RU2044099C1

RU2044099C1 - Durable sintered material

Info

Publication number: RU2044099C1
Authority: RU
Inventors: С.Д. Куимов; Б.А. Обросов; А.И. Матвеев; А.В. Замотаев; В.Н. Никифоров
Original assignee: Пермский научно-исследовательский технологический институт
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: durable sintered material has, in mass carbon 0.6-2.0; chrome 12-14; molybdenum 1.5-2.5; chrome carbide 10-20; iron the rest. Material has good mechanical properties, increased durability and corrosion resistance. EFFECT: good mechanical properties, increased durability and corrosion resistance. 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к материалам с высокой стойкостью к абразивному износу и коррозии, и может быть использовано, например, при изготовлении секторов размалывающей гарнитуры дисковых мельниц для приготовления древесных полуфабрикатов. The invention relates to powder metallurgy, in particular to materials with high resistance to abrasion and corrosion, and can be used, for example, in the manufacture of sectors of the grinding set of disk mills for the preparation of wood semi-finished products.

Известен состав, изготовленный методом литья из коррозионностойких металлов и содержащий, мас. Углерод 0,5 4,0 Хром 13 30 Молибден 0,7 6,0 Марганец 0,1 2,0 Никель 0,5 3,0 Карбид хрома или карбид титана (в пересчете на содержание металла) 1-5 (заявка Швеции N 432535, кл. B 02 C 7/12, 1984). A known composition made by casting from corrosion-resistant metals and containing, by weight. Carbon 0.5 4.0 Chrome 13 30 Molybdenum 0.7 6.0 Manganese 0.1 2.0 Nickel 0.5 3.0 Chromium carbide or titanium carbide (in terms of metal content) 1-5 (Swedish application N 432535, CL B 02 C 7/12, 1984).

Фирма "Сундс Дефибратор" (Швеция) выпускает сталь ТД, превосходящую по износостойкости другие известные материалы, которая содержит, мас. The company "Sunds Defibrator" (Sweden) produces steel TD, superior in wear resistance to other known materials, which contains, by weight.

Углерод 1,7
Хром 16,5
Никель 2,2
Молибден 0,7
Титан 1,7
При этом в готовом изделии в результате термической обработки хром и титан содержатся в виде первичных и вторичных карбидов (FeCr)С и TiC в количестве ≈ 20 мас.Carbon 1.7
Chrome 16.5
Nickel 2.2
Molybdenum 0.7
Titanium 1.7
Moreover, in the finished product, as a result of heat treatment, chromium and titanium are contained in the form of primary and secondary carbides (FeCr) C and TiC in an amount of ≈ 20 wt.

Недостаток известных решений сложность регулирования физико-механических характеристик материалов. Одним из методов повышения физико-механических характеристик в сталях является введение карбидов тугоплавких металлов в процессе разливки, в результате чего получается механическая смесь двух компонентов, в которой карбиды являются составной частью. The disadvantage of the known solutions is the difficulty of regulating the physical and mechanical characteristics of materials. One of the methods for increasing the physicomechanical characteristics in steels is the introduction of carbides of refractory metals during the casting process, resulting in a mechanical mixture of two components in which carbides are an integral part.

Однако карбиды в стали ТД, выпускаемой фирмой "Сундс Дефибратор" по массе металла распределены неравномерно, поэтому структура полученного металла неоднородна и не обеспечивает стабильности получаемых свойств, что ведет к снижению срока службы изделий, ухудшает качество. However, carbides in TD steel manufactured by the Sunds Defibrator company are distributed unevenly over the metal weight, therefore the structure of the obtained metal is heterogeneous and does not ensure the stability of the obtained properties, which leads to a decrease in the service life of the products and worsens the quality.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому материалу является износостойкий материал, содержащий карбид титана, железо, никель, кремний и углерод при следующем соотношении компонентов, мас. Железо 13,26 44,4 Никель 2 15 Кремний 0,32 1,8 Углерод 0,09 0,35 Карбид титана Остальное
Недостатки данного материала низкая прочность при работе изделий в эксплуатации из-за низкой пластичности материала, а также недостаточная износостойкость изделий по причине выкрашивания частиц карбида титана.The closest in technical essence to the claimed material is a wear-resistant material containing titanium carbide, iron, nickel, silicon and carbon in the following ratio of components, wt. Iron 13.26 44.4 Nickel 2 15 Silicon 0.32 1.8 Carbon 0.09 0.35 Titanium carbide Else
The disadvantages of this material are low strength during operation of the products in operation due to the low ductility of the material, as well as insufficient wear resistance of the products due to the chipping of titanium carbide particles.

Цель изобретения создание материала, который наряду с хорошими механическими свойствами (ударная вязкость, твердость) обеспечил бы повышение износостойкости и коррозионной стойкости материала. The purpose of the invention is the creation of a material that, along with good mechanical properties (impact strength, hardness) would provide increased wear and corrosion resistance of the material.

