RU2443795C2 - MULTI-FUNCTION ANTIFRICTION NANOSTRUCTURE WEAR-RESISTANT DAMPING ALLOYS WITH SHAPE MEMORY EFFECT ON METASTABLE BASIS OF IRON WITH STRUCTURE OF HEXAGONAL ε-MARTENSITE, AND ITEMS USING THESE ALLOYS WITH EFFECT OF SELF-ORGANISATION OF NANOSTRUCTURE COMPOSITIONS, SELF-STRENGTHENING AND SELF-LUBRICATION OF FRICTION SURFACES, WITH EFFECT OF SELF-DAMPING OF VIBRATIONS AND NOISES - Google Patents

MULTI-FUNCTION ANTIFRICTION NANOSTRUCTURE WEAR-RESISTANT DAMPING ALLOYS WITH SHAPE MEMORY EFFECT ON METASTABLE BASIS OF IRON WITH STRUCTURE OF HEXAGONAL ε-MARTENSITE, AND ITEMS USING THESE ALLOYS WITH EFFECT OF SELF-ORGANISATION OF NANOSTRUCTURE COMPOSITIONS, SELF-STRENGTHENING AND SELF-LUBRICATION OF FRICTION SURFACES, WITH EFFECT OF SELF-DAMPING OF VIBRATIONS AND NOISES Download PDF

Info

Publication number
RU2443795C2
RU2443795C2 RU2010115086/02A RU2010115086A RU2443795C2 RU 2443795 C2 RU2443795 C2 RU 2443795C2 RU 2010115086/02 A RU2010115086/02 A RU 2010115086/02A RU 2010115086 A RU2010115086 A RU 2010115086A RU 2443795 C2 RU2443795 C2 RU 2443795C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
self
alloys
effect
martensite
damping
Prior art date
Application number
RU2010115086/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010115086A (en
Inventor
Тамара Федоровна Волынова (RU)
Тамара Федоровна Волынова
Original Assignee
Тамара Федоровна Волынова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тамара Федоровна Волынова filed Critical Тамара Федоровна Волынова
Priority to RU2010115086/02A priority Critical patent/RU2443795C2/en
Publication of RU2010115086A publication Critical patent/RU2010115086A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2443795C2 publication Critical patent/RU2443795C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: alloy contains the following, wt %: carbon 0.001 - 0.3, manganese 5.0 - 44.0, nitrogen 0.03 - 0.12, and iron is the rest; at that, its structure contains 5 - 95% of ε-martensite phase, and γ-austenite and/or α-martensite is the rest. Alloy can also contain 0.5 - 8.0 wt % of silicium and/or cobalt and one or several elements of the group: titanium 0.06 - 1.0, vanadium 0.06 - 0.20 and niobium 0.05 - 0.20.
EFFECT: alloy has high damping and antifriction properties, wear resistance and shape memory effect, which allows using it for manufacture of items having the effect of self-organisation of nanostructure compositions on intense friction surfaces, effect of self-strengthening, self-lubrication, self-damping of vibrations and noises, which are used for operation at normal and negative temperatures.
9 cl, 13 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к традиционной и порошковой, к литым и порошковым сплавам на основе железа и системы железо-марганец со структурой гексагонального έ-мартенсита, антифрикционным наноструктурированным износостойким демпфирующим с эффектом памяти формы высокопрочным метастабильным и изделиям с использованием данного сплава для работы при нормальной и отрицательных температурах с универсальным применением в конструкциях общего и специального машиностроения.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to traditional and powder, cast and powder alloys based on iron and an iron-manganese system with a hexagonal έ-martensite structure, antifriction nanostructured wear-resistant damping with shape memory effect, high-strength metastable and products using this alloy for work at normal and negative temperatures with universal application in the construction of general and special engineering.

Сущность изобретения. Предложен многофункциональный антифрикционный наноструктурированный износостойкий демпфирующий с эффектом памяти формы высокопрочный сплав на метастабильной основе железа и системы Fe-Mn, отличающийся тем, что дополнительно содержит азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:SUMMARY OF THE INVENTION A multifunctional antifriction nanostructured wear-resistant damping with a shape memory effect is proposed for high-strength alloy based on metastable iron and Fe-Mn system, characterized in that it additionally contains nitrogen in the following ratio of components, wt.%:

марганецmanganese 5,0-44,05.0-44.0 углеродcarbon 0,001-0,30.001-0.3 азотnitrogen 0,03-0,120.03-0.12 железоiron остальное,rest,

причем структура содержит 5-95% фазы ε-мартенсит, остальное фазы γ-аустенит и/или α-мартенсит.moreover, the structure contains 5-95% of the ε-martensite phase, the rest of the phase is γ-austenite and / or α-martensite.

Сплав может дополнительно содержать, мас.%:The alloy may additionally contain, wt.%:

кремний и/или кобальтsilicon and / or cobalt 0,5-8,00.5-8.0 один или несколько элементов из группы, содержащей:one or more elements from the group containing: титанtitanium 0,06-1,00.06-1.0 ванадийvanadium 0,06-0,20.06-0.2 ниобийniobium 0,05-0,200.05-0.20

Заявляемый сплав отличается тем, что обладает twinning-эффектом.The inventive alloy is characterized in that it has a twinning effect.

Предложенное изделие, выполненное целиком и/или содержащее рабочую поверхность из антифрикционного наноструктурированного износостойкого демпфирующего с эффектом памяти формы высокопрочного метастабильного сплава на основе железа со структурой гексагонального ε-мартенсита, отличающееся тем, что оно выполнено из этого сплава, содержащего, мас.%: марганец 5,0-44,0, углерод 0,001-0,3, азот 0,03-0,12, железо остальное и имеющего структуру, содержащую 5-95% фазы ε-мартенсита, остальное метастабильные фазы γ-аустенит и/или α-мартенсит. Сплав может дополнительно содержать кремний и/или кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%: 0,5-8,0, а также один или несколько элементов из группы, содержащей титан 0,06-1,0, ванадий 0,06-0,20, ниобий 0,05-0,20 (фиг.8-13), обеспечивающий заявляемым изделиям уникальный комплекс свойств: эффект самоорганизации наноструктурированных композиций, эффект самоупрочнения и самосмазывания поверхностей трения, эффект самогашения вибраций и шумов.The proposed product, made entirely and / or containing a working surface of antifriction nanostructured wear-resistant damping with a memory effect of the shape of a high-strength metastable alloy based on iron with the structure of hexagonal ε-martensite, characterized in that it is made of this alloy containing, wt.%: Manganese 5.0-44.0, carbon 0.001-0.3, nitrogen 0.03-0.12, iron the rest and having a structure containing 5-95% phases of ε-martensite, the rest is metastable phases γ-austenite and / or α martensite. The alloy may additionally contain silicon and / or cobalt in the following ratio of components, wt.%: 0.5-8.0, as well as one or more elements from the group containing titanium 0.06-1.0, vanadium 0.06- 0.20, niobium 0.05-0.20 (Fig. 8-13), providing the claimed products with a unique set of properties: the effect of self-organization of nanostructured compositions, the effect of self-hardening and self-lubrication of friction surfaces, the effect of self-quenching of vibrations and noise.

Изобретение иллюстрируется графиками.The invention is illustrated by graphs.

Фиг.1 - фазовая диаграмма железомарганцевых сталей и сплавов, полученных методами традиционной и порошковой металлургии, в заявленном интервале содержания марганца 5-44%.Figure 1 is a phase diagram of iron-manganese steels and alloys obtained by traditional and powder metallurgy methods, in the claimed range of manganese content of 5-44%.

Фиг.2 - структура гексагонального ε-мартенсита системы Fe-Mn в состоянии после закалки (×1000).Figure 2 - structure of hexagonal ε-martensite of the Fe-Mn system in the state after quenching (× 1000).

Фиг.3 - сравнительные механические и антифрикционные свойства заявляемых наноструктурированных и стандартно применяемых антифрикционных материалов.Figure 3 - comparative mechanical and antifriction properties of the inventive nanostructured and standardly used antifriction materials.

Фиг.4 - изменение трибологических и диссипативных свойств железомарганцевых сплавов в зависимости от содержания марганца.Figure 4 - change in the tribological and dissipative properties of ferromanganese alloys depending on the manganese content.

Фиг.5 - изменение структурного и фазового состава на поверхностях интенсивного трения.5 is a change in the structural and phase composition on the surfaces of intense friction.

Фиг.6 - изменение структуры и фазового состава, микротвердости по глубине упрочненного наноструктурированного слоя антифрикционного сплава на основе метастабильного ε-мартенсита.6 is a change in the structure and phase composition, microhardness along the depth of the hardened nanostructured layer of an antifriction alloy based on metastable ε-martensite.

Фиг.7 - фрактограммы поверхностей изломов ударных образцов α-, ε- и γ-сплавов системы Fe-Mn при температурах верхнего (а, в, д) и нижнего (б, г, е) порогов хладноломкости (×1000).7 - fractograms of the surfaces of fractures of shock samples of α-, ε- and γ-alloys of the Fe-Mn system at temperatures of the upper (a, c, e) and lower (b, d, e) cold brittleness thresholds (× 1000).

Фиг.8 - детали, изготовленные из нового класса антифрикционных наноструктурированных материалов. Втулка двигателя.Fig - parts made from a new class of antifriction nanostructured materials. Motor bushing.

Фиг.9 - втулка системы гидропривода.Fig.9 - sleeve hydraulic system.

Фиг.10 - подпятник системы гидропривода.10 is a thrust bearing of the hydraulic drive system.

Фиг.11 - шестерня - вал масляного насоса с модулем зуба 2,5-3,5.11 - gear - the shaft of the oil pump with the tooth module 2.5-3.5.

Фиг.12 - втулка масляного насоса.Fig - sleeve oil pump.

Фиг.13 - детали двигателя: фланцы, ступицы, сепараторы, втулки, стаканы, ниппели, уплотнения.Fig - engine parts: flanges, hubs, separators, bushings, glasses, nipples, seals.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к традиционной и порошковой, и касается антифрикционных наноструктурированных износостойких демпфирующих с эффектом памяти формы высокопрочных метастабильных сплавов как литых, так и порошковых на основе железа, содержащих марганец в качестве основного легирующего элемента, отличающихся тем, что дополнительно содержат азот, а также изделий, выполненных из заявляемых сплавов. Заявляемые сплавы могут быть получены в виде отливок, поковок, листа или сортового проката, в виде порошка и компактных изделий из них.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to traditional and powder, and relates to antifriction nanostructured wear-resistant damping with memory effect forms of high-strength metastable alloys, both cast and powder based on iron, containing manganese as the main alloying element, characterized in that they additionally contain nitrogen, as well as products made from the inventive alloys. The inventive alloys can be obtained in the form of castings, forgings, sheet or long products, in the form of powder and compact products from them.

Присутствие марганца в заявляемых сплавах в качестве основного легирующего элемента не является достаточным условием для достижения заявляемого комплекса физико-механических и специальных свойств. Необходимыми условиями являются: наличие в исходной структуре фазы ε-мартенсит с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решеткой, образующейся при закалке по реакции γ→ε (мартенсит охлаждения); оптимальное соотношение в исходной структуре метастабильных фаз γ-аустенит и ε-мартенсит, обеспечивающих формирование ультрадисперсных фаз деформации, состоящих из мартенсита деформации, образованного по реакциям γ→ε, γ→α, γ→ε→α (tripp-эффект), и двойников деформации и дефектов упаковки высокой дисперсности и плотности (twinning-эффект) [монография «Высокомарганцовистые стали и сплавы», Т.Ф.Волынова, М.: Металлургия, 1988 г. 343 с.].The presence of manganese in the claimed alloys as the main alloying element is not a sufficient condition for achieving the claimed complex of physical, mechanical and special properties. Necessary conditions are: the presence in the initial phase structure of ε-martensite with a hexagonal close-packed (hcp) lattice formed during quenching by the reaction γ → ε (cooling martensite); the optimal ratio in the initial structure of metastable phases is γ-austenite and ε-martensite, which provide the formation of ultrafine phases of deformation, consisting of strain martensite formed by the reactions γ → ε, γ → α, γ → ε → α (tripp effect), and twins deformation and packaging defects of high dispersion and density (twinning effect) [monograph "High manganese steels and alloys", TF Volynova, M .: Metallurgy, 1988. 343 S.].

