Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

порошковый износостойкий материал и способ его изготовления

Классы МПК:C22C1/05 смеси металлического порошка с неметаллическим
B22F3/14 с одновременным проведением процесса уплотнения и спекания 
C22C29/00 Сплавы на основе карбидов, оксидов, боридов, нитридов или силицидов, например керметы, или других соединений металлов, например оксинитридов, сульфидов
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-04-26
публикация патента:

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 (порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 изг), твердости (HV) и наличию остаточных пор. Качество считается удовлетворительным при порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 изгпорошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1200 МПа, HVпорошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 3000 МПа и пористости порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1%. Конкретные примеры осуществления изобретения при разных исходных параметрах представлены в таблице.

№ опытаCu %Cr % Ti %Отходы твердых сплавов %t н °С Т минtох °СР МПа порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 изг МПа HV МПа% Пор.
1 201,0 0,278,8 120030 950200 11803300 порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
225 1,00,2 73,81200 30950 2001200 3210порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
327 1,00,2 71,81200 30950 2001225 3120порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
430 1,00,2 68,81200 30950 2001245 3010порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
535 1,00,2 63,81200 30950 2001260 2770порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
630 0,60,2 69,21200 30950 2001150 2900порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
730 0,80,2 69,01200 30950 2001210 3110порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
830 0,90,2 68,91200 30950 2001225 3230порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
930 1,00,2 68,81200 30950 2001250 3300порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
1030 1,00,1 68,91200 30950 2001200 3120порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
1130 1,00,15 68,851200 30950 2001245 3150порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
1230 1,00,2 68,81200 30950 2001270 3190порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
1330 1,00,3 68,71200 30950 2001290 3200порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
1430 1,00,2 68,81100 30950 2001190 2800порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
1530 1,00,2 68,81150 30950 2001200 3100порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
1630 1,00,2 68,81175 30950 2001260 3060порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
1730 1,00,2 68,81200 30950 2001290 3000порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
1830 1,00,2 68,81200 10950 2001050 2600порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
1930 1,00,2 68,81200 15950 2001200 3150порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
2030 1,00,2 68,81200 25950 2001240 3100порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
2130 1,00,2 68,81200 30950 2001270 3000порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
2230 1,00,2 68,81200 30900 2001090 2900порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
2330 1,00,2 68,81200 30950 2001240 3100порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
2430 1,00,2 68,81200 30975 2001260 3050порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
2530 1,00,2 68,81200 301000 2001290 3000порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
2630 1,00,2 68,81200 301100 2001240 2900порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
2730 1,00,2 68,81200 30950 1001185 2700порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 5
2830 1,00,2 68,81200 30950 1501200 3000порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
2930 1,00,2 68,81200 30950 1751220 3140порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
3030 1,00,2 68,81200 30950 2001245 3260порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
3130 10,2 68,81200 30950 2501270 3350порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 1
Прототип1050 2520 порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 10
tн, tox - 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 (порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 изг - 1200 МПа) и твердостью (HVпорошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 3000 МПа), низкой пористостью (порошковый износостойкий материал и способ его изготовления, патент № 2472866 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.%:

медь25-30
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.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2472866

patent-2472866.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C22C1/05 смеси металлического порошка с неметаллическим

Патенты РФ в классе C22C1/05:
спеченная твердосплавная деталь и способ -  патент 2526627 (27.08.2014)
композиционный электроконтактный материал на основе меди и способ его получения -  патент 2525882 (20.08.2014)
способ получения поликристаллического композиционного материала -  патент 2525005 (10.08.2014)
шихта для изготовления материала для сильноточных электрических контактов и способ изготовления материала -  патент 2523156 (20.07.2014)
твердосплавное тело -  патент 2521937 (10.07.2014)
способ получения беспористого карбидочугуна для изготовления выглаживателей -  патент 2511226 (10.04.2014)
способ получения композиционного материала -  патент 2509818 (20.03.2014)
порошковый композиционный материал -  патент 2509817 (20.03.2014)
спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта -  патент 2506334 (10.02.2014)
наноструктурный композиционный материал на основе чистого титана и способ его получения -  патент 2492256 (10.09.2013)

Класс B22F3/14 с одновременным проведением процесса уплотнения и спекания 

Патенты РФ в классе B22F3/14:
шихта для изготовления материала для сильноточных электрических контактов и способ изготовления материала -  патент 2523156 (20.07.2014)
наноструктурный композиционный материал на основе чистого титана и способ его получения -  патент 2492256 (10.09.2013)
способ производства изделий из порошковых материалов -  патент 2487780 (20.07.2013)
способ изготовления изделий из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов -  патент 2477670 (20.03.2013)
способ производства заготовок из быстрозакристаллизованных алюминиевых сплавов -  патент 2467830 (27.11.2012)
способ и система для уплотнения порошковых материалов при формовке бурового инструмента -  патент 2466826 (20.11.2012)
абразивная прессовка из поликристаллического алмаза -  патент 2466200 (10.11.2012)
способ получения листового боралюминиевого композита -  патент 2465094 (27.10.2012)
шихта для композиционного катода и способ его изготовления -  патент 2454474 (27.06.2012)
способ горячего прессования твердых труднодеформируемых порошковых материалов и устройство для его осуществления -  патент 2451576 (27.05.2012)

Класс C22C29/00 Сплавы на основе карбидов, оксидов, боридов, нитридов или силицидов, например керметы, или других соединений металлов, например оксинитридов, сульфидов

Патенты РФ в классе C22C29/00:
спеченная твердосплавная деталь и способ -  патент 2526627 (27.08.2014)
шаровой затвор из кермета и способ его изготовления -  патент 2525965 (20.08.2014)
твердосплавное тело -  патент 2521937 (10.07.2014)
твердый сплав на основе карбида вольфрама для обработки резанием труднообрабатываемых материалов -  патент 2521747 (10.07.2014)
способ получения беспористого карбидочугуна для изготовления выглаживателей -  патент 2511226 (10.04.2014)
способ получения композиционного материала на основе силицида ниобия nb5si3 (варианты) -  патент 2511206 (10.04.2014)
износостойкий сплав для высоконагруженных узлов трения -  патент 2509170 (10.03.2014)
буровое долото и другие изделия, содержащие цементированный карбид -  патент 2508178 (27.02.2014)
шихта для получения пористого проницаемого материала -  патент 2507030 (20.02.2014)
шихта для получения пористого проницаемого материала -  патент 2507029 (20.02.2014)

Наверх