Для достижения поставленной цели предложен износостойкий спеченный материал, содержащий железо, хром, молибден, углерод, который дополнительно содержит карбид хрома при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 0,6 2,0 Хром 12,5 13,5 Молибден 1,5 2,5 Карбид хрома 5 20 Железо Остальное
При содержании карбида хрома в предлагаемом составе ниже 5 мас. не происходит повышения твердости и износостойкости. В случае содержания карбида хрома более 20 мас. материал имеет низкую ударную вязкость, что также приводит к снижению износостойкости изделия вследствие выкрашивания зерен карбида хрома. Кроме того, при содержании карбида хрома более 20 мас. порошковый материал становится менее технологичным при изготовлении изделий, так как наблюдаются сколы и трещины.To achieve this goal, a wear-resistant sintered material containing iron, chromium, molybdenum, carbon, which additionally contains chromium carbide in the following ratio of components, wt. Carbon 0.6 2.0 Chrome 12.5 13.5 Molybdenum 1.5 2.5 Chromium carbide 5 20 Iron Else
When the content of chromium carbide in the proposed composition is below 5 wt. there is no increase in hardness and wear resistance. In the case of a chromium carbide content of more than 20 wt. the material has a low impact strength, which also leads to a decrease in the wear resistance of the product due to chipping of chromium carbide grains. In addition, when the content of chromium carbide is more than 20 wt. powder material becomes less technological in the manufacture of products, since chips and cracks are observed.

Увеличение углерода в материале позволяет повысить прочность и твердость. При содержании углерода в материале ниже 0,6 мас. в присутствии карбида хрома не происходит значительного повышения твердости и износостойкости. В случае увеличения углерода более 2,0 мас. порошковая сталь превращается в хрупкий чугун с технологическими дефектами (трещины, сколы, выкрашивание карбида хрома). The increase in carbon in the material improves strength and hardness. When the carbon content in the material is below 0.6 wt. in the presence of chromium carbide, there is no significant increase in hardness and wear resistance. In the case of an increase in carbon more than 2.0 wt. powder steel turns into brittle cast iron with technological defects (cracks, chips, chipping of chromium carbide).

П р и м е р. Шихту получали механическим смешением компонентов в смесителе. Прессование образцов в форме цилиндров D 15 х 20 мм проводили при давлении 0,25 0,3 МПа. Полученные образцы спекали в электропечи в защитно-восстановительной среде при ступенчатом режиме. Для получения беспористого материала образцы подвергали горячей деформации. Последующая термическая обработка позволила повысить твердость до HRC_э 59 63.PRI me R. The mixture was obtained by mechanical mixing of the components in the mixer. Pressing of samples in the form of cylinders D 15 x 20 mm was carried out at a pressure of 0.25 0.3 MPa. The obtained samples were sintered in an electric furnace in a protective-reducing medium in a stepwise mode. To obtain non-porous material, the samples were subjected to hot deformation. Subsequent heat treatment allowed to increase the hardness to HRC _e 59 63.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены 18 составов образцов с различным соотношением углерода и карбида хрома. Составы материала и результаты их испытаний по определению физико-механических свойств представлены в таблице (пример 1 по прототипу). For experimental verification of the claimed composition were prepared 18 compositions of samples with different ratios of carbon and chromium carbide. The compositions of the material and the results of their tests to determine the physico-mechanical properties are presented in the table (example 1 for the prototype).

Для проведения испытаний образцов на износостойкость и коррозионную стойкость выбрали материал с оптимальным содержанием (по твердости и технологичности) углерода 0,8 мас. и карбида хрома 5 20 мас. To test the samples for wear resistance and corrosion resistance, a material with an optimal carbon content (in hardness and processability) of 0.8 wt. and chromium carbide 5 to 20 wt.

Износостойкость (абразивный износ) определяли на установке по методике фирмы "Сундс Дефибратор". Wear resistance (abrasive wear) was determined on the installation according to the method of the company "Sunds Defibrator".

Испытание проводили при следующих условиях: частота вращения диска 250 об/мин; частота вращения державки с закрепленным образцом 52 об/мин. Направление вращения противоположно направлению вращения диска. The test was carried out under the following conditions: disk rotation speed of 250 rpm; holder rotation speed with a fixed sample 52 rpm The direction of rotation is opposite to the direction of rotation of the disk.

Испытание осуществлялось методом мокрого торцевого истирания образцов D 15 мм, L 20 мм по водостойкой шлифовальной шкурке зернистостью 150 200 мкм при удельном давлении на образец 9,1˙10^-2 МПа (9,1 г/см²). Подача воды на шлифовальный диск составляла 100 мл/мин.The test was carried out using the wet end abrasion method for samples D 15 mm, L 20 mm on a waterproof sanding pad with a grain size of 150-200 μm and a specific pressure on the sample of 9.1˙10 ^-2 MPa (9.1 g / cm ² ). The water supply to the grinding disc was 100 ml / min.