Присутствие азота в заявляемых сплавах обеспечивает повышение прочности, твердости, пластичности, износостойкости как в состоянии после закалки, так и после холодной деформации. Азот измельчает зерно и снижает склонность к росту зерна при нагреве под закалку; оказывает влияние на морфологию и химический состав упрочняющих фаз - нитридов и карбонитридов, количество и степень дисперсности которых возрастает с увеличением содержания азота. Азот снижает уровень энергии дефекта упаковки марганцовистого аустенита, что приводит к повышению дисперсности структур деформации: расщепленные подвижные дислокации высокой плотности, связанные с дефектами упаковки и двойниками деформации [монография «Высокоазотистые стали. Металлургия под давлением», Цоло В.Рашев, София.: Издательство Болгарской АН, 1995 г. 268 с.].The presence of nitrogen in the inventive alloys provides an increase in strength, hardness, ductility, wear resistance both in the state after quenching and after cold deformation. Nitrogen grinds the grain and reduces the tendency to grain growth when heated to hardening; affects the morphology and chemical composition of the hardening phases - nitrides and carbonitrides, the amount and degree of dispersion of which increases with increasing nitrogen content. Nitrogen reduces the energy level of the stacking fault of manganese austenite, which leads to an increase in the dispersion of deformation structures: high-density split mobile dislocations associated with stacking faults and deformation twins [monograph “High-nitrogen steels. Metallurgy under pressure ”, Tsolo V. Rashev, Sofia .: Publishing house of the Bulgarian Academy of Sciences, 1995. 268 pp.].

Впервые получены сплавы на основе системы Fe-Mn, содержащие максимально возможное количество ε-мартенсита (до 95%) (фиг.1, 2), на основе которых разработаны заявляемые составы. Аналогов в мировой и отечественной практике нет.For the first time, alloys based on the Fe-Mn system containing the maximum possible amount of ε-martensite (up to 95%) were obtained (Figs. 1, 2), on the basis of which the inventive compositions were developed. There are no analogues in world and domestic practice.

Поскольку железомарганцевые сплавы с заявляемым уникальным комплексом свойств как в мировой, так и в отечественной практике не применялись, аналоги и прототип выбирались по следующим признакам: назначению (антифрикционные, демпфирующие, с эффектом памяти формы), по уровню прочности; содержанию марганца; содержанию ε-мартенсита в структуре.Since ferromanganese alloys with the claimed unique set of properties were not used both in the world and in domestic practice, analogues and prototype were selected according to the following criteria: purpose (antifriction, damping, with shape memory effect), strength level; manganese content; the content of ε-martensite in the structure.

Антифрикционные сплавы. Известные антифрикционные материалы для узлов трения скольжения: чугуны, бронзы, легкоплавкие сплавы - баббиты на основе свинца, олова, цинка или алюминия. Лучшими антифрикционными материалами являются бронзы, а из бронз - оловянистые (~10% Sn). Однако бронзы не могут выдержать больших давлений из-за низкой прочности (фиг.3) (при изменении плотности порошковых сплавов от 15 до 80% предел прочности - σв изменяется от 10 до 120 МПа у оловянистых и до 320 МПа у алюминиевых бронз) и из-за сравнительно небольшого нагрева (низкая температура плавления). К тому же бронзы состоят из таких дефицитных элементов, как медь, олово, свинец, и детали, изготовленные из бронз, очень дороги. Бронзы уступают заявляемым сплавам по диссипативным свойствам - декремент затухания заявляемых сплавов Ψ=40%, штатных бронз <5%. Второе место после бронзовых занимают подшипники из сплавов железа, в их числе порошковые и чугуны. Прочность чугунов достигает 500 МПа (фиг.3), однако их применение ограничено невысокими нагрузками и малыми скоростями. Одни из последних - подшипники на основе алюминия, широко применяемые для двигателей внутреннего сгорания.Antifriction alloys. Known anti-friction materials for sliding friction units: cast iron, bronze, low-melting alloys - babbits based on lead, tin, zinc or aluminum. The best antifriction materials are bronzes, and of bronzes - tin (~ 10% Sn). However bronze can not withstand high pressures because of the low strength (Figure 3) (when changing alloy powder density of from 15 to 80% tensile strength - σ in ranges from 10 to 120 MPa in tin and up to 320 MPa in aluminum bronzes) and due to the relatively small heating (low melting point). In addition, bronzes are made up of scarce elements such as copper, tin, lead, and parts made of bronzes are very expensive. Bronzes are inferior to the claimed alloys by dissipative properties - the damping decrement of the claimed alloys Ψ = 40%, standard bronzes <5%. The second place after bronze is occupied by bearings made of iron alloys, including powder and cast irons. The strength of cast iron reaches 500 MPa (figure 3), however, their use is limited by low loads and low speeds. One of the latter is aluminum-based bearings, which are widely used for internal combustion engines.

Теоретические предпосылки использования особенностей структуры ε-мартенсита, имеющего ГПУ-решетку, в качестве основы при разработке нового класса антифрикционных материалов, а также демпфирующих и с эффектом памяти формы [монография «Высокомарганцовистые стали и сплавы», Т.Ф.Волынова, Металлургия, 1988 г., 343 с.]:Theoretical prerequisites for using the structural features of ε-martensite having an hcp lattice as the basis for the development of a new class of antifriction materials, as well as damping and with shape memory effect [monograph “High manganese steels and alloys”, TF Volynova, Metallurgy, 1988 g., 343 pp.]:

- соотношение осей с/α=1,604, близкое к идеальному, обеспечивающее наименьшее число действующих систем скольжения и преимущественное развитие базисного скольжения (наименьший коэффициент трения при идеальном соотношении с/α=1,63);- the ratio of the axes with / α = 1.604, close to ideal, providing the smallest number of existing slip systems and the preferential development of basic sliding (the smallest coefficient of friction with an ideal ratio with / α = 1.63);

- нестабильность структурных составляющих системы Fe-Mn, наличие в системе всех трех известных для сплавов на железной основе мартенситных превращений (γ→ε, γ→α, γ→ε→α), которые могут происходить одновременно и обеспечивать самоорганизацию наноструктурированных композиций на поверхностях интенсивного трения;- instability of the structural components of the Fe-Mn system, the presence in the system of all three martensitic transformations known for iron-based alloys (γ → ε, γ → α, γ → ε → α) that can occur simultaneously and ensure self-organization of nanostructured compositions on the surfaces of intense friction;

- низкий уровень энергии дефекта упаковки марганцовистого аустенита, обеспечивающие возможность образования высокой степени дисперсности дефектов упаковки и двойников деформации метастабильных наноструктур деформации - twmning-эффект.- low energy level of stacking fault manganese austenite, providing the possibility of the formation of a high degree of dispersion of stacking faults and deformation twins of metastable deformation nanostructures - twmning effect.

Результаты эксперимента подтвердили теоретические предпосылки: установлена четко выраженная корреляция между коэффициентом трения, износостойкостью и количеством ε-мартенсита; материалы с гексагональной структурой по сравнению с другими решетками (ОЦК и ГЦК) имеют более высокую износостойкость: интенсивность изнашивания I=0,018 для ε-сплавов, I=0,045 для α-сплавов, I=0,083 мг/м2м для γ-сплавов) и более низкий коэффициент трения (Фиг.4).The experimental results confirmed the theoretical premises: a clear correlation was established between the friction coefficient, wear resistance and the amount of ε-martensite; materials with a hexagonal structure compared to other lattices (bcc and fcc) have higher wear resistance: wear rate I = 0.018 for ε alloys, I = 0.045 for α alloys, I = 0.083 mg / m 2 m for γ alloys) and lower coefficient of friction (Figure 4).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, по составу и структуре к заявляемому сплаву является антифрикционный сплав на основе железа [3]. В сплаве-прототипе [3] данных по демпфирующим свойствам и эффекту памяти формы, по морфологии и кинетике формирования наноструктурированных композиций на поверхностях трения, обеспечивающих повышение трибологических свойств заявляемых сплавов (твердости, износостойкости, коэффициента трения) и уникальных свойств изделий, изготовленных из этих сплавов, нет.The closest in technical essence and the achieved result, in composition and structure to the claimed alloy is an antifriction alloy based on iron [3]. In the prototype alloy [3] data on the damping properties and the shape memory effect, on the morphology and kinetics of the formation of nanostructured compositions on friction surfaces, providing an increase in the tribological properties of the claimed alloys (hardness, wear resistance, friction coefficient) and unique properties of products made from these alloys , no.

Сплав [3] содержит, мас.%Alloy [3] contains, wt.%

марганецmanganese 10,0-33,010.0-33.0 углеродcarbon 0,002-0,200.002-0.20 железоiron остальноеrest

может дополнительно содержать, мас.%:may additionally contain, wt.%:

кремний и/или кобальтsilicon and / or cobalt 0,5-8,00.5-8.0

Сплав-прототип обладает следующими свойствами: предел прочности: σв=600-850 МПа при коэффициенте трения КТР.БЕЗ СМАЗКИ=0,25-0,35, КТР. СО СМАЗКОЙ=0,01. Недостатком сплава-прототипа [3], как конструкционного материала, является несоответствие уровня конструкционной прочности все возрастающим требованиям к антифрикционным материалам по скоростям скольжения и удельным нагрузкам в узлах трения современных механизмов и машин. Задача повышения прочности в сплаве-прототипе и заявляемом решена через увеличение количества ε-мартенсита за счет легирования кобальтом (0,5-8,0) и/или кремнием (0,5-8,0), и обеспечивающего для сплава-прототипа уровень прочности σв=600-850 МПа, недостаточный для заявляемого сплава. Задача дополнительного повышения прочности в заявляемом сплаве на Δσв=50-100 МПа может быть решена через легирование азотом N, а также дополнительного легирования карбидо- и нитридообразующими: титаном, ниобием, ванадием (Ti, Nb, V), где впервые сочетание высокой прочности, низкого коэффициента трения и высокой износостойкости достигается за счет твердорастворного упрочнения и использования способности к упрочнению метастабильного марганцовистого аустенита за счет образования фаз деформации (известный tripp-эффект) и высокой степени дефектности двойников деформации и дефектов упаковки - twinnig-эффект, за счет самоорганизации управляемых наноструктурированных композиций на поверхности трения.The prototype alloy has the following properties: tensile strength: σ in = 600-850 MPa with a coefficient of friction K TP. WITHOUT LUBRICATION = 0.25-0.35, K TP. GREASED = 0.01. The disadvantage of the prototype alloy [3], as a structural material, is the mismatch of the level of structural strength with ever-increasing requirements for antifriction materials in terms of sliding speeds and specific loads in friction units of modern mechanisms and machines. The task of increasing the strength in the prototype alloy and the claimed solved by increasing the amount of ε-martensite due to alloying with cobalt (0.5-8.0) and / or silicon (0.5-8.0), and providing a level for the prototype alloy strength σ in = 600-850 MPa, insufficient for the inventive alloy. The task of further increasing the strength in the inventive alloy by Δσ at = 50-100 MPa can be solved through doping with nitrogen N, as well as additional doping with carbide and nitride-forming: titanium, niobium, vanadium (Ti, Nb, V), where for the first time a combination of high strength , low coefficient of friction and high wear resistance is achieved due to solid solution hardening and the use of the ability to harden metastable manganese austenite due to the formation of deformation phases (known tripp effect) and a high degree of defect deformation twins and stacking faults are the twinnig effect due to self-organization of controlled nanostructured compositions on the friction surface.

Известен антифрикционный порошковый материал на основе железа [1], содержащий, мас.%:Known antifriction powder material based on iron [1], containing, wt.%:

графитgraphite 0,5-1,50.5-1.5 кремнийsilicon 1,0-2,51.0-2.5 медьcopper 21,0-26,021.0-26.0 марганецmanganese 7,5-11,57.5-11.5 оловоtin 1,0-2,51.0-2.5 железоiron остальноеrest

Исходя из химического состава и плотности (20-30% пор) можно предположить, что данный материал обладает следующими механическими свойствами: σв=200-250 МПа; δ<2%; Т50=(+400)-(+450)°С; КТР. БЕЗ СМАЗКИ=0,1; КТР. СО СМАЗКОЙ=0,006.Based on the chemical composition and density (20-30% pore), we can assume that this material has the following mechanical properties: σ in = 200-250 MPa; δ <2%; T 50 = (+ 400) - (+ 450) ° C; To TR. WITHOUT LUBRICATION = 0,1; To TR. GREASED = 0.006.

