ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА Российский патент 2022 года по МПК B22F1/12 C22C33/02 C22C38/18 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к порошкам, применяемым для изготовления сплавов на основе железа. Порошковый материал может применяться для работы в условиях высоких температур, давлений, скоростной деформации, агрессивных сред и широких диапазонов режимов трения.

Известен материал на основе железа [А.с. 382733, С22С 33/02, опубл. БИ №23,1973 г.], который содержит легирующие компоненты (мас. %): углерод 0,9-1,1; хром 4,0-6,0; молибден 4,0-10,0; фтористый кальций 5,0-7,0; железо остальное. Недостатком данного материала является его невысокая износостойкость, а также хрупкость, обусловленная включениями фтористого кальция, образующего отдельные обособленные включения разупрочняющие материал.

В качестве прототипа выбран порошковый материал на основе железа, содержащий хром, углерод, бор, кремний и упрочняющую добавку, дополнительно содержит никель, а в качестве упрочняющей добавки карбидно-боридный композиционный порошок, синтезированный из хромита, при следующем соотношении компонентов, мас. %: хром 2,2 - 2,6; углерод 0,1 - 0,2; бор 0,3 - 0,45; кремний 0,3 - 0,45; никель 11,0 - 11,5; карбидно-боридный композиционный порошок, синтезированный из хромита 2-8; железо остальное [RU 95101499]. Недостатком данного материала является то, что содержащийся кремний разупрочняет матрицу, а карбидно-боридный композиционный порошок имеет высокую стоимость.

Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышение износостойкости, коэффициента трения и коррозионной стойкости порошкового материала на основе железа.

Поставленная задача достигается тем, что порошковый материал на основе железа, содержащий хром, углерод. При этом хром входит в состав порошка железа в виде легирующего элемента в количестве 30-40%, а углеродом в виде крупнодисперсного порошка графита размером 80-120 мкм, при следующем соотношении компонентов, масс %: легированное железо 75-85; углерод 15-25.

Экспериментально установлено, что наличие в составе порошка железа легирующего элемента хрома при наличии углерода в виде крупнодисперсного порошка, в процессе спекания, приводит к формированию на поверхности железа слоя карбида хрома Cr₂₃C₆, состоящего из двух слоев. Первый компактный, равномерно расположенный по поверхности диффузионно связанный с самой частицей слой. Второй, расположенный на поверхности первого слоя в виде ультрадисперсного порошка того же карбида хрома Cr₂₃C₆. Слой, равномерно покрывает поверхность частиц легированного железа, при этом диффузионно связывается с первым слоем. Сформированный таким образом слой повышает коррозионную стойкость порошкового материала на основе железа, так как сформированный слой карбида хрома не имеет высокую коррозионную стойкость.

Пример

Для получения порошкового материала производили смешивание порошка железа, легированного хромом 30-40%, например ПХ-30 (ГОСТ 13084-88) с порошком углеродом в виде крупнодисперсного порошка графита размером 80-120 мкм (например графитом ГЭ-1 ГОСТ 7478-75), при следующем соотношении компонентов, масс %: легированное железо 80; углерод 20 производят в любом типе смесителя в течение 50 мин. Полученную шихту помещают в печь с защитно-восстановительной атмосферой (например диссоциированного аммиака), и производят нагрев до 840°С в течение 3 часов. После спекания, производят охлаждение порошкового материала на основе железа при наличии защитно-восстановительной атмосферы с печью до 200°С, после чего, извлекают материал.

Исходная поверхность порошка ПХ-30 представлена на фиг. 1. После процесса спекания поверхность порошка со сформированным слоем карбида Cr₂₃C₆ представлена на фиг. 2. На фиг. 3 приведена структура полученного слоя на поверхности порошка ПХ-30 в разрезе, где можно отметить наличие сформированного слоя (1), и основной матрицы порошка ПХ-30 (2). Наличие сформированного слоя Cr₂₃C₆ подтверждено результатами рентгенофазового анализа (фиг. 4).

Полученный слой карбида хрома Cr₂₃C₆ имеет толщину 2,5-4,0 мкм равномерно покрывает частицу ПХ-30. Первый, диффузионно связанный с порошком железа слой имеет толщину 2,0-2,5 мкм. На поверхности первого слоя располагается второй слой ультрадисперсного порошка карбида хрома Cr₂₃C₆ размером 0,5-1,0 мкм. Полученный таким образом порошковый материал на основе железа, содержащий поверхностный карбидный слой обеспечивает повышение износостойкости и коэффициента трения.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошкам, применяемым для изготовления сплавов на основе железа. Порошковый материал может применяться для работы в условиях высоких температур, давлений, скоростной деформации, агрессивных сред и широких диапазонов режимов трения. Порошковый материал на основе железа содержит хром и углерод. При этом хром входит в состав порошка железа в виде легирующего элемента в количестве 30-40%, а углерод в виде крупнодисперсного порошка графита размером 80-120 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас. %: легированное железо 75-85; углерод 15-25. Обеспечивается повышение износостойкости, коэффициента трения и коррозионной стойкости порошкового материала. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

1. Порошковый материал на основе железа, который содержит хром, углерод, отличающийся тем, что хром входит в состав порошка железа в виде легирующего элемента в количестве 30-40%, а углерод - в виде крупнодисперсного порошка размером 80-120 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

легированное железо 75-85 углерод 15-25

2. Порошковый материал по п. 1, отличающийся тем, что легированное железо содержится в губчатой форме фракции 50-150 мкм.

3. Порошковый материал по п. 1, отличающийся тем, что углерод содержится в виде графита пластинчатой формы.