износоустойчива сплав
Притежатели на патенти RU 2530196:
Изобретението се отнася до областта на металургията, а именно до износоустойчива сплав, използвана за получаване на формовани продукти, лети продукти, покрития, както и телове, електроди, прахове и смеси. Сплавта съдържа от 13 до 16 тегл. процент никел (Ni), от 13,5 до 16,5 тегл. % хром (Cr), от 0,5 до 3 тегл. % молибден (Mo), от 3,5 до 4,5 тегл. % силиций (Si), от 3,5 до 4 тегл. процента бор (В) и от 1,5 до 2,1 тегл. процента въглерод (C), останалото е желязо (Fe). Осигурява висока устойчивост на износване и химикали на ниска цена. 15 з.п. f-ly, 3 ил., 3 табл., 1 pr.
Това изобретение се отнася до материал, съдържащ сплав на основата на желязо, включително C, B, Cr, Ni, Si и Mo.
Материалът или сплавта може да се използва за формиране на формовани продукти, формовани продукти, покрития, части, части с покритие, жици, електроди, прахове и прахови смеси.
Предишен чл
В промишлеността има нужда от материал от сплав с отлична устойчивост на износване и корозия и ниска цена.
Използването на сплави на основата на никел с добавки от хром и молибден за защита от износване и корозия е известно отдавна. Такива сплави са разкрити, например, в патенти на САЩ с номера 6,027,583 A, 6,187,115 A и 6,322,857 A.
Европейската заявка ЕР 1788104 А1 разкрива материал за производство на части или покрития, адаптирани за приложения с високо износване и високо триене. Материалът съдържа сплав на основата на никел с твърди частици като WC.
Елементите Ni и W са скъпи и се търсят алтернативи.
Алтернативна група са самотопимите сплави на основата на желязоматериали с ниска цена и са открити много материали, които показват умерена устойчивост на износване.
Такава сплав на основата на желязо е известна от DE 19733306 С1. Той разкрива материал за термично покритие на базата на желязо. Сплавта се използва като допълнителен материал под формата на смес, пулверизирана с газ сплав, синтерован метален прах, тел с пълнеж от нишки, лента с пълнеж от нишки, синтерована лента или лят електрод с обвивка и се използва за термично покритие на компоненти, които са обект на триене. Предпочитаният състав на сплавта за нанасяне на слой с ниско триене и ниско съпротивление за плъзгащ се компонент в комбинация с добра якост и устойчивост на удар е следният (по тегло): 20-25% Mn, 13-20% Cr, 0,1-2% Ni, 3-6% W, 0,1-0,15% C, 1,5-2,5% B, балансът е Fe. Друг предпочитан състав на сплавта за нанасяне на слой с ниско триене с висока устойчивост на абразия и по-висок капацитет на термично натоварване е следният (тегловно): 18-25% Mn, 13-25% Cr, 0,1-2% Ni, 3-5% W, 0,1-0,15% C, 4-6% B, балансът е Fe.
DE 19901170 А1 разкрива друга желязна сплав с високо съдържание на въглерод, бор, ванадий, хром, молибден и никел. Предложен е следният състав (тегловни): 2,0-4,0% C, 2,0-4,5% B, 0,5-3,5% Si, 6,0-15,0% Cr, 1,5-7,5% Mo, 6,0-14,0% V, 0-3,0% W, 0-1,5% Mn, 0-2,0% Cu, 2,0-7,0% Ni, останалото е Fe и примеси. Сплавта се използва за вътрешна наварка на метални цилиндри чрез центробежно леене или горещо изостатично пресоване.
Канадски патент CA 2416950 A1 разкрива материал за производство на части и инструменти за използване при повишени температури, съдържащ сплав на основата на желязо,включително C, Si, Mn, Cr, Ni и N в определени концентрации. Сплавта се формира чрез студено коване до твърдост най-малко 230 HB.
