СТАЛЬ Российский патент 1996 года по МПК C22C38/58 

Предлагаемое изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении и приборостроении для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения (подшипники скольжения, втулки, направляющие и др.)
Целью изобретения является снижение коэффициента трения стали при сохранении повышенного уровня износостойкости в условиях трения скольжения.

Известны аналоги заявляемой стали:
1. СССР, авт.свидетельство N 165482 (МКИ С22С 39/26).

Опубликовано. Бюллетень, N 19, 1964. Конструкционная легированная безникелевая сталь, содержащая (мас.): углерод 0,32-0,45; марганец 13,5-16,5; хром 12,5-14,5; кремний до 0,8; титан до 1,0; железо остальное.

2. СССР, авт.свидетельство N 732404 (МКИ С22С 38/38).

Опубликовано. Бюллетень N 17, 1980. Сталь, содержащая (мас.): углерод 0,2-0,4; хром 8-12; марганец 14-16; молибден 1,4-1,6; кремний 1,2-1,4; медь 1,4-1,6; алюминий 0,5-1,0; железо остальное.

В качестве прототипа определена сталь, наиболее близкая по составу к заявляемой, содержащая (мас.): углерод 0,28-0,32; кремний до 0,5; марганец 9,0-10,0; хром 9,0-10,0; железо остальное.

Авторское свидетельство N 153291. Опубликовано Бюллетень N 5, 1963, МКИ: С 22С 39/26 Авторы: И.Н.Богачев, Р.И.Минц. "Аустенитная сталь".

Основным недостатком приведенных выше сталей аналогов и прототипа - является относительно высокий коэффициент трения. В условиях эксплуатации стальных изделий это приводит к снижению экономичности (к.п.д.) и долговечности машин и механизмов.

Цель изобретения снижение коэффициента трения при сохранении уровня износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что известная сталь дополнительно содержит никель, медь и титан при следующем соотношении компонентов: С 0,02-0,18; Mn 16,00-20,50; Si 0,20-0,50; Cr 5,00-13,00; Ni 0,20-1,00; Cu 0,20-0,50; Ti 0,05-0,15 и Fe остальное.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемая сталь отличается дополнительным содержанием Ni, Cu, Ti при определенном соотношении компонентов. Это подтверждает соответствие критерию изобретения "новизна".

С целью доказательства соответствия предполагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень" проанализируем известность отличительных признаков объекта в других известных технических решениях данной области техники. В настоящее время в научно-технической и патентной литературе не обнаружено сведений относительно влияния ε-фазы в хромомарганцевых сталях на трибологические свойства (коэфф. трения, износостойкость). Как было показано в результате исследований авторов, именно наличие в структуре высокомарганцевистых сталей e (ГПУ) мартенсита приводит к резкому снижению их коэффициента трения при сохранении относительно высокого уровня износостойкости. Суть изобретения заключается в том, что предлагаемый состав стали оптимизируется таким образом, чтобы активизировать протекание в поверхностном слое хромо-марганцевой стали при трении мартенситного g _→ ε превращения.

Активизация g _→ ε превращения, приводящего к снижению коэффициента трения стали, достигается за счет увеличения содержания марганца, снижения концентрации углерода, а также в результате дополнительного легирования стали никелем, медью и титаном. Все вышеизложенное обеспечивает соответствие заявляемого объекта критерию "изобретательский уровень".

Пример осуществления
Слитки массой 10 кг выплавляли на воздухе, содержание серы и фосфора во всех сплавах не превышает 0,03% (масс.). Химический состав сплавов приведен в таблице 1. Сплав N 1 соответствует прототипу, сплавы N 3, 4, 5 соответствуют заявляемой стали, сплавы N 2, 6 соответствуют сталям, химический состав которых выходит за пределы легирования заявляемой стали. Слитки сталей отжигали при 1150^oС (2 часа) и ковали в прутки сечением 10х10 мм. Прутки закаливали от 1100^oС в воде. Из прутков изготавливали образцы размером 7х7х20 мм для испытаний на трение и изнашивание. После указанной термообработки сплавы N 3, 4, 5, соответствующие заявляемой стали, имели аустенитную или 2-фазную структуру, состоящую из аустенита и e-фазы.

Испытание сплавов на трение и изнашивание осуществляли в условиях сухого трения скольжения в паре со сталью 45, термообработанной на твердость 52-54 НКС₃. Трение осуществляли на воздухе по схеме палец-пластина при возвратно-поступательном движении образца (пальца). Скорость скольжения составляла 0,07 м/с, нагрузка 294 Н, путь трения 144 м. Интенсивность изнашивания образцов рассчитывали по формуле , где Ih интенсивность изнашивания; Q потеря массы образца, г; ρ плотность материала образца, г/см³; L путь трения, см; S геометрическая площадь контакта, см².

Коэффициент трения рассчитывали по формуле: , где К коэффициент трения, F сила трения, Н; Р нормальная нагрузка, Н.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Из данной таблицы видно, что заявляемая сталь (сплавы N 3, 4, 5) имеет значительно (в 1,5 раза) меньший коэффициент трения, чем прототип (сплав N 1) и сплавы N 2, 6. При этом интенсивность изнашивания заявляемой стали не выше, чем у прототипа (сплав N 1), и заметно ниже, чем у сплавов N 2, 6. ТТТ1

Изобретение относится к металлургии, в частности к составу стали, и может быть использовано в машиностроении и приборостроении для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения (подшипники скольжения, втулки, направляющие и др.). С целью снижения коэффициента трения при сохранении уровня износостойкости в условиях трения скольжения, сталь имеет следующий состав компонентов, мас. %: углерод 0,02-0,18; марганец 16-20,5; кремний 0,2-0,5; хром 5-13; никель 0,2-1; медь 0,2-0,5; титан 0,05-0,15; железо - остальное. 2 табл.

Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит никель, медь, титан при следующем соотношении компонентов: мас.

Углерод 0,02-0,18
Марганец 16,00-20,50
Кремний 0,20-0,50
Хром 5,00-13,00
Никель 0,20-1,00
Медь 0,20-0,50
Титан 0,05 0,15
Железо Остальное