СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО ТЕРМОСТОЙКОГО МАТЕРИАЛА
METHOD FOR PRODUCTION OF CERAMIC-METAL HEAT-RESISTANT MATERIAL

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано в химической промышленности, авиационном машиностроении и энергетике.
Известен способ получения металлокерамического термостойкого материала, включающий получение смеси порошка стали, содержащей хром и молибден, и порошка твердой смазки (например, фторида кальция), прессование полученной смеси и последующее спекание полученной заготовки в восстановительной атмосфере (см. Дзнеладзе Ж.И. и др. Порошковая металлургия сталей и сплавов, Москва, Металлургия, 1978, стр.222-223). Известный способ принят в качестве ближайшего аналога заявленного способа.
Недостаток известного способа состоит в том, что для его осуществления требуется дорогостоящий молибден, что делает его неоправданно затратным. Кроме этого, при реализации известного способа жаростойкость материала ограничена 750°С.
Задача заявленного изобретения состоит в получении материала, обладающего жаростойкостью до 1380°С, сочетающего удовлетворительные антифрикционные свойства и невысокую твердость, с использованием малозатратной технологии.
Указанная задача решается посредством осуществления способа получения металлокерамического термостойкого материала, включающего получение смеси порошка стали, содержащей хром, и порошка твердой смазки, прессование полученной смеси и последующее спекание полученной заготовки в восстановительной атмосфере, в котором для получения смеси используют порошок стали, содержащей 18-27 мас.% хрома и 4,8-7 мас.% алюминия, в качестве порошка твердой смазки используют порошок, содержащий фторид кальция и углерод, который вводят в смесь в количестве 7-12 мас.% с обеспечением содержания углерода в смеси 0,02-1,5 мас.%, а спекание осуществляют в две стадии, при этом первую стадию проводят при температуре 350-450°С в течение 8-15 часов, а вторую стадию - при температуре 1250-1380°С в течение 4-8 часов.
Экспериментально установлено, что содержание в материале хрома ниже 18 мас.%, а алюминия ниже 4,8 мас.% приводит к снижению жаростойкости материала, а содержание хрома выше 27 мас.%, а алюминия выше 7% приводит к повышению хрупкости материала, а следовательно, к снижению технологической прочности материала.
Также установлено, что содержание в материале углерода ниже 0,02 мас.%, а суммарно фторида кальция и углерода ниже 7 мас.% приводит к ухудшению антифрикционных свойств материала, а содержание углерода выше 1,5 мас.%, а суммарно фторида кальция и углерода выше 12 мас.% приводит к снижению технологической прочности материала.
Кроме этого, установлено, что спекание заготовки в первую стадию при температуре ниже 350°С, а во вторую стадию при температуре ниже 1250°С приводит к ухудшению прочностных характеристик материала. Также установлено, что спекание заготовки в первую стадию при температуре выше 450°С приводит к выделению упрочняющей фазы, которая приводит к нежелательному повышению твердости материала, а спекание заготовки во вторую стадию при температуре выше 1380°С приводит к нежелательному взаимодействию фторида кальция с металлом матрицы.
Спекание заготовки в первую стадию в течение менее 8 часов, а во вторую стадию менее 4 часов приводит к снижению технологической прочности, а спекание заготовки в первую стадию в течение более 15 часов, а во вторую стадию более 8 часов приводит к нежелательному повышению твердости материала.
Ниже представлен пример осуществления заявленного способа.
Получают восстановленный порошок жаростойкой стали, содержащей 20 мас.% хрома, 5,5 мас.% алюминия, с разветвленной формой частиц. Приготавливают порошок, содержащий фторид кальция и углерод. Восстановленный порошок в смесителе смешивают с приготовленным порошком из расчета введения в смесь суммарно фторида кальция и углерода 8 мас.% и углерода 0,8 мас.%.
2
Полученную смесь прессуют в пресс-формах (например, на гидропрессах при удельном давлении не менее 5 т/см или посредством гидростатического прессования при удельном давлении не менее 1000 Бар).
Полученные заготовки спекают в восстановительной атмосфере в две стадии. В первую стадию заготовку спекают при температуре 400°С в течение 15 часов, а во вторую стадию заготовку спекают при температуре 1300°С в течение 6 часов.
Ниже приведены Таблицы 1 и 2 с результатами испытаний, подтверждающими достижение технического результата.
Таблица 1
Хим. состав. % по массе
Параметр
Fe
Сr
Аl
σ<sub>изг</sub>, МПа
+Δm<sup>1100°C</sup>, г/м<sup>2</sup>·час
основа
17
4,0
450-500
0,12
основа
18
4,8
400-450
0,08
основа
23
6,0
400-440
0,07
основа
27
7,0
380-410
0,06
основа
28
8,0
260-300
0,06
Таблица 2
Хим. состав твердой смазки. % по массе
Параметр
С
Са
Σ(C+CaF<sub>2</sub>)% по массе
Коэффициент трения, µ
σ<sub>изг</sub>, МПа
0,01
17
6,81
0,50-0,55
430-460
0,02
18
7,0
0,43-0,45
410-440
1,5
23
12,0
0,42-0,44
400-420
1,6
27
13,1
0,36-0,43
230-260