Въпреки това остават два проблема с такива сплави на основата на Fe. Първо, устойчивостта на износване на тези сплави на основата на Fe все още е по-лоша от сплавите на основата на Ni с WC. За да се доближат до тези свойства, в основната сплав трябва да се използват скъпи легиращи елементи като W, Nb или големи количества WC частици. Тези легиращи елементи увеличават цената и правят материала много твърд (повече от 65 HRC), което води до претоварване и проблеми с нанасянето с напукване. Второ, материалите на основата на Fe нямат добра устойчивост на корозия като сплавите на основата на Ni, особено в смесени корозивни среди.
Целта на това изобретение
Следователно, цел на настоящото изобретение е да осигури алтернативен материал с по-ниска цена, който е подходящ за формиране на части или покрития, имащи висока устойчивост на износване и също така висока химическа устойчивост.
Целта беше постигната с помощта на материал, съдържащ сплав, съдържаща от 13 до 16 тегл. процент никел (Ni), от 13,5 до 16,5 тегл. % хром (Cr), от 0,5 до 3 тегл. % молибден (Mo), от 3,5 до 4,5 тегл. % силиций (Si), от 3,5 до 4 тегл. процента бор (В), от 1,5 до 2,1 тегл. процента въглерод (С) и от 0,2 до 0,5 тегл. процента мед (Cu), останалото е желязо (Fe).
Установено е, че тези сплави на основата на желязо с C, B, Cr, Ni, Si и Mo показват висока устойчивост на износване и изненадващо висока химическа устойчивост.
Материалът съдържа сплав на основата на желязо с допълнителни компоненти C, B, Cr, Ni, Si и Mo. Материалът включва покрития от чисти сплави и сплави.
Сплавсъдържа само C, B, Cr, Ni, Si и Mo като основни компоненти освен основния компонент Fe. Обикновено сплавта съдържа следи или незначителни количества от други елементи, които обикновено са обичайни примеси. По-малко за предпочитане, сплавта може да съдържа други елементи в концентрации, които не променят значително нейното химично поведение. Такива незадължителни добавки се наричат съпътстващи елементи.
Сплавта е полезна за формоване или нанасяне на покритие върху метален субстрат или за производство на формовани продукти, формовани продукти, покрития, части, покрити части, жици, електроди или прахове.
Основно сплавта съдържа 13-16 тегл. процент (тегл.%) никел (Ni), 13,5-16,5 тегл. процент хром (Cr), 0,5-3 тегл. % молибден (Mo), 3,5-4,5 тегл. % силиций (Si), 3,5-4 тегл. процента бор (В) и 1,5-2,1 тегл. % въглерод (C), останалото е желязо (Fe) и възможни примеси.
Обикновено примесите присъстват и обикновено са неизбежни. Съдържанието на примеси в сплавта обикновено е по-малко от 1 тегл. процент, за предпочитане по-малко от 0.5 тегл. процента и най-предпочитано по-малко от 0.2 тегл. процента. Всички споменати тегловни проценти се основават на теглото на целия състав, което е 100 тегл. процента. Всички числени стойности са приблизителни.
Предпочитаният състав на сплавта включва от 13 до 14 тегл. процента никел (Ni), от 14 до 16 тегл. процент хром (Cr), от 1 до 3 тегл. % молибден (Mo), от 3,5 до 4,5 тегл. % силиций (Si), от 3,5 до 4 тегл. процента бор (В), от 1,8 до 2,1 тегл. процента въглерод (С) и от 0,2 до 0,5 тегл. % мед (Cu), останалото е желязо (Fe) и възможни примеси.
Сплавта има необичайно добра устойчивост на корозия при смесени корозивни условия, къдетоповечето износващи се материали на основата на Ni или Fe не отговарят на изискванията. Трябва да се отбележи, че сплавта на основата на Fe не съдържа добавяне на други твърди частици за увеличаване на нейната твърдост, като волфрамов карбид (WC).
Сплавите обикновено имат твърдост в диапазона от 35 HRC до 60 HRC, по-специално в диапазона от 55 HRC до 60 HRC, обикновено около 58 HRC, което е необичайно ниско за такъв устойчив на износване материал. Това предлага предимство при боравене и боравене, тъй като прави сплавта по-малко податлива на напукване.