При низком коэффициенте трения существенным недостатком сплава [1] являются низкая прочность при почти нулевой пластичности, низкая технологичность и большие трудозатраты при изготовлении. При этом сплав [1] имеет ограничения по нагрузкам и скоростям скольжения и значительно уступает заявляемым сплавам по прочности и долговечности.At a low coefficient of friction, a significant disadvantage of the alloy [1] is low strength with almost zero ductility, low manufacturability and high labor costs in manufacturing. Moreover, the alloy [1] has limitations on loads and sliding speeds and is significantly inferior to the claimed alloys in strength and durability.

Известен антифрикционный материал на основе железа - литой чугун следующего состава [2], мас.%:Known antifriction material based on iron - cast iron of the following composition [2], wt.%:

углеродcarbon 2,8-3,62.8-3.6 кремнийsilicon 2,1-3,82.1-3.8 марганецmanganese 0,7-1,20.7-1.2 сурьмаantimony 0,02-0,070.02-0.07 алюминийaluminum 0,01-0,030.01-0.03 кальцийcalcium 0,02-0,060.02-0.06 нитриды ванадияvanadium nitrides 0,06-0,150.06-0.15 иттрийyttrium 0,002-0,010.002-0.01 железоiron остальноеrest

Сплав [2] обладает следующими механическими и трибологическими свойствами: σВ=334-556 МПа; КТР.=0,026-0,121. Исходя из химического состава индекс демпфирования составляет не выше 5%.Alloy [2] has the following mechanical and tribological properties: σ B = 334-556 MPa; To TR. = 0.026-0.121. Based on the chemical composition, the damping index is not higher than 5%.

Порошковые спеченные сплавы на основе железа [1], как и литые чугуны [2], при удовлетворительных антифрикционных свойствах имеют ограничения в применении по скорости скольжения и нагрузке, при их возрастании недопустимо уменьшается толщина масляной пленки. Меньшая по сравнению с литыми подшипниками прочность обусловлена значительной пористостью порошковых сплавов, что вызывает повышенную чувствительность к ударам и давлению на кромку.Powdered sintered iron-based alloys [1], like cast irons [2], have satisfactory antifriction properties and have limitations in application in terms of sliding speed and load; when they increase, the thickness of the oil film decreases unacceptably. The lower strength compared to cast bearings is due to the significant porosity of the powder alloys, which causes increased sensitivity to shock and pressure on the edge.

Химический состав заявляемых антифрикционных сплавов и прототипа [3] представлены в таблице №1, механические и трибологические свойства - в таблице №2.The chemical composition of the inventive antifriction alloys and prototype [3] are presented in table No. 1, mechanical and tribological properties - in table No. 2.

Демпфирующие сплавы. Реализация высоких демпфирующих свойств заявляемых материалов на основе системы Fe-Mn обеспечивает самогашение и снижение уровня вибраций и шумов, возникающих при работе в узлах трения механизмов и машин, а следовательно, повышение вибрационной и динамической прочности, надежности, долговечности и срока службы изготовленных из заявляемых сплавов деталей узлов трения. Использование демпфирующих материалов позволяет воспрепятствовать передаче вибраций на основную конструкцию, улучшить экологические условия труда за счет снижения воздействия вредных колебаний и вибраций на человеческий организм. Способность гасить энергию механических колебаний этих сплавов обусловлена высоким внутренним трением.Damping alloys. The implementation of the high damping properties of the claimed materials based on the Fe-Mn system provides self-extinguishing and reducing the level of vibration and noise arising from the work in friction units of mechanisms and machines, and therefore, increasing the vibration and dynamic strength, reliability, durability and service life made of the claimed alloys details of friction units. The use of damping materials makes it possible to prevent the transmission of vibrations to the basic structure, to improve environmental working conditions by reducing the impact of harmful vibrations and vibrations on the human body. The ability to absorb the energy of mechanical vibrations of these alloys is due to high internal friction.

Известные классические демпфирующие сплавы на основе Mg, Cu-Mn не получили широкого распространения в промышленности, а в качестве конструкционных не применяются, так как в большинстве случаев либо обладают низкими механическими или технологическими свойствами, либо элементы, входящие в их состав, являются дефицитными или дорогостоящими. Заявляемые сплавы превосходят по прочности классические демпфирующие в 2,5-5 раз: предел прочности магниевых сплавов σВ=100-160 МПа, сплавов системы Mn-Cu - 400-500 МПа, заявляемых сплавов системы Fe-Mn ≥ 950 МПа.The well-known classical damping alloys based on Mg, Cu-Mn are not widely used in industry, and are not used as structural alloys, since in most cases they either have low mechanical or technological properties, or the elements included in their composition are scarce or expensive . The inventive alloys are superior in strength to the classic damping alloys by 2.5-5 times: the tensile strength of magnesium alloys is σ B = 100-160 MPa, the alloys of the Mn-Cu system are 400-500 MPa, the inventive alloys of the Fe-Mn system are ≥ 950 MPa.

Аналоги и прототип демпфирующих сплавов выбирались по тем же признакам, что и антифрикционных: уровню прочности, содержанию марганца и фазы ε-мартенсит.Analogs and prototypes of damping alloys were selected according to the same criteria as antifriction ones: strength level, manganese content and ε-martensite phase.

Для достижения высокой демпфирующей способности заявляемых сплавов необходимыми и достаточными условиями являются: присутствие марганца в качестве основного легирующего элемента и наличие в структуре фазы έ-мартенсит с ГПУ решеткой. Демпфирующая способность железомарганцевых сплавов находится в прямой зависимости от количества фазы ε-мартенсит (Фиг.№4). Повышение содержания фаз α-мартенсит и/или γ-аустенит приводит к снижению диссипативных свойств. Отрицательное влияние α-мартенсита с ОЦК решеткой сказывается на снижении способности к образованию дефектов упаковки и их подвижности, резком снижении демпфирующей способности, на повышении температуры порога хладноломкости.To achieve high damping ability of the claimed alloys, the necessary and sufficient conditions are: the presence of manganese as the main alloying element and the presence of έ-martensite with an hcp lattice in the phase structure. The damping ability of ferromanganese alloys is directly dependent on the amount of phase ε-martensite (Fig. No. 4). An increase in the content of phases of α-martensite and / or γ-austenite leads to a decrease in dissipative properties. The negative effect of α-martensite with a bcc lattice affects a decrease in the ability to form packaging defects and their mobility, a sharp decrease in damping ability, and an increase in the temperature of the cold brittleness threshold.

Известна сталь для поглощения звука и вибраций [4], обладающая структурой со средней крупностью ферритного зерна, содержащая, мас.%:Known steel for sound absorption and vibration [4], having a structure with an average grain size of ferritic grain, containing, wt.%:

марганецmanganese 0,1-1,50.1-1.5 кремнийsilicon 0,4-4,00.4-4.0 железоiron остальноеrest

Исходя из химического состава можно предположить, что данная сталь обладает следующими механическими свойствами: σВ=600-650 МПа; δ=2-5%; Т50=+250°С.Based on the chemical composition, it can be assumed that this steel has the following mechanical properties: σ B = 600-650 MPa; δ = 2-5%; T 50 = + 250 ° C.

Обладая ферритной структурой (объемно-центрированная кристаллическая решетка), данная сталь не испытывает мартенситных превращений и не имеет в структуре легкоподвижных двумерных дефектов типа дислокации или дефектов упаковки. Поэтому ее демпфирующая способность при относительной деформации ~10-3 равна Q-1=(20-45)×10-4. Кремний в пределах 0,4-4,0 мас.% повышает твердость и прочность α-твердого раствора и резко снижает горячую пластичность при прокатке. Кроме этого при содержании кремния больше 2 мас.% снижаются относительное удлинение и ударная вязкость, увеличивается хрупкость стали в холодном состоянии.Having a ferrite structure (body-centered crystal lattice), this steel does not undergo martensitic transformations and does not have easily moving two-dimensional defects such as dislocations or stacking faults in its structure. Therefore, its damping ability at a relative deformation of ~ 10 -3 is equal to Q -1 = (20-45) × 10 -4 . Silicon in the range of 0.4-4.0 wt.% Increases the hardness and strength of the α-solid solution and sharply reduces hot ductility during rolling. In addition, when the silicon content is more than 2 wt.%, The relative elongation and toughness decrease, the brittleness of steel in the cold state increases.

Химический и фазовый состав заявляемых демпфирующих сплавов и сплава-прототипа [3] приведены в таблице №1, диссипативные и механические свойства - в таблице №3.The chemical and phase composition of the claimed damping alloys and prototype alloy [3] are shown in table No. 1, dissipative and mechanical properties in table No. 3.

Сплавы с эффектом памяти формы.Shape memory alloys.

Для сплавов с эффектом памяти формы используют системы с термоупругим мартенситным превращением, которое наряду с эффектом памяти и сверхупругости обеспечивает высокие демпфирующие свойства. «Памятью формы» обладает сравнительно ограниченное число сплавов - это сплавы систем легирования Ni-Ti, Cu-Zn-Al, C-Al-Ni и некоторые сплавы на основе железа. Наиболее сильно этот эффект обнаруживается у интерметаллида NiTi. Система Fe-Mn интересна в том отношении, что в результате термической обработки (закалки) в сплавах этой системы могут возникать одновременно несколько упруго связанных модификаций мартенсита с различным чередованием плотно упакованных слоев.For alloys with a shape memory effect, systems with thermoelastic martensitic transformation are used, which, along with the effect of memory and superelasticity, provide high damping properties. A relatively limited number of alloys has “shape memory” - these are alloys of alloying systems Ni-Ti, Cu-Zn-Al, C-Al-Ni and some alloys based on iron. This effect is most pronounced in the NiTi intermetallic compound. The Fe-Mn system is interesting in that, as a result of heat treatment (quenching), several elastically coupled martensite modifications with different alternations of densely packed layers can occur simultaneously in the alloys of this system.

Исходя из химического состава можно предположить, что сплав-прототип [3] имеет следующий уровень показателей эффекта памяти формы:Based on the chemical composition, it can be assumed that the prototype alloy [3] has the following level of indicators of the shape memory effect:

степень восстановления формы СВФ, %the degree of recovery of the form of SVF,% ≤2≤2 температура начала мартенситного превращения МН, °Сtemperature of the onset of martensitic transformation M N , ° С 20-5020-50 гистерезис мартенситного превращения (МНН), °Сhysteresis of the martensitic transformation (M H –A H ), ° C 120-250120-250

Сплав-прототип обладает высокими значениями МН (выше нормальной температуры). Повышение параметров восстановления формы сплавов системы Fe-Mn достигается за счет введения кремния и азота.The prototype alloy has high values of M N (above normal temperature). The increase in the parameters of the shape recovery of alloys of the Fe-Mn system is achieved through the introduction of silicon and nitrogen.

Известен классический сплав с обратимым эффектом памяти формы [5] - нитинол, содержащий, мас.%:Known classic alloy with a reversible shape memory effect [5] - nitinol containing, wt.%:

никельnickel 48-5448-54 титанtitanium 52-4652-46

для повышения термоциклической прочности сплав может содержать, мас.%:to increase thermocyclic strength, the alloy may contain, wt.%:

углеродcarbon 0,06-0,120.06-0.12 борboron 0,001-0,50.001-0.5

Данный сплав обладает следующими механическими и специальными свойствами:This alloy has the following mechanical and special properties:

предел текучести, σ0,2, МПаyield strength, σ 0.2 , MPa 180-250180-250 степень восстановления формы СВФ, %the degree of recovery of the form of SVF,% 6-86-8 температура начала мартенситногоmartensitic onset temperature превращения МН, °Сconversions M N , ° C (-100)-(+120)(-100) - (+ 120) гистерезис мартенситного превращения (МНН), °Сhysteresis of the martensitic transformation (M H –A H ), ° C 30,thirty, демпфирующая способность при малых амплитудах, %damping ability at small amplitudes,% 5-105-10 при больших амплитудахat large amplitudes 20-3020-30

При высоких показателях демпфирования и эффекта памяти формы существенный недостаток нитинола - низкая конструктивная прочность (σ0,2) и низкие технологические свойства, малый гистерезис мартенситного превращения (МНН), сильная зависимость МН от состава, высокая стоимость. Как сплавы с ОЦК-решеткой нитинолы обладают низкими антифрикционными свойствами.With high damping and shape memory effect, a significant drawback of nitinol is its low structural strength (σ 0.2 ) and low technological properties, low hysteresis of the martensitic transformation (M H –A H ), a strong dependence of M N on the composition, and high cost. As alloys with a bcc lattice, nitinols have low antifriction properties.

