ 18, 1978 г.), имеющий следующий состав, вес.%:

Углерод - 0,9-1,1

Хром - 1,0-5,0

Молибден - 1,0-5,0

Фтористый кальций - 5,0-7,0

Железо - Остальное

Известный материал применяют при работе в условиях сухого трения и скольжения. Однако указанный порошковый материал имеет недостаточно высокие физико-механические характеристики и не может быть использован в производстве деталей для таких областей, как, например, автомобильной или авиационной, где присутствуют высокое давление и скоростные деформации.

Кроме того, в известном материале содержание легирующих компонентов в твердом растворе может находиться только в ограниченных узких пределах, что снижает и ухудшает технологичность получения порошковой композиции.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание композиционного материала на основе железа, обладающего значительно более высокими физико-механическими свойствами.

Техническим результатом при использовании изобретения является возможность получения высокотемпературных дисперсно-упрочненных материалов на основе железа для использования в любой отрасли машиностроения.

Поставленная задача достигается новой совокупностью качественного состава порошка и новым соотношением в нем легирующих компонентов, т.е. спеченный порошковый материал на основе железа, содержащий хром, молибден, медь, фтористый кальций, согласно изобретению, дополнительно включает вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хром - 2,7-7,5

Молибден - 1,5-4,0

Медь - 1,7-7,5

Фтористый кальций - 1,0-12,0

Вольфрам - 1,2-9,0

Железо - Остальное

При этом исходная крупность основного компонента составляет 20-40 мкм, а добавка фтористого кальция расширяет пределы легирования для получения твердого раствора легирующих компонентов.

Основой заявляемой порошковой композиции является порошок железа гранулометрического состава 20-40 мкм, обеспечивающий наиболее благоприятную растворимость легирующих компонентов при спекании исходного материала.

Предлагаемый качественный состав и количественное соотношение легирующих компонентов является оптимальным для обеспечения высоких физико-механических свойств спеченного материала, позволяющих использовать его для изготовления деталей, работающих в особо сложных условиях в различных областях машиностроения.

Присутствие в порошковом материале элементов VI группы периодической системы - хрома, молибдена и вольфрама значительно влияет на конечные свойства порошковых сталей, т.е. обеспечивают им возможность работы при более высоких температурах и давлении, в агрессивных средах, в режиме трения. Это происходит за счет того, что молибден и вольфрам образуют с железом твердые растворы ограниченные и неограниченные - с хромом, и при взаимодействии с фтористым кальцием, который интенсифицирует взаимную диффузию металлов и повышает их концентрацию в твердом растворе, всей системе обеспечиваются высокие физико-механические свойства.

Заявляемые содержания вышеуказанных легирующих компонентов являются оптимальными, значения их в указанных пределах обеспечивают образование общей кристаллической решетки. За пределами заявленных значений по отношению к основному элементу снижаются физико-механические характеристики спеченного материала.

Введение фтористого кальция в композицию на основе железа приводит к образованию тонкой кальций-фторидной пленки, которая активирует процесс консолидации порошков, а при спекании в атмосфере водорода фтористый кальций выделяет ионы фтора, активизирующие процесс спекания, т.е. наличие фтористого кальция обеспечивает сверхпредельную растворимость легирующих компонентов в железной порошковой матрице, что приводит к резкому повышению физико-механических свойств порошкового материала. Кроме того, фтористый кальций дает смазывающий эффект, особенно при высоких температурах, что в свою очередь оказывает положительное влияние на повышение механических свойств спеченного материала.

Количественные пределы содержания фтористого кальция установлены экспериментально по отношению к содержанию остальных компонентов смеси и являются оптимальными.

Экспериментальное изучение образцов спеченных порошков показало, что наличие меди в заявляемой композиции влияет на стабилизацию электронной структуры, а совместно с фтористым кальцием медь обеспечивает однородность распределения в твердом растворе легирующих компонентов - молибдена и вольфрама.

Рентгенографические исследования доказывают, что содержание меди 1,7-7,5 мас. % является необходимым и достаточным для получения высоких физико-механических свойств.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Композиции получали путем смешивания исходных компонентов: железо особо чистое, молибден чистый, хром чистый, медь чистая, вольфрам, фтористый кальций.

Полученные смеси прессовали при давлении 8 т/см³ и спекали в атмосфере водорода в течение 2 ч при температуре 1200^oС с точкой росы 25-45^oС до полной гомогенизации легирующих компонентов в железе.

Свойства полученных спеченных материалов исследовали методами микроструктурного, термического и рентгеновского анализов.

Исследуемые составы композиций, результаты их испытаний и полученные физико-механические свойства приводятся в таблице.

Как видно из представленных данных, предлагаемый материал по сравнению с известным обеспечивает более высокие физико-механические свойства.