Испытания на коррозионный износ осуществляли также методом торцевого истирания образца по резиновому диску с подачей в зону трения рабочей жидкости (0,5 мас. раствор H₂SO₄ рН 1,4, с добавлением мелкодисперсной окиси алюминия в пропорции 12,5 г на литр жидкости).Tests for corrosion wear were also carried out by the method of mechanical abrasion of a sample on a rubber disk with a supply of a working fluid to a friction zone (0.5 wt. Solution of H ₂ SO ₄ pH 1.4, with the addition of finely divided alumina in a proportion of 12.5 g per liter of fluid )

Удельное давление на образец составляло 2,5 ˙10^-2 МПа (2,5 г/мм²).The specific pressure on the sample was 2.5 ˙ 10 ^-2 MPa (2.5 g / mm ² ).

На фиг. 1 приведена зависимость величины абразивного износа от времени испытаний износостойкого спеченного материала, где: 1 материл, содержащий, мас. С 0,2; Cr 13; Mo 2; Fe остальное; 2 материал, содержащий мас. С 0,8; Cr 13; Мо 2; Cr₃C₂ 5; Fe остальное; 3 материал, содержащий, мас. С 0,8; Cr 13; Мо 2; Cr₃C₂ 10; Fe остальное; 4 материал, содержащий, мас. С 0,8; Сr 13; Мо 2; Cr₃O₂ 20; Fe остальное.In FIG. 1 shows the dependence of the value of abrasive wear on the test time of wear-resistant sintered material, where: 1 material containing, by weight. C 0.2; Cr 13; Mo 2; Fe the rest; 2 material containing wt. C 0.8; Cr 13; Mo 2; Cr ₃ C ₂ 5; Fe the rest; 3 material containing, by weight. C 0.8; Cr 13; Mo 2; Cr ₃ C ₂ 10; Fe the rest; 4 material containing, by weight. C 0.8; Cr 13; Mo 2; Cr ₃ O ₂ 20; Fe the rest.

На фиг. 2 приведена зависимость величины коррозионного износа от величины испытаний, где: 1 сталь ТД (Швеция) для сравнения; 2 износостойкий спеченный материал, содержащий, мас. С 0,8; Cr 13; Мо 2; Cr₃C₂ 5-20; Fe остальное.In FIG. 2 shows the dependence of the magnitude of corrosion wear on the magnitude of the tests, where: 1 steel TD (Sweden) for comparison; 2 wear-resistant sintered material containing, by weight. C 0.8; Cr 13; Mo 2; Cr ₃ C ₂ 5-20; Fe the rest.

На фиг. 3 изображен сектор размалывающей гарнитуры, изготовленный из износостойкого спеченного материала оптимального состава, мас. С 0,8; Cr 13; Мо 2; Cr₃C₂ 10; Fe остальное.In FIG. 3 shows a sector of a grinding set made of wear-resistant sintered material of optimal composition, wt. C 0.8; Cr 13; Mo 2; Cr ₃ C ₂ 10; Fe the rest.

На фиг. 4 изображена сборка секторов размалывающей гарнитуры, переданной на производственные испытания, общий вид. In FIG. 4 shows the assembly of the sectors of the grinding headset, transferred for production tests, general view.

Как видно из фиг. 1 и 2, наибольшей износостойкостью в условиях абразивного износа обладают образцы с содержанием 10 и 20 мас. карбида хрома. As can be seen from FIG. 1 and 2, the samples with a content of 10 and 20 wt.% Have the greatest wear resistance under abrasive wear conditions. chromium carbide.

Испытания в условиях коррозионного износа разработанных композиций по сравнению со сталью ТД (шведского производства) показали удовлетворительные результаты. Поэтому результаты испытаний на абразивную и коррозионную стойкость и технологические возможности позволили определить оптимальный состав материала с содержанием карбида хрома 10 20 мас. Но в связи с тем, что состав с 20 мас. карбида хрома, несмотря на более высокую износостойкость, менее технологичен (хуже прессуется, склонен к задирам инструмента, обладает очень узким интервалом температур спекания) для изготовления опытных размольных секторов (сложной формы) и проведения исследовательских работ по отработке технологии был выбран состав материала с 10 мас. добавкой карбида хрома и 0,8 мас. углерода. Tests under the conditions of corrosion wear of the developed compositions in comparison with steel TD (Swedish production) showed satisfactory results. Therefore, the test results for abrasion and corrosion resistance and technological capabilities allowed us to determine the optimal composition of the material with a chromium carbide content of 10 20 wt. But due to the fact that the composition of 20 wt. chromium carbide, despite its higher wear resistance, is less technologically advanced (it is worse pressed, prone to tool tears, has a very narrow sintering temperature range) for the preparation of experimental grinding sectors (complex shape) and for research work on the development of the technology, a material composition of 10 wt. . the addition of chromium carbide and 0.8 wt. carbon.

Для деталей менее сложной формы целесообразнее использовать износостойкий материал с содержанием карбида хрома до 20 мас. For parts of a less complex shape, it is advisable to use a wear-resistant material with a chromium carbide content of up to 20 wt.

Claims

WEAR-RESISTANT SINTERED MATERIAL containing iron, chromium, molybdenum, carbon and metal carbide, characterized in that it contains chromium carbide as a metal carbide in the following ratio of components, wt.

Carbon 0.6 2.0
Chrome 12 14
Molybdenum 1.5 2.5
Chromium carbide 10 20
Iron Else