Химический и фазовый состав заявляемых сплавов и сплавов с эффектом памяти формы и сплава-прототипа [3] приведены в таблице №1, характеристики эффекта памяти формы и механические свойства - в таблице №4.The chemical and phase composition of the inventive alloys and alloys with the shape memory effect and prototype alloy [3] are shown in table No. 1, the characteristics of the shape memory effect and mechanical properties are shown in table No. 4.

Сплав-прототип [3] является наиболее близким к заявляемому по составу и структуре, обладающему антифрикционными, износостойкими, демпфирующими свойствами и эффектом памяти формы. В сплаве-прототипе [3] данных по демпфирующим свойствам и эффекту памяти формы, по морфологии и кинетике формирования наноструктурированных композиций на поверхностях трения, по twinning-эффекту, обеспечивающих повышение комплекса уникальных свойств (трибологических, диссипативных, эффекта памяти формы) заявляемых сплавов и изделий, изготовленных из этих сплавов, нет.The prototype alloy [3] is the closest to the claimed composition and structure, which has anti-friction, wear-resistant, damping properties and shape memory effect. In the prototype alloy [3] data on the damping properties and the shape memory effect, on the morphology and kinetics of the formation of nanostructured compositions on friction surfaces, on the twinning effect, providing an increase in the complex of unique properties (tribological, dissipative, shape memory effect) of the claimed alloys and products made from these alloys, no.

Технический эффект предлагаемого изобретения заключается:The technical effect of the invention is:

1. В создании принципиально нового класса многофункциональных антифрикционных наноструктурированных износостойких демпфирующих с эффектом памяти формы высокопрочных метастабильных сплавов на основе железа и системы Fe-Mn со структурой гексагонального ε-мартенсита, обладающих twinning-эффектом, и изделий, выполненных из заявляемого сплава целиком и/или содержащих рабочую поверхность и наследующих свойства сплава, с самоорганизующимися наноструктурированными композициями на поверхностях трения, обеспечившими уникальный комплекс эксплуатационных свойств: самоупрочнение, самосмазывание, самогашение вибраций и шумов, для работы при нормальной и отрицательных температурах, с универсальным применением в конструкциях общего и специального машиностроения;1. In the creation of a fundamentally new class of multifunctional antifriction nanostructured wear-resistant damping with a memory effect of the form of high-strength metastable alloys based on iron and the Fe-Mn system with the structure of hexagonal ε-martensite having a twinning effect, and products made from the inventive alloy entirely and / or containing a working surface and inheriting the properties of the alloy, with self-organizing nanostructured compositions on friction surfaces, providing a unique set of exploitation tation properties: self-hardening, self-lubrication, self-extinguishing of vibrations and noise, for operation at normal and negative temperatures, with universal use in the construction of general and special engineering;

2. В уникальной возможности совместить в одном составе заявляемого сплава различные по назначению классы материалов:2. In a unique opportunity to combine in one composition of the inventive alloy different classes of materials:

- лучшие антифрикционные бронзы (фиг.3, 4):- the best anti-friction bronze (figure 3, 4):

коэффициент трения Ктр. без смазки≤0,15-0,30, Ктр.со смазкой≤0,010-0,020;coefficient of friction K tr. without lubricant ≤0.15-0.30, K tr with lubricant ≤0.010-0.020;

- лучшие высокопрочные антифрикционные чугуны (фиг.3):- the best high-strength anti-friction cast irons (figure 3):

σв=600-800 МПа, (σв≥950 МПа заявляемых сплавов);σ in = 600-800 MPa, (σ in ≥950 MPa of the claimed alloys);

- высокодемпфирующие сплавы (фиг.4):- highly damping alloys (figure 4):

демпфирующая способность:damping ability:

Q-1=(240-270)×10-4 при τ=50 МПа (амплитудно-зависимое внутреннее трение),Q -1 = (240-270) × 10 -4 at τ = 50 MPa (amplitude-dependent internal friction),

Q-1=(10-15)×10-4 при f=(8-12) кГц (амплитудно-независимое внутреннее трение);Q -1 = (10-15) × 10 -4 at f = (8-12) kHz (amplitude-independent internal friction);

- материалы с низким порогом хладноломкости (фиг.7):- materials with a low cold brittleness threshold (Fig.7):

Т50=(-120)÷(-160)°С;T 50 = (- 120) ÷ (-160) ° С;

- материалы с эффектом памяти формы,- materials with shape memory effect,

степень восстановления формы СВФ, the degree of recovery of the form of SVF,

понижение температуры начала мартенситного превращения МН, °С до (-20)÷(+20)lowering the temperature of the beginning of the martensitic transformation M N , ° C to (-20) ÷ (+20)

гистерезис мартенситного превращения (МНН), °С 160-200hysteresis of the martensitic transformation (M H -A H ), ° C 160-200

3. В использовании дополнительных преимуществ заявляемых сплавов:3. In using the additional advantages of the claimed alloys:

- высокая пластичность (δ=40%, ψ=7-5%);- high ductility (δ = 40%, ψ = 7-5%);

- сверхпластичность при γ→ε переходе:- superplasticity at the γ → ε transition:

- высокая ударная вязкость KCV+20=1,1-1,7 МДж/м2 и низкий порог хладноломкости Т50=(-120)÷(-160)°С (фиг.7), обеспечивают возможность использования изделий из заявляемого сплава в области отрицательных температур при сохранении низкого коэффициента трения: КТР с понижением температуры до (-160)°С повышается до 0,3 против 0,2 при нормальной температуре;- high impact strength KCV +20 = 1.1-1.7 MJ / m 2 and a low cold brittleness threshold T 50 = (- 120) ÷ (-160) ° C (Fig.7), provide the possibility of using products from the inventive alloy in the region of negative temperatures while maintaining a low coefficient of friction: K TP with decreasing temperature to (-160) ° C increases to 0.3 against 0.2 at normal temperature;

- немагнитность: магнитная восприимчивость ǽ=9,9×10-6;- non-magnetic: magnetic susceptibility ǽ = 9.9 × 10 -6 ;

- инварный эффект: снижение коэффициента термического расширения до α=(12-15)×10-6 град-1;- Invar effect: reduction of the coefficient of thermal expansion to α = (12-15) × 10 -6 deg -1 ;

- высокая технологичность при выплавке (могут быть получены методами как традиционной, так и порошковой металлургии), при деформационно-термическом переделе; простота термической обработки, хорошая свариваемость всеми видами сварки;- high processability during smelting (can be obtained by methods of both traditional and powder metallurgy), with deformation-thermal redistribution; simplicity of heat treatment, good weldability by all types of welding;

- высокая экономичность.- high profitability.

4. Впервые появилась возможность создавать управляемые наноструктурированные самоорганизующиеся композиции на поверхностях трения (фиг.5, 6), обеспечивающие эффект самоупрочнения и самосмазывания, эффект самогашения вибраций и шумов и снижение их вредного воздействия на механизмы и человеческий организм. Технический эффект от применения изделий, изготовленных из нового класса заявляемых антифрикционных наноструктурирорванных износостойких демпфирующих с эффектом памяти формы материалов в узлах интенсивного трения взамен штатно применяемых бронз обеспечит:4. For the first time, it became possible to create controlled nanostructured self-organizing compositions on friction surfaces (Figs. 5, 6), which provide the effect of self-hardening and self-lubrication, the effect of self-quenching of vibrations and noise and reducing their harmful effects on mechanisms and the human body. The technical effect of the use of products made from a new class of the claimed antifriction nanostructured wear-resistant damping materials with memory effect in intensive friction units instead of the standard bronzes will provide:

- повышение прочности материала в 2-5 раз;- increase the strength of the material by 2-5 times;

- увеличение долговечности и надежности деталей машин и узлов в 2-2,5 раза;- increase in durability and reliability of machine parts and assemblies by 2-2.5 times;

- предотвращение аварийных видов износа (схватывание, заедание, задиры);- prevention of emergency types of wear (setting, seizing, seizure);

- высокая экономичность заявляемых материалов и изделий, выполненных из них, при замене:- high efficiency of the claimed materials and products made from them, when replacing:

- классических антифрикционных бронз экономия цветных металлов составляет в кг/т: Cu 800-900, Sn 50-100, Pb 30-50, Ni 30-50, Al 60-110;- classic antifriction bronzes, non-ferrous metal savings are in kg / t: Cu 800-900, Sn 50-100, Pb 30-50, Ni 30-50, Al 60-110;

- классических демпфирующих сплавов типа 30Сu - 70Мn экономия составляет в кг/т: Cu 300-400, Mn 600-700;- classic damping alloys of the 30Сu - 70Мn type save in kg / t: Cu 300-400, Mn 600-700;

- классических сплавов с эффектом памяти формы типа (48-54)Ni - (46-52)Ti экономия составляет в кг/т: Ni~510, Ti~490.- of classical alloys with a shape memory effect of the type (48-54) Ni - (46-52) Ti, the savings are in kg / t: Ni ~ 510, Ti ~ 490.

- снижение затрат на материалы-изделия в 10 раз.- reduction of costs for materials products by 10 times.

Наиболее эффективно применение заявляемых метастабильных сплавов с ГПУ-решеткой в высоконагруженных узлах трения, где реализуются антифрикционные и диссипативные характеристики кристалла, тесно связанные с анизотропией его свойств, деформируемостью и упрочняемостью метастабильной аустенитной матрицы в тонком поверхностном слое: подшипники скольжения и их опоры, втулки-вкладыши, сепараторы подшипников качения и др., а также конструкционные детали, работающие в условиях сухого трения и смазки, при больших скоростях скольжения и высоких удельных нагрузках механизмов и машин во всех отраслях общего и специального машиностроения.The most effective application of the inventive metastable alloys with an hcp lattice in highly loaded friction units, where the antifriction and dissipative characteristics of the crystal are realized, is closely related to the anisotropy of its properties, the deformability and hardenability of the metastable austenitic matrix in a thin surface layer: sliding bearings and their bearings, bushings , rolling bearing cages, etc., as well as structural parts operating under conditions of dry friction and lubrication, at high sliding speeds and high their specific loads of mechanisms and machines in all sectors of general and special engineering.

В заявляемом сплаве образование на поверхности трения тонкого упрочненного наноструктурированного слоя глубиной в 10-20 мкм с твердостью ≥5000 МПа (при сохранении твердости основного металла на уровне НВ240) (фиг.5), с дисперсностью структур деформации от менее 0,1 мкм и до (0,2-0,5) мкм (фиг.5, 6) обеспечивает заявляемым сплавам высокие триботехнические свойства: высокую износостойкость и низкий коэффициент трения (Ктр. со смазкой 0,010-0,020, Ктр.без смазки≤0,15-0,30) (фиг.4), увеличивает срок службы заявляемых изделий. В разделительном слое, состоящем из мелкодисперсных продуктов износа, где деформация имеет предельные значения, упрочнение достигается за счет α-мартенсита деформации, образующегося из метастабильных фаз γ-аустенита и/или ε-мартенсита по реакциям γ→α, ε→α или γ→ε→α (Фиг.5, 6). Важной особенностью заявляемых сплавов является возможность их использования для изготовления не только самоупрочняющихся, но и самосмазывающихся подшипников скольжения (что особенно актуально в условиях несовершенной смазки или трения без смазки), для изготовления которых в настоящее время используются сплавы на основе молибдена и вольфрама.In the inventive alloy, the formation on the friction surface of a thin hardened nanostructured layer with a depth of 10-20 μm with a hardness of ≥5000 MPa (while maintaining the hardness of the base metal at the level of HB240) (Fig. 5), with a dispersion of deformation structures from less than 0.1 μm to (0.2-0.5) microns (Fig.5, 6) provides the claimed alloys with high tribological properties: high wear resistance and low friction coefficient (K tr with lubricant 0,010-0,020, K tr without lubricant ≤0,15- 0.30) (figure 4), increases the service life of the claimed products. In the separation layer, consisting of finely divided wear products, where the deformation has limiting values, hardening is achieved due to deformation α-martensite formed from the metastable phases of γ-austenite and / or ε-martensite according to the reactions γ → α, ε → α or γ → ε → α (Figs. 5, 6). An important feature of the claimed alloys is the possibility of their use for the manufacture of not only self-strengthening, but also self-lubricating sliding bearings (which is especially important in conditions of imperfect lubrication or friction without lubrication), for the manufacture of which alloys based on molybdenum and tungsten are currently used.