В този документ единицата "HR" представлява така наречената "твърдост по Рокуел". Има няколко скали на Рокуел за различни диапазони на твърдост. Най-често срещаната е скала B (HRB), която е подходяща за меки метали, и скала C (HRC) за твърди метали. Метод за измерване на твърдостта по Рокуел е предоставен в DIN EN ISO 6508-ASTM E-18. Числата за твърдост по Рокуел не са пропорционални на данните за твърдостта по Викерс, но има таблици за преобразуване, според които горният диапазон от 35 до 60 HRC съответства на твърдост по Викерс от 345 до 780 HV/10.
Сплавите обикновено имат точка на топене в диапазона от 1000 до 1150°C, обикновено около 1080°C. Това е много ниска точка на топене за такава сплав с тези свойства, което намалява разходите за обработка и осигурява предимство при приложения.
Сплавта се получава по обичайния начин чрез топене на компонентите или смесване на прахове или съединения.
Сплавта може да се отлива в продукти с всякаква форма.
Сплавта се използва за производство на части или покрития върху части, които обикновено са метални субстрати или метални части, особено тези, направени от стомана. метални частиса например ротори, втулки, опори, болтове, лопатки и др.
Материалът, по-специално сплавта, се използва за предпочитане за производството на телове, телове за пълнеж, ленти, продукти под формата на нишки, електроди, прахове, пасти, суспензии или лят материал за заготовки, които се използват например за леене, заваряване, плазмено заваряване (PTA), плазмено прахово или дъгово заваряване, твърдо запояване, газово плазмено пръскане, по-специално високоскоростно плазмено пръскане (HVOF), синтероване синтез и други подобни.
Изобретението също така включва процес за нанасяне на материала от изобретението за получаване на покрития с високо ниво на устойчивост на корозия и износване върху изделие чрез процес на термично покритие, при който покриващият материал в прахообразна форма се разтопява и се разпръсква или агломерира от различни разтопени и неразтопени метални прахове.
Покрития или защитни слоеве от сплав върху части, по-специално метални части, за предпочитане се получават чрез конвенционални методи за нанасяне на прах чрез изливане, леене, потапяне, пръскане, екструдиране, последвано от термично сливане или термични методи, като газово плазмено пръскане и за предпочитане високоскоростно газово плазмено пръскане (HVOF), или заварени чрез плазмено заваряване. Такива методи за нанасяне на покритие са описани например в US Pat.
Такива покрития могат да бъдат получени, както е споменато по-горе, чрез термични процеси, като се използват материали, съдържащи сплав, като прахове, жици, електроди или други конвенционални форми, или чрез прилагане на два или повече материала, които се отклоняват по състав от получения краен продукт.сплав, където материалите са разделени или смесени, като различни електроди или смесени прахове, което води до покрития със състав на сплавта.
Такива покрития или защитни слоеве служат за осигуряване на защита от износване и корозия в химическата промишленост, фармацевтичната промишленост, хартиената промишленост, стъкларската промишленост, енергийната промишленост, циментовата промишленост, рециклиращата промишленост, целулозно-хартиената промишленост и промишлеността за преработка на пластмаси. Частите с покритие също се използват предимно за приложения с нефт и газ.
Обикновено покритията имат дебелина в диапазона от 0.1 до 20 mm, за предпочитане 1 до 10 mm.
Подробно описание на предпочитаните изпълнения
Настоящото изобретение ще бъде обяснено по-подробно с позоваване на изпълнението и чертежите, показани в детайли.
Фиг. 1 е графика на степента на загуба на обем при стандартизиран тест за износване (ASTM G65) като функция от състава на сплавта,
Фиг. 2 е графика на степента на загуба на тегло при стандартизиран тест за контактна корозия с НС1 като функция на съдържанието на Ni в сплавта X5; И
3 е графика на степента на загуба на тегло при стандартизиран тест за контактна корозия с HNO3 като функция на съдържанието на Ni в сплавта X5.
Пример 1 (проба X5)
Бяха получени серия от сплави чрез сливане на метални елементи и съединения в стопилка и образуване на два праха, които са представени в таблица 1 по-долу: