RU188865U1 - Износостойкий элемент - Google Patents
Износостойкий элемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU188865U1 RU188865U1 RU2018130393U RU2018130393U RU188865U1 RU 188865 U1 RU188865 U1 RU 188865U1 RU 2018130393 U RU2018130393 U RU 2018130393U RU 2018130393 U RU2018130393 U RU 2018130393U RU 188865 U1 RU188865 U1 RU 188865U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- wear
- tungsten carbide
- nickel alloy
- metal tubular
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 52
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 51
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 23
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 10
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 12
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 11
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 10
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 7
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 7
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 6
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 6
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 5
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000003971 tillage Methods 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000000254 damaging effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 titanium carbides Chemical class 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UDKYUQZDRMRDOR-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W] UDKYUQZDRMRDOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/02—Layer formed of wires, e.g. mesh
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
- B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к износостойким элементам металлургического, горного, нефтедобывающего, сельскохозяйственного и другого оборудования, машин, механизмов, работающих в условиях интенсивного абразивного, абразивно-ударного износа и может быть использована при изготовлении износостойких элементов, восстановлении и укреплении рабочих элементов машин и другого оборудования.Износостойкий элемент включает металлическую трубчатую оболочку, полость которой имеет круглое или прямоугольное, или треугольное или эллиптическое, или другое сечение, внутри которой расположен наполнитель, который включает карбид металла, а на внешней стороне металлической трубчатой оболочки имеется опорная поверхность, выполненная с возможностью присоединения к поверхности рабочего органа. Наполнитель выполнен из смеси частиц литого карбида вольфрама, спеченного карбида вольфрама, никелевого сплава в следующем соотношении, мас. %:объединенных в монолитное тело расплавленными частицами никелевого сплава, которыми также оно скреплено с металлической трубчатой оболочкой, при этом никелевый сплав содержит никель, железо, углерод, хром, кремний и бор в следующем соотношении, мас. %:Частицами литого карбида вольфрама являются зерна литого карбида вольфрама. Частицами никелевого сплава является самофлюсующийся никелевый сплав. Смесь частиц литого карбида вольфрама, спеченного карбида вольфрама и никелевого сплава образует монолитное тело под воздействием температуры 1050°С.Техническим результатом является повышение прочности, термостойкости, износостойкости, увеличение срока использования, повышение надежности и эффективности работы в условиях абразивно-ударного износа, уменьшение энергоемкости и себестоимости.
Description
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к износостойким элементам металлургического, горного, нефтедобывающего, сельскохозяйственного и другого оборудования, машин, механизмов, работающих в условиях интенсивного абразивного, абразивно-ударного износа и может быть использована при изготовлении износостойких элементов, восстановлении и укреплении рабочих элементов машин и другого оборудования.
Из современного уровня техники известен алмазно-твердосплавный породоразрушающий элемент (патент на изобретение UA 115294 С2, B22F 7/04, В32В 5/16, B24D 3/34, Е21В 10/00, опубликовано 10.10.2017 г., юл. №19), включающий резальный слой, содержащий алмаз и карбид кремния, и твердосплавную основу, между которыми расположен промежуточный слой, содержащий алмаз, силицид кобальта и кобальт. Промежуточный слой дополнительно содержит никель и вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| кобальт | 1,0-5,0 |
| никель | 1,0-2,0 |
| вольфрам | 0,2-0,7 |
| силицид кобальта | 0,3-3,0 |
| алмаз | остальное |
а твердосплавная основа состоит из монокарбида вольфрама и кобальта.
Недостатками известного аналога являются недостаточные прочность и износостойкость, небольшой срок использования, неэффективность и ненадежность в условиях абразивно-ударного износа, обусловленные наличием кобальта в составе твердосплавной основы и наличием силицида кобальта в составе промежуточного слоя.
Известный аналог является недостаточно прочным и износостойким, имеет небольшой срок использования, является неэффективным и ненадежным в условиях абразивно-ударного износа, поскольку кобальт и сплавы на его основе хрупкие, несмотря на большую твердость, имеют небольшую упругость, что в условиях интенсивного абразивно-ударного износа приводит к повреждению и разрушению изготовленных из них элементов. Кроме того, под влиянием абразивно-ударного износа, нагревания вследствие указанного влияния происходит диффузия силицида кобальта, входящего в состав промежуточного слоя, с резальным слоем, что приводит к повреждению промежуточного слоя и потери им термостойких, износостойких и связывающих свойств, что негативно влияет на характеристики известного породоразрушающего элемента в целом.
Вместе с тем, большая стоимость производства силицида кобальта и изделий из него, наличие в составе промежуточного слоя значительной доли алмаза удорожает известный аналог и делает его производство, ремонт, в частности, обновление промежуточного или резального слоя, замену твердосплавной основы, дорогим и затратным.
Также известен корпус бурового долота с неподвижными режущими элементами (патент на изобретение RU 2376442 С2, Е21В 10/46, B22F 7/00, опубликовано 20.12.2009 г., бюл. №35), содержащий спеченный материал из металлургического порошка, включающего твердые частицы, содержащие, по меньшей мере, один из следующих материалов: карбид, нитрид, борид, силицид, оксид и их твердые растворы, и связку, составляющую до 35% от веса металлургического порошка и содержащую, по меньшей мере, один металл, выбранный из кобальта, никеля, железа или их сплавов.
Недостатками известного аналога является недостаточная прочность и термостойкость, небольшой срок использования, неэффективность и ненадежность в условиях абразивно-ударного износа, обусловленные использованием металлургического порошка из твердых частиц твердых растворов, а также низким содержанием связки в смеси, которую содержит известный корпус бурового долота.
Известный аналог является недостаточно прочным и термостойким, имеет небольшой срок использования, является неэффективным и ненадежным в условиях абразивно-ударного износа, поскольку твердые растворы, в отличие от чистых металлов и эвтектоидных сплавов, имеют небольшую жидкотекучесть, что не позволяет им в полной мере распределяться и заполнять форму, что обуславливает низкую прочность и износостойкость корпуса и приводит к его повреждению вследствие интенсивного абразивно-ударного износа, что делает известный аналог ненадежным. Кроме того твердые растворы уступают термостойкостью эвтектоидным и другим сплавам, что может привести к повреждению корпуса вследствие нагревания, которое возникает в условиях интенсивного абразивно-ударного износа. Низкие прочность, износостойкость и термостойкость, соответственно, обуславливают небольшой срок использования известного аналога и потребность в его частом ремонте или замене.
Кроме того, низкое содержание связки в смеси негативно влияет на прочность, термостойкость, износостойкость и, соответственно, на надежность известного аналога, поскольку низкое содержание связки ухудшает жидкотекучесть смеси, приводит к образованию пор и пустот в наполнителе, а также к неравномерному распределению металлургического порошка в смеси.
Известно также композитное изделие (патент на изобретение RU 2578339 С2, B22F 3/10, С22С 29/02, С22С 26/00, опубликован 27.03.2016 г., бюл. №9), которое включает частицы кубического нитрида бора, диспергированные в порошке сцементированного карбида, при этом содержание нитрида бора составляет не более 4% от веса изделия, а смесь нитрида бора и порошка сцементированного карбида спечена при температуре не более 1350°С без применения давления.
Недостатками известного аналога является низкая термостойкость, износостойкость, неэффективность и ненадежность в условиях абразивно-ударного износа, обусловленные наличием в смеси нитрида бора.
Известный аналог имеет низкую термостойкость и износостойкость, является неэффективным и ненадежным в условиях абразивно-ударного износа, поскольку нитрид бора, несмотря на большую прочность, износостойкость и термостойкость до спекания с порошком сцементированного карбида, в значительной степени теряет свои полезные свойства при температуре выше 600°С. Соответственно при спекании с порошком сцементированного карбида, которое происходит при температуре 1350°С, а также вследствие нагревания, которое возникает в условиях абразивно-ударного износа, например, при бурении горной породы, имеющей большую прочность, нитрид бора в значительной степени теряет свои полезные свойства, такие как прочность, износостойкость, термостойкость, способность выдерживать большое давление, что приводит к быстрому износу известного композитного изделия и его повреждению, и, соответственно, обуславливает необходимость в его постоянном ремонте или замене.
Ближайшим аналогом заявленной полезной модели выбран износостойкий элемент, взаимодействующий с абразивным средой (патент на изобретение UA 112634 С2, С22С 14/00, B22F 5/12, B22F 3/105, B22F 3/16, С23С 8/60, С23С 10/30, B23K 35/40, B23K 101/34, опубликован 10.10.2016 г., бюл. №19), который включает корпус, связанный с износостойким монолитным телом, содержим карбиды металлов. Упомянутый износостойкий элемент содержит износостойкое монолитное тело, которое выполнено из смеси кремнистого или марганцовистого флюса с порошком карбида бора или карбида вольфрама, или карбида титана, подвергнутой термическому воздействию, и упомянутое тело расположено внутри корпуса - в полости металлической трубчатой оболочки, полость которой имеет круглое или прямоугольное или треугольное или эллиптическое сечение, при этом упомянутый износостойкий элемент имеет зону диффузии, полученную за счет высокотемпературного воздействия и расположенную между упомянутым телом и оболочкой, причем ширина упомянутой зоны составляет от 10 до 30% толщины металлической трубчатой оболочки, а на внешней стороне металлической трубчатой оболочки выполнена опорная поверхность, которая обеспечивает возможность присоединения износостойкого элемента с помощью газовой или электрической сварки к металлической поверхности рабочего органа.
Недостатками ближайшего аналога является недостаточная надежность и недостаточная эффективность работы в условиях абразивно-ударного износа, низкая прочность, термостойкость и износостойкость, небольшой срок использования, обусловленные использованием в качестве связки кремнистого или марганцовистого флюса и использованием порошка карбидов бора, вольфрама или титана для образования монолитного тела.
Наличие кремнистого или марганцовистого флюса в составе монолитного тела, расположенного в корпусе, делает ближайший аналог неэффективным и ненадежным в условиях абразивно-ударного износа, снижает его прочность, термостойкость и износостойкость и, соответственно, срок использования, поскольку изготовление монолитного тела из смеси с содержанием кремнистого или марганцовистого флюса требует воздействия высокой температуры (выше 1300°С). Воздействие высокой температуры, необходимой для расплавления кремнистого или марганцовистого флюса, снижает прочность, износостойкость и термостойкость корпуса, при этом возможна неравномерная диффузия, что может привести к потере металлического слоя как такового в отдельных местах, быстрому износу износостойкого элемента, повреждению и разрушению его корпуса, возможного отсоединения от опорной поверхности и рабочего органа, что приведет к невозможности дальнейшего использования известного износостойкого элемента.
Кроме того, загрязняющие примеси, имеющиеся в кремнистых или марганцовистых флюсах, при их расплавлении и смешивании с порошком карбида, загрязняют смесь, снижая ее полезные свойства, что также негативно влияет на термостойкость, износостойкость, прочность ближайшего аналога, а следовательно и на его эффективность, надежность и срок использования.
Кроме этого монолитные тела, в которых использованы порошки карбидов бора, вольфрама или титана, имеют пониженную однородность, плотность и прочность по сравнению с монолитными телами, выполненными с использованием указанных карбидов в других формах. Сниженная однородность, плотность и прочность монолитного тела имеет следствием потерю монолитным телом своей структуры под воздействием интенсивного абразивно-ударного износа, его измельчения и разрушения, что приводит к повреждению ближайшего аналога, снижению эффективности его работы и его непригодности для использования по назначению.
При этом изготовление известного аналога требует больших энергозатрат поскольку изготовление монолитного тела из смеси с содержанием кремнистого или марганцовистого флюса требует воздействия высокой температуры (выше 1300°С), что, соответственно повышает себестоимость известного износостойкого элемента.
Технической задачей заявленной полезной модели является создание нового износостойкого элемента, который характеризуется повышенной прочностью, термостойкостью, износостойкостью, увеличенным сроком использования, повышенной надежностью и эффективностью работы в условиях абразивно-ударного износа, что позволяет снизить энергоемкость при изготовлении и себестоимость.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в износостойком элементе, включающем металлическую трубчатую оболочку, внутри которой расположен наполнитель, который включает карбид металла, а на внешней стороне металлической трубчатой оболочки имеется опорная поверхность, выполненная с возможностью присоединения к поверхности рабочего органа, согласно предложению, наполнитель выполнен из смеси частиц литого карбида вольфрама, спеченного карбида вольфрама, никелевого сплава в следующем соотношении, мас. %:
| частицы литого карбида вольфрама | 10-25 |
| частицы спеченного карбида вольфрама | 50 |
| частицы никелевого сплава | 25-40 |
объединенных в монолитное тело расплавленными частицами никелевого сплава, которыми также оно скреплено с металлической трубчатой оболочкой, при этом никелевый сплав содержит никель, железо, углерод, хром, кремний и бор в следующем соотношении, мас. %:
| хром | 9-17 |
| кремний | 1,5-4 |
| бор | 0,5-2 |
| железо | 1-2 |
| углерод | 0,2-0,8 |
| никель | 74,2-87,8 |
Также, согласно предложению, частицами литого карбида вольфрама являются зерна литого карбида вольфрама.
Кроме того, согласно предложению, частицами никелевого сплава является самофлюсующийся никелевый сплав.
Вместе с тем, согласно предложению, полость металлической трубчатой оболочки имеет круглое, или прямоугольное, или треугольное или эллиптическое сечение.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение прочности, термостойкости, износостойкости, увеличение срока использования, повышение надежности и эффективности работы в условиях абразивно-ударного износа, уменьшение энергоемкости и себестоимости.
Причинно-следственная связь между существенными признаками полезной модели и ожидаемым техническим результатом заключается в следующем.
В совокупности существенных признаков заявленной полезной модели обеспечивается повышение прочности, термостойкости, износостойкости, увеличение срока использования, повышение надежности и эффективности работы в условиях абразивно-ударного износа за счет заявленного состава смеси, из которой выполнен наполнитель, заявленного соотношения составляющих указанной смеси, а также вследствие использования в качестве связки никелевого сплава с заявленным составом и соотношением его составляющих.
Использование частиц литого карбида вольфрама, спеченного карбида вольфрама и никелевого сплава, объединенных в монолитное тело расплавленными частицами никелевого сплава, в заявленном соотношении повышает прочность, термостойкость, износостойкость заявленного износостойкого элемента, увеличивает срок его использования, повышает надежность и эффективность его работы в условиях абразивно-ударного износа благодаря свойствам литого и спеченного карбида вольфрама, а также наличием никелевого сплава как связки для их частиц.
Литой карбид вольфрама имеет микротвердость в пределах 2100-2800 кг/мм2 (20580-27440 мн/м2), имеет высокую твердость (более чем HRA90), характеризуется повышенной износостойкостью, упругостью (модуль упругости 710 гПа), прочностью на сжатие (5-7 гПа), устойчивостью к любым известным агрессивным средам и устойчивостью к фрикционной коррозии, термостойкостью (температура плавления выше 2755°С). При этом в составе наполнителя литой карбид вольфрама сохраняет свои полезные свойства, в частности, под воздействием высокой температуры и ударного, абразивного и ударно-абразивного износа. Таким образом использование частиц литого карбида вольфрама в заявленном соотношении к другим составляющим наполнителя повышает прочность, термостойкость и износостойкость, и, соответственно, обеспечивает увеличение срока использования, повышение надежности и эффективности работы заявленного износостойкого элемента в условиях абразивно-ударного износа.
Объединение в монолитном теле, которым является наполнитель, литого и спеченного карбида вольфрама значительно повышает прочность, износостойкость и термостойкость заявленного износостойкого элемента, поскольку литой и спеченный карбид вольфрама взаимодополняют друг друга, нивелируя недостатки друг друга и предоставляя износостойкому элемента полный набор полезных свойств, которые дают возможность износостойкому элементу эффективно и надежно выполнять свои функции в условиях интенсивного абразивно-ударного износа, длительное время сохраняя целостность внутренней структуры.
Использование в качестве связки никелевого сплава в заявленном соотношении с другими составляющими наполнителя и с заявленным составом компонентов, находящихся в заявленном соотношении, повышает прочность, термостойкость и износостойкость, и, соответственно, обеспечивает увеличение срока использования, повышение надежности и эффективности работы заявленного износостойкого элемента в условиях абразивно-ударного износа, поскольку никелевый сплав с заявленным составом компонентов, находящихся в определенном соотношении, имеет высокую жидкотекучесть, что позволяет ему как заполнять пространство между частицами литого и спеченного карбида вольфрама, не оставляя внутренних пузырьков и пустот, так и заполнять полость в металлической трубчатой оболочке, не оставляя пустот в местах соединения наполнителя и внутренней поверхности металлической трубчатой оболочки. При этом никелевый сплав с заявленным составом компонентов за счет своих свойств скрепляет монолитное тело с металлической трубчатой оболочкой путем адгезии без диффузии никелевого сплава и металлической трубчатой оболочки. Таким образом металлическая трубчатая оболочка не подвергается воздействию высокой температуры и сохраняет целостность, что повышает ее прочность и износостойкость.
Также никелевый сплав с заявленным составом компонентов и заявленным соотношением между ними характеризуется хорошей адгезией к чугуну и сталям, в частности, высоколегированным и нержавеющим сталям.
Вместе с тем температура плавления заявленного никелевого сплава, при которой никелевый сплав и частицы литого и спеченного карбида вольфрама образуют монолитное тело, составляет 980-1050°С, что меньше температуры плавления материала металлической трубчатой оболочки, которую выполняют преимущественно из стали. Таким образом металлическая трубчатая оболочка не подвергается разрушающему воздействию высокой температуры, что также повышает ее прочность, термостойкость и износостойкость.
При этом обеспечивается уменьшение энергоемкости изготовления и, соответственно себестоимости, поскольку температура плавления заявленного никелевого сплава, при которой никелевый сплав и частицы литого и спеченного карбида вольфрама образуют монолитное тело, составляет 980-1050°С, в отличие от аналога, в котором для получения монолитного тела смесь подвергают воздействию температуры, превышающей 1300°С.
Использование зерен литого карбида вольфрама (рэлита) в качестве частиц литого карбида вольфрама является преимущественным, поскольку использование зерен литого карбида вольфрама повышает прочность и износостойкость заявленного износостойкого элемента за счет структуры указанных зерен. Рэлит не имеет внутренних микротрещин, имеет большое сопротивление усилию раздавливания (7,0-9,0 кгс), что позволяет зернам карбида вольфрама сохранять целостность и оставаться в наполнителе даже при экстремальных нагрузках.
Использование самофлюсующегося никелевого сплава в качестве частиц никелевого сплава повышает прочность заявленного износостойкого элемента, поскольку указанный сплав ликвидирует оксидные пленки на поверхностях частиц карбида вольфрама и на внутренней поверхности металлической трубчатой оболочки, повышает адгезию никелевого сплава к указанным поверхностям, повышает их смачиваемость и позволяет прочно скрепить наполнитель и металлическую трубчатую оболочку. При этом такой никелевый сплав не имеет недостатков, присущих флюсам, и характеризуется оптимальной жидкотекучестью.
Конструкция заявленного износостойкого элемента поясняется с помощью следующих изображений:
Фиг. 1 - вариант выполнения заявленного износостойкого элемента.
Фиг. 2 - Схематическое изображение вида продольного сечения фрагмента металлической трубчатой оболочки с расположенным внутри нее наполнителем.
Фиг. 3 - Схематическое изображение вида поперечного сечения металлической трубчатой оболочки с расположенным внутри нее наполнителем.
На Фиг. 1 представлен один из возможных, но не исключительный вариант выполнения заявленного износостойкого элемента, который включает наполнитель 1, расположенный в полости металлической трубчатой оболочки 2, на внешней стороне которой прикреплена опорная поверхность 3.
Наполнитель 1, расположенный в полости металлической трубчатой оболочки 2, включает карбид металла и выполнен из смеси частиц литого карбида вольфрама 4, спеченного карбида вольфрама 5, никелевого сплава 6 в следующем соотношении, мас. %:
| частицы литого карбида вольфрама | 10-25 |
| частицы спеченного карбида вольфрама | 50 |
| частицы никелевого сплава | 25-40 |
Наполнитель 1 представляет собой монолитное тело, в котором частицы литого карбида вольфрама 4 и частицы спеченного карбида вольфрама 5 объединены расплавленными частицами никелевого сплава 6, которыми монолитное тело также скреплено с металлической трубчатой оболочкой 2 адгезией. Смесь вышеуказанных частиц объединяют в монолитное тело, преимущественно, при температуре 1050°С. В соответствии с формой и сечением металлической трубчатой оболочки 2 наполнитель 1 может иметь форму цилиндра, параллелепипеда, призмы или другую.
Полость металлической трубчатой оболочки 2 имеет круглое или прямоугольное, или треугольное или эллиптическое. На внешней стороне металлической трубчатой оболочки 2 имеется опорная поверхность 3. В изображенном на Фиг. 3 варианте выполнения металлическая трубчатая оболочка 2 имеет круглое сечение.
Опорная поверхность 3 выполнена на внешней стороне металлической трубчатой оболочки 2 с возможностью присоединения к поверхности рабочего органа. Опорная поверхность 3 может быть неразъемно соединена с внешней стороной металлической трубчатой оболочки 2, например, с помощью сварки. Также опорная поверхность 3 и металлическая трубчатая оболочка 2 могут быть покрыты слоем защитного покрытия после соединения.
Частицы литого карбида вольфрама 4 представляют собой соединение стехиометрических химических соединений WC и W2C, при этом доля свободного углерода в частицах литого карбида вольфрама 4 не превышает 0,03%. В предпочтительном варианте выполнения заявленного износостойкого элемента частицами литого карбида вольфрама 4 являются зерна литого карбида вольфрама (также известные как рэлит).
Частицы спеченного карбида вольфрама 5 представляют собой измельченные частицы таких сплавов как ВК-6, ВК-8, ВК-12 и могут быть получены, например, путем измельчения отходов, например, изношенных изделий или их деталей, выполненных из карбида вольфрама.
Никелевый сплав 6 объединяет составляющие наполнителя 1 в монолитное тело под воздействием температуры преимущественно 1050°С расплавленными частицами, которыми монолитное тело также скреплено с металлической трубчатой оболочкой 2, при этом никелевый сплав 6 содержит никель, железо, углерод, хром, кремний и бор в следующем соотношении, мас. %:
| хром | 9-17 |
| кремний | 1,5-4 |
| бор | 0,5-2 |
| железо | 1-2 |
| углерод | 0,2-0,8 |
| никель | 87,8-74,2 |
В предпочтительном варианте выполнения никелевым сплавом 6 является самофлюсующийся никелевый сплав.
Заявленный износостойкий элемент изготавливают следующим образом.
Из частиц никелевого сплава 6, литого карбида вольфрама 4 и спеченного карбида вольфрама 5 изготавливают равномерно смешанную смесь, которой наполняют полость металлической трубчатой оболочки 2. При необходимости смесь уплотняют. После этого смесь вышеуказанных частиц подвергают воздействию температуры 980-1050°С. При осуществлении указанного воздействия частицы никелевого сплава 6 расплавляются, заполняют пространство между частицами литого карбида вольфрама 4 и спеченного карбида вольфрама 5, при этом образуется монолитное тело, которое заполняет полость и принимает форму полости трубчатой металлической оболочки 2. После застывания расплавленных частиц никелевого сплава 6 обеспечивается скрепление монолитного тела путем его адгезии с внутренней поверхностью металлической трубчатой оболочки 2.
После этого на внешней стороне металлической трубчатой оболочки 2 выполняют опорную поверхность 3, или прикрепляют ее путем неразъемного или разъемного соединения к металлической трубчатой оболочке 2. Далее опорную поверхность 3 заявленного износостойкого элемента с помощью газовой или электрической сварки соединяют с металлической поверхностью рабочего органа. После этого износостойкий элемент готов для использования по назначению, например, в качестве держателя бурового долота (бурильной трубы), шнека для производства брикетов для твердотопливных котлов, износостойкого элемента для породоразрушающего или почвообрабатывающего инструмента и тому подобного.
Таким образом, заявленная полезная модель обеспечивает сокращение затрат на изготовление и монтаж износостойких элементов, заявленный износостойкий элемент является простым в изготовлении и использовании, превосходит известные аналоги по своим свойствам, в частности, прочностью, износостойкостью и термостойкостью, что позволяет использовать его длительное время в условиях интенсивного абразивно-ударного износа без повреждения и разрушения, сократить затраты на ремонт оборудования, удешевить выполнение и повысить качество бурильных, породоразрушающих, почвообрабатывающих и других работ с использованием соответствующего оборудования. При этом наполнитель не содержит в своем составе материалов, которые сложно изготовить или таких, которые имеют высокую стоимость, что, в свою очередь, удешевляет заявленный износостойкий элемент в целом и делает его доступным широкому кругу потребителей.
В существующих источниках патентной и научно-технической информации не выявлен износостойкий элемент, который имеет заявленную совокупность существенных признаков, поэтому представленное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Предложенное техническое решение является промышленно применимым, поскольку не содержит в своем составе никаких конструктивных элементов и материалов, которые невозможно воспроизвести на современном этапе развития техники.
Claims (9)
1. Износостойкий элемент, включающий металлическую трубчатую оболочку, в которой размещен наполнитель, содержащий карбид металла, а внешняя сторона металлической трубчатой оболочки имеет опорную поверхность, выполненную с возможностью присоединения к поверхности рабочего органа, отличающийся тем, что наполнитель выполнен из смеси частиц литого карбида вольфрама, спеченного карбида вольфрама и никелевого сплава в следующем соотношении, мас.%:
объединенных в монолитное тело расплавленными частицами никелевого сплава, которыми оно скреплено с металлической трубчатой оболочкой, при этом никелевый сплав содержит никель, железо, углерод, хром, кремний и бор в следующем соотношении, мас.%:
2. Износостойкий элемент по п. 1, отличающийся тем, что частицы литого карбида вольфрама представляют собой зерна литого карбида вольфрама.
3. Износостойкий элемент по п. 1, отличающийся тем, что частицы никелевого сплава представляют собой частицы самофлюсующегося никелевого сплава.
4. Износостойкий элемент по п. 1, отличающийся тем, что полость металлической трубчатой оболочки имеет круглое, или прямоугольное, или треугольное, или эллиптическое сечение.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU201802915U UA126386U (uk) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | Зносостійкий елемент |
| UAU201802915 | 2018-03-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU188865U1 true RU188865U1 (ru) | 2019-04-25 |
Family
ID=62540652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018130393U RU188865U1 (ru) | 2018-03-22 | 2018-08-20 | Износостойкий элемент |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU188865U1 (ru) |
| UA (1) | UA126386U (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2259266C2 (ru) * | 2003-08-20 | 2005-08-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" | Порошковая проволока для износостойкой наплавки |
| US20070082217A1 (en) * | 2005-10-11 | 2007-04-12 | Postle Industries, Inc. | Wear Resistant Consumable |
| WO2011121186A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Metso Minerals, Inc. | A method and arrangement for manufacturing a component with hot isostatic pressing, a core, a preform for a cladding, and use of the core |
| RU2465111C2 (ru) * | 2010-05-06 | 2012-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Техно-Арк" | Электрод для износостойкой наплавки и способ создания износостойкого слоя на поверхности металлургического оборудования наплавкой с использованием электродов |
| UA80328U (en) * | 2012-11-19 | 2013-05-27 | Днепродзержинский Государственный Технический Университет | Flux cored wire |
| US20140140835A1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-05-22 | Caterpillar Inc. | Component with cladding surface and method of applying same |
-
2018
- 2018-03-22 UA UAU201802915U patent/UA126386U/uk unknown
- 2018-08-20 RU RU2018130393U patent/RU188865U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2259266C2 (ru) * | 2003-08-20 | 2005-08-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" | Порошковая проволока для износостойкой наплавки |
| US20070082217A1 (en) * | 2005-10-11 | 2007-04-12 | Postle Industries, Inc. | Wear Resistant Consumable |
| WO2011121186A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Metso Minerals, Inc. | A method and arrangement for manufacturing a component with hot isostatic pressing, a core, a preform for a cladding, and use of the core |
| RU2465111C2 (ru) * | 2010-05-06 | 2012-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Техно-Арк" | Электрод для износостойкой наплавки и способ создания износостойкого слоя на поверхности металлургического оборудования наплавкой с использованием электродов |
| UA80328U (en) * | 2012-11-19 | 2013-05-27 | Днепродзержинский Государственный Технический Университет | Flux cored wire |
| US20140140835A1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-05-22 | Caterpillar Inc. | Component with cladding surface and method of applying same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA126386U (uk) | 2018-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI62345B (fi) | Slitdetalj eller slitdel | |
| US8201648B2 (en) | Earth-boring particle-matrix rotary drill bit and method of making the same | |
| US7661491B2 (en) | High-strength, high-toughness matrix bit bodies | |
| US6248149B1 (en) | Hardfacing composition for earth-boring bits using macrocrystalline tungsten carbide and spherical cast carbide | |
| EP2024524B1 (en) | Infiltrant matrix powder and product using such powder | |
| WO2008042330B1 (en) | Abrasive wear resistant hardfacing materials, drill bits and drilling tools including abrasive wear resistant hardfacing materials, and methods for applying abrasive wear resistant hardfacing materials to drill bits and drilling tools | |
| US5740872A (en) | Hardfacing material for rolling cutter drill bits | |
| EP1077268A1 (en) | Composition for binder material | |
| US4365997A (en) | Wear resistant compound material, method for manufacturing it and use of such compound material | |
| US3859057A (en) | Hardfacing material and deposits containing tungsten titanium carbide solid solution | |
| EP2570245B1 (en) | Hardfacing composition having a specific particle size distribution | |
| RU188865U1 (ru) | Износостойкий элемент | |
| CN108705087B (zh) | 具有控碳层的金刚石复合片 | |
| CA2865624C (en) | Wear resistant coating | |
| US9103004B2 (en) | Hardfacing composition and article having hardfacing deposit | |
| JPS6366633B2 (ru) | ||
| CA2865741C (en) | Wear resistant coating | |
| CN109944551B (zh) | 一种pdc钢体钻头保径耐磨块的制造工艺及其组分 | |
| JP4491758B2 (ja) | 成形機用シリンダ | |
| JP6397618B2 (ja) | 耐摩耗性被覆用溶加棒 | |
| KR102197601B1 (ko) | 텅스텐 카바이드 및 니켈계 금속을 포함하는 초경 스페이서 제조용 금속 분말 및 초경 스페이서 제조방법 | |
| JP2602029B2 (ja) | 耐アブレージョン複合鋳造体の製造方法 | |
| US20240068077A1 (en) | Metal matrix composites for drill bits | |
| JP2002275588A (ja) | 耐摩耗耐食合金および成形機用シリンダ | |
| CN117488295A (zh) | 一种高硼系耐磨熔覆粉末 |