5. Технический эффект изобретения заключается в повышении прочностных свойств заявляемых сплавов на ΔσB=(50-100) МПа за счет увеличения количества фазы ε-мартенсит (5-95%) (легирование кобальтом и кремнием), упрочнения твердого раствора (легирование азотом и образование карбидов и карбонитридов (одного или нескольких элементов из группы: титан, ванадий, ниобий); в снижении коэффициента трения (от Ктр. без смазки≤0,20-0,35 до Ктр. без смазки≤0,15-0,30); в повышении износостойкости в 1,7-2,5 раза за счет twinning- и tripp-эффектов, самопризвольного образования наноструктурированных композиций и разделительного слоя под влиянием деформации трением, обеспечивающих изделиям эффект самосмазывания; в повышении демпфирующих свойств как в амплитудно-зависимой [Q-l×104=(240÷270)×(10-3÷10-4) при амплитуде приложенного напряжения τ=50 МПа], так и в амплитудно-независимой области [Q-1×104=(10÷15)×10-4 при частоте f=(8÷12) кГц], обеспечивающих изделиям в узлах трения уникальную способность - эффект самогашения и снижения уровня вибраций и шумов в 1,7-2,5 раза; в повышении степени восстановления формы.5. The technical effect of the invention is to increase the strength properties of the inventive alloys by Δσ B = (50-100) MPa due to an increase in the amount of ε-martensite phase (5-95%) (alloying with cobalt and silicon), hardening of the solid solution (alloying with nitrogen and the formation of carbides and carbonitrides (one or more elements from the group: titanium, vanadium, niobium); in a decrease in the coefficient of friction (from K tr without lubricant ≤0.20-0.35 to K tr without lubricant ≤0.15-0 , 30); in increasing the wear resistance by 1.7-2.5 times due to twinning and tripp effects, spontaneous formation of nan Structured compositions and the separation layer under the influence of the deformation by friction, self-lubricating effect of providing products and in improving damping properties in both amplitude-dependent [Q -l × April 10 = (240 ÷ 270) × (10 -3 ÷ 10 -4) at the amplitude of the applied stresses τ = 50 MPa], and in the amplitude-independent region [Q -1 × 10 4 = (10 ÷ 15) × 10 -4 at a frequency f = (8 ÷ 12) kHz], providing products with unique ability in friction units - the effect of self-extinguishing and reducing the level of vibration and noise by 1.7-2.5 times; in increasing the degree of shape recovery.

Для достижения технического эффекта изобретения по созданию принципиально нового класса антифрикционных наноструктурированных сплавов с высоким уровнем антифрикционных и демпфирующих свойств, эффекта памяти формы предлагаемый сплав содержат марганец, углерод и азот, остальное железо, в следующем соотношении, мас.%:To achieve the technical effect of the invention to create a fundamentally new class of antifriction nanostructured alloys with a high level of antifriction and damping properties, the shape memory effect of the proposed alloy contains manganese, carbon and nitrogen, the rest is iron, in the following ratio, wt.%:

марганецmanganese 5,0-44,05.0-44.0 углеродcarbon 0,001-0,30.001-0.3 азотnitrogen 0,03-0,120.03-0.12 железоiron остальное,rest,

которые обеспечивают в структуре 5-95% фазы ε-мартенсит, остальное метастабильные фазы γ-аустенит и/или α-мартенсит.which provide in the structure of 5-95% of the phase ε-martensite, the rest are metastable phases γ-austenite and / or α-martensite.

Для повышения прочности, при сохранении высоких антифрикционных и демпфирующих свойств, эффекта памяти формы сплавы могут содержать, мас.%:To increase strength, while maintaining high antifriction and damping properties, the shape memory effect alloys may contain, wt.%:

кремний и/или кобальтsilicon and / or cobalt 0,5-8,00.5-8.0 один или несколько элементов из группы, содержащейone or more elements from the group containing титанtitanium 0,06-1,00.06-1.0 ванадийvanadium 0,06-0,200.06-0.20 ниобийniobium 0,05-0,200.05-0.20

Химический состав заявляемых сплавов со структурой фазы ε-мартенсит (5-95%) и прототипа [3] представлены в таблице №1; механические и антифрикционные свойства - в таблице №2; механические и демпфирующие свойства - в таблице №3; механические свойства и степень восстановления формы сплавов с эффектом памяти формы - в таблице №4.The chemical composition of the claimed alloys with the phase structure ε-martensite (5-95%) and prototype [3] are presented in table No. 1; mechanical and antifriction properties - in table No. 2; mechanical and damping properties - in table No. 3; mechanical properties and the degree of shape recovery of alloys with the shape memory effect - in table No. 4.

Заявляемый сплав, содержащий марганец от 5,0 до 44%, отличается тем, что содержит азот и основой его является метастабильная фаза έ-мартенсит (5-95)% (таблица №1). При содержании марганца менее 5,0% в результате мартенситного γ→α превращения образуется до 100% α-мартенсита, который приводит к резкому повышению коэффициента трения (позиции, 18, 19, таблица №2) и снижению демпфирующей способности (позиции 18, 19, таблица №3), степень восстановления формы СВФ→0 (позиции 11, 12, таблица №4). При содержании марганца свыше 44,0% сплавы состоят на 100% из γ-фазы, которая по уровню коэффициента трения (позиции 20, 21, таблица №2), демпфирующей способности (позиции 20, 21, таблица №3), эффекту памяти формы (таблица №4, позиции 13, 14) приближаются к α-сплавам (позиции 18, 19, таблицы 2, 3).The inventive alloy containing manganese from 5.0 to 44%, differs in that it contains nitrogen and its basis is the metastable phase έ-martensite (5-95)% (table No. 1). When the manganese content is less than 5.0% as a result of the martensitic γ → α transformation, up to 100% α-martensite is formed, which leads to a sharp increase in the friction coefficient (positions, 18, 19, table No. 2) and a decrease in damping ability (positions 18, 19 , table No. 3), the degree of restoration of the form of the SVF → 0 (positions 11, 12, table No. 4). When the manganese content exceeds 44.0%, the alloys consist 100% of the γ phase, which in terms of friction coefficient (positions 20, 21, table No. 2), damping ability (positions 20, 21, table No. 3), shape memory effect (table No. 4, positions 13, 14) are approaching α-alloys (positions 18, 19, tables 2, 3).

В заявляемом сплаве содержание углерода в количестве 0,001-0,3 необходимо для гарантированного получения в структуре (5-95)% фазы ε-мартенсит при (5,0-44,0)% марганца. Увеличение содержания углерода свыше 0,30%, как аустенитообразующего элемента, сопровождается уменьшением количества ε-мартенсита, что приводит к повышению коэффициента трения (позиции 20, 21, таблица №2), снижению демпфирующей способности (позиции 20, 21, таблица №3), отрицательно сказывается на степени восстановления формы (позиции 12, 14, таблица №4). Чем выше чистота по примесям, тем больше содержание фазы ε-мартенсит [монография «Высокомарганцовистые стали и сплавы», Т.Ф.Волынова, Металлургия, 1988 г. 343 с.]. В заявляемых сплавах расширен интервал по содержанию углерода 0,001-0,3 против 0,002-0,2 мас.% в сплаве-прототипе.In the inventive alloy, the carbon content in an amount of 0.001-0.3 is necessary for guaranteed obtaining in the structure (5-95)% of the ε-martensite phase at (5.0-44.0)% manganese. An increase in carbon content in excess of 0.30% as an austenite-forming element is accompanied by a decrease in the amount of ε-martensite, which leads to an increase in the friction coefficient (positions 20, 21, table No. 2), and a decrease in damping ability (positions 20, 21, table No. 3) , negatively affects the degree of restoration of the form (positions 12, 14, table No. 4). The higher the purity by impurities, the higher the content of the ε-martensite phase [monograph “High-manganese steels and alloys”, T.F. Volynova, Metallurgy, 1988. 343 pp.]. In the inventive alloys, the range for the carbon content of 0.001-0.3 versus 0.002-0.2 wt.% In the prototype alloy is extended.

Целью дополнительного легирования кобальтом и/или кремнием в количестве 0,5-8,0 мас.% является гарантированное повышение в структуре количества фазы ε-мартенсит (5-95%) и повышение предела прочности (позиции 5, 10, 15, таблицы №2, 3; позиции 4-7, таблица №4) по сравнению со сплавами, содержащими углерод и марганец в тех же количествах [монография «Высокомарганцовистые стали и сплавы», Т.Ф.Волынова, Металлургия, 1988 г., 343 с.] при сохранении коэффициента трения без смазки на уровне (0,15-0,30) (таблица №2), демпфирующей способности на уровне Q-1=(240-270)×10-4 при τ=50 МПа (таблица №3), эффекта запоминания формы не менее 2% (таблица №4). Понижение содержания кремния и кобальта ниже 0,5% нецелесообразно, так как приводит к понижению количества ε-мартенсита, к повышению коэффициента трения, снижению прироста прочности менее 50 МПа (ΔσВ→0) (позиция 18-21, таблицы №2, №3; позиции 11-14, таблица №4). Повышение содержания кремния и кобальта свыше 4 мас.% приводит к стабилизации аустенита по отношению к γ→α и γ→ε превращениям, снижению количества ε-мартенсита (% ε→0), и, как следствие, росту коэффициента трения (позиции 20, 21, таблица №2), снижению демпфирующей способности, (позиции 20, 21, таблица №3), отрицательному влиянию на СВФ (позиции 11-14, таблица №4), к резкому снижению технологических свойств. Кремний и кобальт смещают границы области существования ε-мартенсита в сторону большего содержания марганца и тем самым расширяют концентрационный интервал использования реальных составов.The purpose of additional doping with cobalt and / or silicon in an amount of 0.5-8.0 wt.% Is to guarantee an increase in the ε-martensite phase amount in the structure (5-95%) and increase the tensile strength (items 5, 10, 15, table No. 2, 3; items 4–7, table No. 4) compared with alloys containing carbon and manganese in the same quantities [monograph “High manganese steels and alloys”, T.F. Volynova, Metallurgy, 1988, 343 pp. ] while maintaining the coefficient of friction without lubrication level (0.15-0.30) (table №2), damping capacity at Q -1 = (240-270) × 10 -4 at τ = 50 MP (Table №3), shape memory effect of not less than 2% (Table №4). A decrease in the content of silicon and cobalt below 0.5% is impractical, since it leads to a decrease in the amount of ε-martensite, to an increase in the coefficient of friction, to a decrease in the increase in strength less than 50 MPa (Δσ B → 0) (position 18-21, tables No. 2, No. 3; items 11-14, table No. 4). An increase in the content of silicon and cobalt over 4 wt.% Leads to stabilization of austenite with respect to γ → α and γ → ε transformations, a decrease in the amount of ε-martensite (% ε → 0), and, as a consequence, an increase in the friction coefficient (positions 20, 21, table No. 2), a decrease in the damping ability, (positions 20, 21, table No. 3), a negative effect on the SVF (positions 11-14, table No. 4), to a sharp decrease in technological properties. Silicon and cobalt shift the boundaries of the region of existence of ε-martensite towards a higher manganese content and thereby expand the concentration range for the use of real compounds.

Целью дополнительного легирования сплавов систем Fe-Mn и Fe-Mn-C азотом является упрочнение твердого раствора, что наиболее эффективно при одновременном легировании одним или несколькими элементами из группы: титан, ванадий, ниобий, при соотношении (Nb+V)/(N+C)<1,2 и N/C<2. Повышение прочности (ΔσВ=50-100 МПа) до значений σВ≥950 МПа достигается через измельчение зерна при закалке вследствие образования труднорастворимых нитридов NbN (позиция 6, таблица №4), а при легировании ванадием с азотом (позиции 8,10, таблица №4), возникает возможность дополнительного упрочнения вследствие дисперсионного твердения при образовании нитридов типа VN, (Nb,V)N и карбонитридов типа (Nb,V)CN с соотношением N/C<2. Ослабление межзеренной связи за счет выделения избыточных фаз по границам зерен оказывает более сильное влияние на уровень механических и специальных свойств, чем величина зерна. Уменьшение содержания в мас.%: углерода менее 0,001, азота менее 0,03, титана и/или ванадия менее 0,06, и/или ниобия менее 0,05 не вызывает существенного снижения антифрикционных и демпфирующих свойств и из-за малой объемной доли образующихся нитридов и карбонитридов. Увеличение содержания ванадия свыше 0,20, ниобия свыше 0,20, азота свыше 0,12 и/или углерода свыше 0,30 мас.% (позиции 12, 14, таблица №4) приводит к резкому увеличению доли нитридов и карбонитридов и доли этих элементов в твердом растворе, что приводит к снижению демпфирующих свойств (позиции 20, 21, таблица №3) и эффекта памяти формы (позиции 12, 14, таблица №4). Содержание титана в количестве 0,06-1,0% обеспечивает повышение механических и демпфирующих свойств, препятствует образованию карбидов цементитного типа и подавляет склонность к замедленному разрушению (позиции 6, 8, таблица №4). Измельчение зерна приводит к дополнительному повышению прочности. За счет оптимального количества титана, и/или ниобия, и/или ванадия, остающегося после образования нитридов и карбонитридов в твердом растворе, повышается эффект запоминания формы (позиции 4-10, таблица №4).The purpose of additional alloying of alloys of the Fe-Mn and Fe-Mn-C systems with nitrogen is to strengthen the solid solution, which is most effective when simultaneously doping with one or more elements from the group: titanium, vanadium, niobium, with the ratio (Nb + V) / (N + C) <1.2 and N / C <2. Strength increase (Δσ B = 50-100 MPa) to values of σ B ≥950 MPa is achieved through grain refinement during quenching due to the formation of sparingly soluble NbN nitrides (item 6, table No. 4), and when doped with vanadium and nitrogen (items 8.10, table No. 4), there is the possibility of additional hardening due to dispersion hardening during the formation of nitrides of the type VN, (Nb, V) N and carbonitrides of the type (Nb, V) CN with the ratio N / C <2. The weakening of the intergrain bond due to the allocation of excess phases along the grain boundaries has a stronger effect on the level of mechanical and special properties than the grain size. The reduction in wt.%: Carbon less than 0.001, nitrogen less than 0.03, titanium and / or vanadium less than 0.06, and / or niobium less than 0.05 does not cause a significant decrease in antifriction and damping properties and due to the small volume fraction formed nitrides and carbonitrides. An increase in the content of vanadium over 0.20, niobium over 0.20, nitrogen over 0.12 and / or carbon over 0.30 wt.% (Positions 12, 14, table No. 4) leads to a sharp increase in the proportion of nitrides and carbonitrides and the proportion of these elements in a solid solution, which leads to a decrease in damping properties (positions 20, 21, table No. 3) and the shape memory effect (positions 12, 14, table No. 4). The titanium content in the amount of 0.06-1.0% provides an increase in mechanical and damping properties, prevents the formation of cementite type carbides and inhibits the tendency to delayed destruction (items 6, 8, table No. 4). Grinding grain leads to an additional increase in strength. Due to the optimal amount of titanium and / or niobium and / or vanadium remaining after the formation of nitrides and carbonitrides in the solid solution, the shape memory effect is increased (positions 4-10, table No. 4).

Предложенное изделие, выполненное из антифрикционного наноструктурированного износостойкого демпфирующего с эффектом памяти формы высокопрочного метастабильного сплава на основе железа, отличающееся тем, что выполнено целиком, и/или содержащее рабочую поверхность из заявляемого сплава, содержащего, мас.%: марганец 5,0-44,0, углерод 0,001-0,3, азот 0,03-0,12, железо остальное и имеющего структуру, содержащую 5-95% фазы ε-мартенсит, остальное метастабильные γ- и/или α-фаза. Сплав может содержать, мас.%: 0,5-8,0 кремния и/или кобальта, а также один или несколько элементов из группы, содержащей титан 0,06-1,0, ванадий 0,06-0,2, ниобий 0,05-0,20 (фиг.8-13), со структурой гексагонального έ-мартенсита (5-95%), обеспечивающий заявляемым изделиям twmnning-эффект, эффект самоорганизации наноструктурированных композиций, эффект самоупрочнения и самосмазывания поверхностей трения, эффект самогашения вибраций и шумов, отличающимся универсальностью применения - в узлах трения механизмов и машин общего и специального машиностроения.The proposed product is made of antifriction nanostructured wear-resistant damping with a memory effect of the form of a high-strength metastable alloy based on iron, characterized in that it is made entirely and / or containing a working surface of the inventive alloy containing, wt.%: Manganese 5.0-44, 0, carbon 0.001-0.3, nitrogen 0.03-0.12, the rest is iron and having a structure containing 5-95% ε-martensite phase, the rest is metastable γ- and / or α-phase. The alloy may contain, wt.%: 0.5-8.0 silicon and / or cobalt, as well as one or more elements from the group comprising titanium 0.06-1.0, vanadium 0.06-0.2, niobium 0.05-0.20 (FIGS. 8-13), with the structure of hexagonal έ-martensite (5-95%), which provides the claimed products with a twmnning effect, the self-organization effect of nanostructured compositions, the effect of self-hardening and self-lubrication of friction surfaces, the effect of vibration damping and noise, characterized by universality of application - in the friction units of mechanisms and machines of general and special engineering.

Патентный поиск показал, что детали, изготовленные из железомарганцевых сплавов, обладающих уникальным комплексом свойств (высокая прочность и износостойкость, низкий коэффициент трения + высокие диссипативные свойства + эффект памяти формы), ранее не применялись. Поэтому в качестве прототипа, близкого по технической сущности, были выбраны скользящие детали, изготовленные из материала на основе железа - высокоуглеродистой стали [6], содержащей мас.%:A patent search showed that parts made of ferromanganese alloys having a unique set of properties (high strength and wear resistance, low friction coefficient + high dissipative properties + shape memory effect) were not previously used. Therefore, as a prototype, similar in technical essence, were selected sliding parts made of a material based on iron - high carbon steel [6], containing wt.%:

углеродcarbon 0,6-1,20.6-1.2 кремнийsilicon <3<3 марганецmanganese <3<3 хромchromium 6,0-10,06.0-10.0 молибденmolybdenum 0,1-1,50.1-1.5 ванадийvanadium 0,01-1,00.01-1.0 железоiron остальноеrest

Исходя из химического состава, изготовленные из этого материала детали обладают низкой прочностью и высоким коэффициентом трения (КТР=0,6-0,8), низкой прирабатываемостью, низкими диссипативными свойствами (гетерогенность структуры не реализуется). Предлагаются антифрикционные высоконагруженные изделия, выполненные целиком или содержащие рабочую поверхность из заявляемого сплава (фиг.8-13), работающие при больших скоростях скольжения (~5 м/сек) и высоких контактных нагрузках: втулки, вкладыши, подшипники и подшипниковые опоры, сепараторы; конструкционные детали двигателей, ходовой части, гидропривода, насосов; коронки бурового инструмента. Химический и фазовый состав и свойства сплава-прототипа и изделий представлены в таблице 1.Based on the chemical composition, the parts made from this material have low strength and a high coefficient of friction (K TP = 0.6-0.8), low run-in, low dissipative properties (structural heterogeneity is not realized). Highly antifriction products are offered, made entirely or containing the working surface of the inventive alloy (Figs. 8-13), operating at high sliding speeds (~ 5 m / s) and high contact loads: bushings, bushings, bearings and bearing bearings, cages; structural parts of engines, chassis, hydraulic drive, pumps; drill tool crowns. The chemical and phase composition and properties of the prototype alloy and products are presented in table 1.

Несмотря на высокое содержание углерода (0,6-1,2 мас.%) в стали для детали прототипа, износостойкость поверхностей трения в заявляемых изделиях значительно выше, хотя содержание углерода и азота в заявляемом сплаве составляет в мас.%: С=0,001-0,30, N=0,03-0,12. Twinning-эффект и образование под влиянием деформации наноструктурированных композиций (фиг.5) и твердой разделительной пленки вторичных структур продуктов износа (фиг.5, 6) обеспечивает заявляемым изделиям эффект самосмазывания и исключает возможность катастрофических видов износа, таких как схватывание или заедание, исключает необходимость введения смазки в узлы трения, когда процесс смазки трудно либо невозможно осуществить обычными методами.Despite the high carbon content (0.6-1.2 wt.%) In the steel for the prototype part, the wear resistance of the friction surfaces in the inventive products is much higher, although the carbon and nitrogen content in the inventive alloy is in wt.%: C = 0.001- 0.30, N = 0.03-0.12. The twinning effect and the formation under the influence of deformation of nanostructured compositions (Fig. 5) and a solid separation film of secondary structures of wear products (Figs. 5, 6) provide the inventive products with a self-lubrication effect and eliminate the possibility of catastrophic wear such as setting or seizing, eliminates the need introducing lubricant into the friction units when the lubrication process is difficult or impossible to carry out by conventional methods.

В отличие от принятого прототипа [3, 6] заявляемый сплав и изделия из него имеют другой количественный состав: расширены интервалы по содержанию марганца в мас.%: 5-44 вместо 10-33, углерода в мас.%; 0,001-0,03 вместо 0,002-0,02. Заявляемый сплав дополнительно легирован азотом, титаном, ванадием, ниобием, обладает twinning-эффектом, имеет принципиально отличную структуру - наноструктурированные композиции в зоне деформации, что соответствует критерию «новизна». Количество ε-мартенсита в структуре железомарганцевых сплавов является решающим фактором, обеспечивающим высокие демпфирующие и антифрикционные свойства, эффект запоминания формы, высокую прочность.In contrast to the adopted prototype [3, 6], the claimed alloy and products from it have a different quantitative composition: the intervals for the manganese content in wt.% Are expanded: 5-44 instead of 10-33, carbon in wt.%; 0.001-0.03 instead of 0.002-0.02. The inventive alloy is additionally doped with nitrogen, titanium, vanadium, niobium, has a twinning effect, has a fundamentally different structure - nanostructured compositions in the deformation zone, which meets the criterion of "novelty." The amount of ε-martensite in the structure of ferromanganese alloys is a decisive factor, providing high damping and antifriction properties, the effect of shape memory, high strength.

При анализе патентной литературы не было обнаружено комплексных технических решений с признаками предложения, не обнаружены сплавы, обладающие комплексом уникальных свойств, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».When analyzing the patent literature, no complex technical solutions with the signs of a proposal were found, alloys having a complex of unique properties were not found, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences" is met.

Прочность и долговечность подшипников и втулок двигателей (фиг.8, 13) и системы гидропривода (фиг.9, 10), изготовленных из заявляемых сплавов, повышается более чем в 2 раза. Высокие диссипативные свойства заявляемого материала, применяемого как конструкционного и антифрикционного, позволили снизить уровень вибраций и шумов двигателей в 1,7-2,5 раза (фиг.8, 13).The strength and durability of bearings and motor bushings (Fig. 8, 13) and the hydraulic drive system (Fig. 9, 10) made of the inventive alloys increases by more than 2 times. High dissipative properties of the claimed material, used as structural and antifriction, allowed to reduce the level of vibration and engine noise by 1.7-2.5 times (Fig, 13).

Втулки с наружным диаметром до 20 мм (Фиг.9, 10) используются в приборостроении, где требуются, кроме антифрикционных и диссипативных свойств, немагнитные и криогенные свойства. Низкий порог хладноломкости заявляемых сплавов [T50=(-120)-(-160)°C] обеспечивает работу изделий при отрицательных температурах.Bushings with an outer diameter of up to 20 mm (Figs. 9, 10) are used in instrumentation, where, in addition to antifriction and dissipative properties, non-magnetic and cryogenic properties are required. The low cold brittleness threshold of the claimed alloys [T 50 = (- 120) - (- 160) ° C] ensures the operation of products at low temperatures.

Шестерни-валы масляных насосов гусеничных машин с модулем зуба 2,5-3,5 (фиг.11) отличаются тем, что могут быть изготовлены как из литых, так и порошковых сплавов. Требования по динамической и статической прочности зуба обеспечиваются высокой конструкционной прочностью заявляемого материала (σв≥950 МПа), долговечность и надежность - высокими диссипативными свойствами. Возможна работа при температуре ниже - 100°С.The gear shafts of the oil pumps of tracked vehicles with a tooth module 2.5-3.5 (Fig. 11) are distinguished by the fact that they can be made of cast or powder alloys. The requirements for the dynamic and static strength of the tooth are ensured by the high structural strength of the claimed material (σ in ≥950 MPa), durability and reliability - by high dissipative properties. Possible operation at temperatures below - 100 ° C.

Втулка направляющая ходовой части (фиг.12) изготовлена из порошкового сплава, увеличивающего срок службы в 1,7 раза по сравнению со штатно применяемой сталью. Заявляемый материал отличается высокой прирабатываемостью, не требует сложной термической обработки. Твердость поверхностного слоя, упрочненного деформацией скольжения, распространяется на глубину 10-20 мкм и составляет 5000 МПа (фиг.6). Это исключает необходимость проведения сложной термической обработки, проводимой ранее для упрочнения поверхности изделия с применением дорогостоящих способов химикотермической обработки, ТВЧ или нанесения износостойких покрытий.The running gear guide bush (Fig. 12) is made of a powder alloy, which increases the service life by 1.7 times compared to the standard steel used. The inventive material is highly run-in, does not require complex heat treatment. The hardness of the surface layer hardened by slip deformation extends to a depth of 10-20 μm and is 5000 MPa (Fig.6). This eliminates the need for complex heat treatment, carried out earlier to harden the surface of the product using expensive methods of chemothermal treatment, HDTV or the application of wear-resistant coatings.

На фиг.13 представлены заявляемые детали двигателя (фланцы, ступицы, сепараторы, втулки, стаканы, обоймы, ниппели и др.), изготовленные из заявляемых сплавов взамен сталей [6] и цветных металлов (фиг.3) (типа бронзы АЖМц 10-3-1,5, латуни ЛС 59), от которых по условиям работы требуется комплекс свойств: высокие конструкционные (прочность, пластичность, вязкость), трибологические и диссипативные свойства. Замена на заявляемый сплав позволит снизить уровень вибраций и шумов в 1,7-2,5 раза, повысить износостойкость и долговечность узлов трения в 2 раза.On Fig presents the claimed engine parts (flanges, hubs, separators, bushings, glasses, holders, nipples, etc.) made of the inventive alloys instead of steels [6] and non-ferrous metals (figure 3) (type bronze AZhMts 10- 3-1.5, LS brass 59), from which, under the working conditions, a set of properties is required: high structural (strength, ductility, viscosity), tribological and dissipative properties. Replacement with the inventive alloy will reduce the level of vibration and noise by 1.7-2.5 times, increase the wear resistance and durability of friction units by 2 times.

Изготовление сепараторов (фиг.13) из заявляемых материалов взамен штатно применяемых антифрикционных бронз (типа АЖМц 10-3-1,5 и др.) и латуней (типа ЛС 59-1, Л 63 и др.) позволит повысить износостойкость и долговечность сепараторов в 2 раза за счет повышения прочности (фиг.3)The manufacture of separators (Fig.13) from the claimed materials instead of the standardly used antifriction bronzes (type АЖМц 10-3-1.5, etc.) and brass (type ЛС 59-1, Л 63, etc.) will increase the wear resistance and durability of the separators 2 times by increasing strength (figure 3)

[латунь ЛС 59-1(т) σВ=620 МПа; бронза АЖМц 10-3-1,5(т) - σВ=600 МПа; Fe-Mn σВ≥950 МПа] и твердости основного металла [латунь ЛС 59-1(т) - НВ 150; бронза АЖМц 10-3-1,5(т) - НВ 170; Fe-Mn - НВ 240], twinning-эффект обеспечивает повышение твердости упрочненного деформацией поверхностного наноструктурированного слоя до 5000 МПа (фиг.6). Заявляемые сепараторы могут работать при более высоких скоростях и удельных нагрузках по сравнению с цветными сплавами.[brass LS 59-1 (t) σ B = 620 MPa; bronze АЖМц 10-3-1.5 (t) - σ B = 600 MPa; Fe-Mn σ B ≥950 MPa] and hardness of the base metal [brass LS 59-1 (t) - HB 150; bronze АЖМц 10-3-1.5 (t) - HB 170; Fe-Mn - HB 240], the twinning effect provides an increase in the hardness of the strain hardened surface nanostructured layer to 5000 MPa (Fig.6). The inventive separators can operate at higher speeds and specific loads compared to non-ferrous alloys.

Заявляемые детали могут быть получены методами традиционной и порошковой металлургии. Изготовленные методами порошковой металлургии изделия обладают более высокими антифрикционными и диссипативными свойствами в сравнении с литыми того же состава. В порошковых сплавах появляется дополнительная возможность воздействия на трибологические и диссипативные свойства, эффект памяти формы через регламентированный фракционный состав: снижение исходного гранулометрического состава порошков сопровождается повышением прочности, снижением коэффициента трения при сохранении высоких диссипативных свойств, повышением эффекта запоминания формы, что объясняется явлениями сверхпластичности в граничном слое и отличным от литых фазовым составом под влиянием деформации. При использовании в изделиях порошковых сплавов реализуются дополнительные преимущества по сравнению с литыми, такие как возможность использования подшипников при маятниковом движении и низких скоростях скольжения, где литые подшипники не имеют сплошной масляной пленки, а также возможность установки в наклонно и вертикально расположенных подшипниковых опорах (в подобных условиях из подшипников скольжения, изготовленных из литых сплавов, вытекает смазка).The inventive parts can be obtained by traditional and powder metallurgy. Products made by powder metallurgy methods have higher antifriction and dissipative properties in comparison with casts of the same composition. In powder alloys, there is an additional possibility of influencing tribological and dissipative properties, the shape memory effect through regulated fractional composition: a decrease in the initial particle size distribution of the powders is accompanied by an increase in strength, a decrease in the friction coefficient while maintaining high dissipative properties, an increase in the shape memory effect, which is explained by the phenomena of superplasticity in the boundary layer and different from cast phase composition under the influence of deformation. When using powder alloys in products, additional advantages are realized compared to cast ones, such as the possibility of using bearings in the pendulum motion and low sliding speeds, where the cast bearings do not have a continuous oil film, and also the ability to install them in angularly and vertically arranged bearings (in such grease is leaking from plain bearings made of cast alloys).

В названии заявки не указано способа получения металлургической заготовки и изделия. В тексте заявки указано, что изобретения относятся к традиционной и порошковой металлургии, что дает возможность использования любых способов получения компактной заготовки как методами традиционной, так и порошковой металлургии, в том числе и композиционного материала и изделий для варианта: «содержащее рабочую поверхность». У заявителя есть пример патента, который может быть использован при выборе способа получения материала и изделия - Патент №2008371 от 30.01.1994 г. «Многослойный композиционный материал, способ его изготовления и изделие, полученное из этого материала» [7].The name of the application does not indicate a method for producing a metallurgical billet and product. The text of the application states that the inventions relate to traditional and powder metallurgy, which makes it possible to use any methods for producing a compact billet using both traditional and powder metallurgy methods, including composite material and products for the option: “containing a working surface”. The applicant has an example of a patent that can be used when choosing a method for obtaining material and products - Patent No. 2008371 dated 01/30/1994, “Multilayer composite material, the method of its manufacture and the product obtained from this material” [7].

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004

ЛитератураLiterature

1. Авторское свидетельство СССР, № SU - 1397534 A1, кл. С22С 38/16, 33/02, 1985.1. USSR copyright certificate, No. SU - 1397534 A1, cl. C22C 38/16, 33/02, 1985.

2. Авторское свидетельство СССР, № SU - 1366549 A1, кл. С22С 37/10, 1982.2. Copyright certificate of the USSR, No. SU - 1366549 A1, cl. C22C 37/10, 1982.

3. Патент РФ, № RU - 2023737 С1, кл. С22С 33/02, 38/04, 38/10, F16C 33/12, 1994.3. RF patent, No. RU - 2023737 C1, cl. C22C 33/02, 38/04, 38/10, F16C 33/12, 1994.

4. Патент Японии №52 - 34341, кл. С22С 38/04, 1977.4. Japan patent No. 52 - 34341, cl. C22C 38/04, 1977.

5. Авторское свидетельство №1036064, кл. С22С 14/00, С22С 19/03, 1981.5. Copyright certificate No. 1036064, cl. C22C 14/00, C22C 19/03, 1981.

6. Патент Японии, №62-14624, кл. С22С 38/24, 38/00, 38/60, В21D 39/20.6. Japan Patent No. 62-14624, cl. C22C 38/24, 38/00, 38/60, B21D 39/20.

7. Патент РФ, №RU - 2006371 C1, В32В 13/18, В22 10/02, С22С 38/02, С22С 38/56, 1994.7. RF patent, No.RU - 2006371 C1, B32B 13/18, B22 10/02, C22C 38/02, C22C 38/56, 1994.

Claims (9)

1. Антифрикционный наноструктурированный износостойкий демпфирующий с эффектом памяти формы высокопрочный метастабильный сплав на основе железа со структурой гексагонального ε-мартенсита, содержащий марганец и углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Марганец 5,0-44,0 Углерод 0,001-0,300 Азот 0,03-0,12 Железо Остальное,

причем структура содержит 5-95% фазы ε-мартенсит, остальное γ-аустенит и/или α-мартенсит.
1. Antifriction nanostructured wear-resistant damping with a shape memory effect, high-strength metastable iron-based alloy with the structure of hexagonal ε-martensite containing manganese and carbon, characterized in that it additionally contains nitrogen in the following ratio, wt.%:
Manganese 5.0-44.0 Carbon 0.001-0.300 Nitrogen 0.03-0.12 Iron Rest,

