МЕДНО-НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2016 года по МПК C22C19/03 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей и узлов, обладающих высоким уровнем износо- и коррозионной стойкости, антифрикционных свойств, применяемых в авиационной промышленности.

Уровень надежности топливной аппаратуры ГТД во многом определяется применением современных электронных систем управления, контроля и диагностики. Вместе с тем большое влияние на работоспособность этой системы оказывают материалы для деталей особо ответственного назначения, к которым относятся золотниковые пары. От их бесперебойной работы зависит надежность не только топливной аппаратуры, но и ГТД в целом. Повышение ресурса золотниковых деталей в настоящее время является одной из наиболее актуальных задач, особенно в связи с расширившимся применением топлив с высоким содержанием серы, т.к. ресурс агрегатов гидроавтоматики определяется ресурсом золотниковых деталей, применяемых в них. Традиционные пары, такие как бронза-сталь и сталь-сталь, не выдерживают жестких условий эксплуатации применения новых топлив из-за недостаточной прочности и износостойкости (для бронз) или из-за склонности к схватыванию при превышении определенных условий эксплуатации.

Дальнейшее повышение ресурсных характеристик золотниковых деталей возможно за счет разработки нового сплава, который бы сочетал в себе высокую коррозионную стойкость с более высокими прочностными характеристиками и твердостью, что позволит повысить износостойкость медно-никелевой композиции.

Известен сплав (CN 1405343, опубл. 26.03.2003 г. ) имеющий следующий химический состав в мас.%:

Медь 28,0-33,0 Железо 1,0-2,0 Кремний 0,1-1,0 Марганец 1,0-2,0 Титан 0,40-0,80 Алюминий 2,0-4,0 Углерод 0,05-0,30 Никель остальное

Недостатками указанного сплава является низкая износостойкость, поскольку основной упрочняющей фазой является не силицидная, имеющая исключительно высокую микротвердость, а типичная для жаропрочных сплавов γ′-фаза типа Ni₃(Al, Ti), имеющая меньшую микротвердость. Изделия имеют склонность к схватыванию при превышении определенных условий эксплуатации. Из данного сплава изготавливаются рабочие валы топливных насосов, инструменты и приборы для нефтяных скважин, хирургические инструменты.

Из уровня техники (патент РФ №2278178, МПК С22С 19/03, опубл. 20.06.2006 г. ) известен сплав на основе никеля, который применятся в деталях узлов трения систем автоматического управления ГТД следующего состава в мас.%:

Медь 30,0-33,0 Кремний 2,5-3,2 Алюминий 2,5-3,2 Титан 0,5-0,1 Магний 0,03-0,30 Лантан 0,07-0,25 Скандий 0,01-0,03 Никель остальное

Недостатком указанного сплава и изделий из него является его недостаточно высокие механические свойства.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип (патент РФ №2191843, МПК С22С 19/03, опубл. 19.01.2001 г. ), является сплав следующего состава, в мас.%:

Медь 30,0-32,0 Железо 1,5-2,8 Кремний 3,9-4,3 Марганец 0,5-1,5 Титан 0,05-0,25 Углерод 0,05-0,30 Магний 0,03-0,20 Ниобий 0,05-0,25 Никель остальное

Недостатками этого сплава является низкий предел прочности σ_в=1200 МПа, а также невысокие значение твердости HRC 38-40 ед., что негативно сказывается в работе, поскольку в жестких условиях эксплуатации, а также вследствие недостаточной прочности и износостойкости сплав имеет склонность к схватыванию.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка состава нового деформируемого высокопрочного износо- и коррозионностойкого медно-никелевого сплава для деталей узлов трения систем автоматического управления и опытных технологий его получения.

Техническим результатом изобретения является разработка сплава на основе никеля и изделия, выполненного из него, обладающих по сравнению с прототипом более высокими механическими свойствами, такими как ударная вязкость, предел прочности и твердости.

Для достижения поставленного технического результата предлагается сплав на основе никеля, содержащий медь, железо, кремний, марганец, титан, магний, углерод, дополнительно содержащий молибден, вольфрам, диспрозий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов в мас.%:

Медь 29,5-32,5 Железо 1,6-2,9 Кремний 4,7-5,1 Марганец 0,5-1,8 Молибден 0,1-0,3 Вольфрам 0,8-1,2 Титан 0,1-0,3 Углерод 0,05-0,35 Магний 0,03-0,30 Диспрозий 0,035 Кальций 0,02 Церий 0,07 Никель остальное,

и изделие, выполненное из этого сплава.

Введение дополнительного компонента в сплав - вольфрама - в заявленном соотношении с другими компонентами позволяет повысить ударную вязкость, причем вольфрам также компенсирует снижение ударной вязкости с ростом содержания кремния до 5,1%.

Введение титана и молибдена в указанных количествах обусловлено необходимостью комплексного модифицирования структуры, которое способствует измельчению микрозерна за счет образования дополнительных плоскостей скольжения в процессе деформации и тем самым повышает твердость сплава. Для обеспечения низких значений уровня газовых примесей в качестве технологических добавок вводят щелочноземельные элементы магний и кальций в количестве 0,07 и 0,02% соответственно, а в качестве раскислителя - церия и диспрозия на 0,07 и 0,035%.

Введение углерода, помимо частичного раскисляющего действия, обеспечивает образование карбидов, способствующих повышению твердости сплава.

Примеры осуществления изобретения.

Сплав выплавляют в вакуумных индукционных печах с использованием как чистых шихтовых материалов, так и отходов собственного производства на стандартном оборудовании по принятой технологии. Разлив металла производится, в основном, в металлические формы (медные, чугунные изложницы). Затем слитки сплава подвергают деформации на прессе на прутки, поковки, шайбы. Полученные литые заготовки продеформируют с 045-90 на прутки 015-50 мм. Прутки подвергают термообработке, состоящей из закалки и старения.

Составы и свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблицах 1 и 2.

Из таблицы 2 видно, что заявленным изобретением обеспечивается прирост механических свойств предлагаемого сплава по сравнению со сплавом-прототипом: по пределу прочности на 10%, по твердости на 15-10%.

Использование предлагаемого сплава позволит повысить ресурс и надежность изделий авиационной техники.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей и узлов, обладающих высоким уровнем износо- и коррозионной стойкости, антифрикционных свойств, применяемых в авиационной промышленности. Сплав на основе никеля содержит, в мас.%: медь 29,5-32,5; железо 1,6-2,9; кремний 4,7-5,1; марганец 0,5-1,8; молибден 0,1-0,3; вольфрам 0,8-1,2; титан 0,1-0,3; углерод 0,05-0,35; магний 0,03-0,30; диспрозий 0,035; кальций 0,02; церий 0,07; никель - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями ударной вязкости, предела прочности и твердости. Повышается ресурс и надежность изделий, выполненных из сплава. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

1. Сплав на основе никеля, содержащий медь, железо, кремний, марганец, титан, магний и углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден, вольфрам, диспрозий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов в мас. %
Медь 29,5-32,5 Железо 1,6-2,9 Кремний 4,7-5,1 Марганец 0,5-1,8 Молибден 0,1-0,3 Вольфрам 0,8-1,2 Титан 0,1-0,3 Углерод 0,05-0,35 Магний 0,03-0,30 Диспрозий 0,035 Кальций 0,02 Церий 0,07 Никель остальное

2. Изделие из сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.