moreover, the structure contains 5-95% of the ε-martensite phase, the rest is γ-austenite and / or α-martensite.
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний и/или кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Марганец 5,0-44,0 Углерод 0,001-0,300 Азот 0,03-0,12 Кремний и/или кобальт 0,5-8,0 Железо Остальное
2. The alloy according to claim 1, characterized in that it further comprises silicon and / or cobalt in the following ratio of components, wt.%:
Manganese 5.0-44.0 Carbon 0.001-0.300 Nitrogen 0.03-0.12 Silicon and / or cobalt 0.5-8.0 Iron Rest
3. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит один или несколько элементов из группы: титан, ванадий и ниобий при следующем соотношении, мас.%:
Марганец 5,0-44,0 Углерод 0,001-0,300 Азот 0,03-0,12 Титан 0,06-1,0 Ванадий 0,06-0,20 Ниобий 0,05-0,20 Железо Остальное
3. The alloy according to claim 1, characterized in that it further comprises one or more elements from the group: titanium, vanadium and niobium in the following ratio, wt.%:
Manganese 5.0-44.0 Carbon 0.001-0.300 Nitrogen 0.03-0.12 Titanium 0.06-1.0 Vanadium 0.06-0.20 Niobium 0.05-0.20 Iron Rest
4. Сплав по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно одержит один или несколько элементов из группы: титан, ванадий и ниобий при следующем соотношении, мас.%:
Марганец 5,0-44,0 Углерод 0,001-0,300 Азот 0,03-0,12 Кремний и/или кобальт 0,5-8,0 Титан 0,06-1,0 Ванадий 0,06-0,20 Ниобий 0,05-0,20 Железо Остальное
4. The alloy according to claim 2, characterized in that it additionally contains one or more elements from the group: titanium, vanadium and niobium in the following ratio, wt.%:
Manganese 5.0-44.0 Carbon 0.001-0.300 Nitrogen 0.03-0.12 Silicon and / or cobalt 0.5-8.0 Titanium 0.06-1.0 Vanadium 0.06-0.20 Niobium 0.05-0.20 Iron Rest
5. Сплав по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он дополнительно обладает twinning-эффектом.5. The alloy according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it additionally has a twinning effect. 6. Изделие, изготовленное с использованием антифрикционного наноструктурированного износостойкого демпфирующего с эффектом памяти формы высокопрочного метастабильного сплава на основе железа со структурой гексагонального ε-мартенсита по п.1.6. The product is made using antifriction nanostructured wear-resistant damping with a memory effect of the shape of a high-strength metastable alloy based on iron with the structure of hexagonal ε-martensite according to claim 1. 7. Изделие, изготовленное с использованием антифрикционного наноструктурированного износостойкого демпфирующего с эффектом памяти формы высокопрочного метастабильного сплава на основе железа со структурой гексагонального ε-мартенсита по п.2.7. An article made using an antifriction nanostructured wear-resistant damping with a memory effect of the shape of a high-strength metastable iron-based alloy with a hexagonal ε-martensite structure according to claim 2. 8. Изделие, изготовленное с использованием антифрикционного наноструктурированного износостойкого демпфирующего с эффектом памяти формы высокопрочного метастабильного сплава на основе железа со структурой гексагонального ε-мартенсита по п.3.8. A product made using an antifriction nanostructured wear-resistant damping with a memory effect of the shape of a high-strength metastable iron-based alloy with the structure of hexagonal ε-martensite according to claim 3. 9. Изделие, изготовленное с использованием антифрикционного наноструктурированного износостойкого демпфирующего с эффектом памяти формы высокопрочного метастабильного сплава на основе железа со структурой гексагонального ε-мартенсита по п.4. 9. An article made using an antifriction nanostructured wear-resistant damping with a memory effect of the shape of a high-strength metastable alloy based on iron with a hexagonal ε-martensite structure according to claim 4.
RU2010115086/02A 2010-04-16 2010-04-16 MULTI-FUNCTION ANTIFRICTION NANOSTRUCTURE WEAR-RESISTANT DAMPING ALLOYS WITH SHAPE MEMORY EFFECT ON METASTABLE BASIS OF IRON WITH STRUCTURE OF HEXAGONAL ε-MARTENSITE, AND ITEMS USING THESE ALLOYS WITH EFFECT OF SELF-ORGANISATION OF NANOSTRUCTURE COMPOSITIONS, SELF-STRENGTHENING AND SELF-LUBRICATION OF FRICTION SURFACES, WITH EFFECT OF SELF-DAMPING OF VIBRATIONS AND NOISES RU2443795C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010115086/02A RU2443795C2 (en) 2010-04-16 2010-04-16 MULTI-FUNCTION ANTIFRICTION NANOSTRUCTURE WEAR-RESISTANT DAMPING ALLOYS WITH SHAPE MEMORY EFFECT ON METASTABLE BASIS OF IRON WITH STRUCTURE OF HEXAGONAL ε-MARTENSITE, AND ITEMS USING THESE ALLOYS WITH EFFECT OF SELF-ORGANISATION OF NANOSTRUCTURE COMPOSITIONS, SELF-STRENGTHENING AND SELF-LUBRICATION OF FRICTION SURFACES, WITH EFFECT OF SELF-DAMPING OF VIBRATIONS AND NOISES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010115086/02A RU2443795C2 (en) 2010-04-16 2010-04-16 MULTI-FUNCTION ANTIFRICTION NANOSTRUCTURE WEAR-RESISTANT DAMPING ALLOYS WITH SHAPE MEMORY EFFECT ON METASTABLE BASIS OF IRON WITH STRUCTURE OF HEXAGONAL ε-MARTENSITE, AND ITEMS USING THESE ALLOYS WITH EFFECT OF SELF-ORGANISATION OF NANOSTRUCTURE COMPOSITIONS, SELF-STRENGTHENING AND SELF-LUBRICATION OF FRICTION SURFACES, WITH EFFECT OF SELF-DAMPING OF VIBRATIONS AND NOISES

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010115086A RU2010115086A (en) 2011-10-27
RU2443795C2 true RU2443795C2 (en) 2012-02-27

Family

ID=44997694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010115086/02A RU2443795C2 (en) 2010-04-16 2010-04-16 MULTI-FUNCTION ANTIFRICTION NANOSTRUCTURE WEAR-RESISTANT DAMPING ALLOYS WITH SHAPE MEMORY EFFECT ON METASTABLE BASIS OF IRON WITH STRUCTURE OF HEXAGONAL ε-MARTENSITE, AND ITEMS USING THESE ALLOYS WITH EFFECT OF SELF-ORGANISATION OF NANOSTRUCTURE COMPOSITIONS, SELF-STRENGTHENING AND SELF-LUBRICATION OF FRICTION SURFACES, WITH EFFECT OF SELF-DAMPING OF VIBRATIONS AND NOISES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2443795C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2643772C1 (en) * 2017-06-01 2018-02-05 Юлия Алексеевна Щепочкина Wear resistant alloy on base of iron
RU2645816C1 (en) * 2017-06-19 2018-02-28 Юлия Алексеевна Щепочкина Sintered iron-based anti-friction material
RU2674174C2 (en) * 2014-08-28 2018-12-05 Дойче Эдельштальверке Спешелти Стил Гмбх Унд Ко. Кг Steel with high wear resistance, hardness, corrosion resistance and low heat conductivity and application thereof
RU2725240C2 (en) * 2015-08-17 2020-06-30 Ниппон Стил Стэйнлесс Стил Корпорейшн Vibration damping material of ferrite stainless steel with high content of al and production method
RU2725239C2 (en) * 2015-08-17 2020-06-30 Ниппон Стил Стэйнлесс Стил Корпорейшн Damping material of ferritic stainless steel and production method
RU2744600C1 (en) * 2020-06-19 2021-03-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Wear-resistant steel
RU2788793C1 (en) * 2019-12-19 2023-01-24 Арселормиттал Metal powder for additive manufacturing

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU834213A1 (en) * 1979-10-12 1981-05-30 Уральский Ордена Трудового Красногознамени Политехнический Институтим. C.M.Кирова Steel
US4780154A (en) * 1984-09-07 1988-10-25 Nippon Steel Corporation Shape memory alloy and method for producing same
US4929289A (en) * 1988-04-05 1990-05-29 Nkk Corporation Iron-based shape-memory alloy excellent in shape-memory property and corrosion resistance
US5290372A (en) * 1990-08-27 1994-03-01 Woojin Osk Corporation Fe-Mn group vibration damping alloy manufacturing method thereof
RU2023737C1 (en) * 1992-04-28 1994-11-30 Тамара Федоровна Волынова Iron-based antifriction alloy having martensite structure and antifriction product
RU2023738C1 (en) * 1992-01-30 1994-11-30 Волынова Тамара Федоровна Iron-based damping alloy having martensite-like structure
EP0649914A2 (en) * 1993-10-22 1995-04-26 Woojin Osk Corporation An Fe-Mn vibration damping alloy steel and a method for making the same
RU2169786C2 (en) * 1995-07-11 2001-06-27 Кари Мартти Уллакко Nitrogen-containing iron based-alloys having properties of damping and effect of memory of shape

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU834213A1 (en) * 1979-10-12 1981-05-30 Уральский Ордена Трудового Красногознамени Политехнический Институтим. C.M.Кирова Steel
US4780154A (en) * 1984-09-07 1988-10-25 Nippon Steel Corporation Shape memory alloy and method for producing same
US4929289A (en) * 1988-04-05 1990-05-29 Nkk Corporation Iron-based shape-memory alloy excellent in shape-memory property and corrosion resistance
US5290372A (en) * 1990-08-27 1994-03-01 Woojin Osk Corporation Fe-Mn group vibration damping alloy manufacturing method thereof
RU2023738C1 (en) * 1992-01-30 1994-11-30 Волынова Тамара Федоровна Iron-based damping alloy having martensite-like structure
RU2023737C1 (en) * 1992-04-28 1994-11-30 Тамара Федоровна Волынова Iron-based antifriction alloy having martensite structure and antifriction product
EP0649914A2 (en) * 1993-10-22 1995-04-26 Woojin Osk Corporation An Fe-Mn vibration damping alloy steel and a method for making the same
RU2169786C2 (en) * 1995-07-11 2001-06-27 Кари Мартти Уллакко Nitrogen-containing iron based-alloys having properties of damping and effect of memory of shape

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2674174C2 (en) * 2014-08-28 2018-12-05 Дойче Эдельштальверке Спешелти Стил Гмбх Унд Ко. Кг Steel with high wear resistance, hardness, corrosion resistance and low heat conductivity and application thereof
RU2725240C2 (en) * 2015-08-17 2020-06-30 Ниппон Стил Стэйнлесс Стил Корпорейшн Vibration damping material of ferrite stainless steel with high content of al and production method
RU2725239C2 (en) * 2015-08-17 2020-06-30 Ниппон Стил Стэйнлесс Стил Корпорейшн Damping material of ferritic stainless steel and production method
RU2643772C1 (en) * 2017-06-01 2018-02-05 Юлия Алексеевна Щепочкина Wear resistant alloy on base of iron
RU2645816C1 (en) * 2017-06-19 2018-02-28 Юлия Алексеевна Щепочкина Sintered iron-based anti-friction material
RU2788793C1 (en) * 2019-12-19 2023-01-24 Арселормиттал Metal powder for additive manufacturing
RU2744600C1 (en) * 2020-06-19 2021-03-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Wear-resistant steel

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010115086A (en) 2011-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4390526B2 (en) Rolling member and manufacturing method thereof
EP2092089B1 (en) Austempered ductile iron, method for producing this and component comprising this iron
JP4799004B2 (en) Fe-based seal sliding member and manufacturing method thereof
RU2443795C2 (en) MULTI-FUNCTION ANTIFRICTION NANOSTRUCTURE WEAR-RESISTANT DAMPING ALLOYS WITH SHAPE MEMORY EFFECT ON METASTABLE BASIS OF IRON WITH STRUCTURE OF HEXAGONAL ε-MARTENSITE, AND ITEMS USING THESE ALLOYS WITH EFFECT OF SELF-ORGANISATION OF NANOSTRUCTURE COMPOSITIONS, SELF-STRENGTHENING AND SELF-LUBRICATION OF FRICTION SURFACES, WITH EFFECT OF SELF-DAMPING OF VIBRATIONS AND NOISES
US11078559B2 (en) Rolling element bearing having bainite microstructure
US5427457A (en) Rolling bearing
US9637811B2 (en) Iron-based sintered sliding member and production method therefor
CA2582185C (en) Alloy for roller bearing
US20110052442A1 (en) Bearing component
JP5122068B2 (en) Fe-based wear-resistant sliding material
JPH11222627A (en) Rolling member and its production
JP2005320621A (en) Ferrous abrasion resistant sliding material and sliding member
EP3077560B1 (en) A steel alloy and a component comprising such a steel alloy
CN103547696A (en) Improved bearing steel
US20200190638A1 (en) Powder-Metallurgically Produced Steel Material Containing Hard Material Particles, Method for Producing a Component from Such a Steel Material, and Component Produced from the Steel Material
JP4923776B2 (en) Rolling and sliding parts and manufacturing method thereof
Raedt et al. New forged steels energy-efficient solutions for stronger parts
JP5200164B2 (en) Semi-finished products and methods
JP4413769B2 (en) Rolling bearing steel
JP2005273759A (en) Rolling supporting device, manufacturing method for its component parts, and heat treatment process for steel
JPH02277764A (en) Roller bearing
RU2023737C1 (en) Iron-based antifriction alloy having martensite structure and antifriction product
JPH03219050A (en) Wear-resistant sliding material and its manufacture
Kantipudi et al. Metals and their Tribological Applications
GB2513881A (en) Steel Alloy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180417