RU2634566C2 - Wear-resistant alloy for high-load friction units - Google Patents

Wear-resistant alloy for high-load friction units Download PDF

Info

Publication number
RU2634566C2
RU2634566C2 RU2016101454A RU2016101454A RU2634566C2 RU 2634566 C2 RU2634566 C2 RU 2634566C2 RU 2016101454 A RU2016101454 A RU 2016101454A RU 2016101454 A RU2016101454 A RU 2016101454A RU 2634566 C2 RU2634566 C2 RU 2634566C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
wear
matrix
titanium
tic
Prior art date
Application number
RU2016101454A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016101454A (en
Inventor
Борис Глебович Ушаков
Константин Дмитриевич Хромушкин
Артем Владимирович Кочергин
Станислав Александрович Персинин
Леван Григорьевич Масхулия
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
Priority to RU2016101454A priority Critical patent/RU2634566C2/en
Publication of RU2016101454A publication Critical patent/RU2016101454A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634566C2 publication Critical patent/RU2634566C2/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/04—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbonitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ

Landscapes

  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: alloy includes binding eutectic matrix of eutectic composition in amount from 24.8 to 26.8 wt % of alloy and titanium carbonitride TiC0.5N0.5. The eutectic composition matrix consists of nickel, tungsten, molybdenum, chromium, iron, carbon, sulphur and titanium diboride.
EFFECT: increase of wear resistance, operational reliability and service life of highly loaded bearing structures and units of boundary and dry friction in ship products, transport, power and space equipment.
2 tbl

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии и предназначено для производства износостойких сплавов на основе карбонитридов титана, работающих в сложных условиях динамического нагружения, высоких контактных давлений и скоростей.The invention relates to the field of powder metallurgy and is intended for the production of wear-resistant alloys based on titanium carbonitrides operating in difficult conditions of dynamic loading, high contact pressures and speeds.

Известны различные износостойкие металлические материалы, получаемые методом порошковой металлургии и широко применяемые в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Например, по ГОСТ 28378 известны сплавы типа ПК70ХЗ, ПК40Х13М2), а также аналоги типа сплава ВКЗ. Сплав ПК40Х13М2 имеет твердость HV=2800 МПа, при временном сопротивлении 550 МПа, а сплав ПК70Х3-1400 МПа и 450 МПа соответственно. Основным недостатком этих сплавов, а также других известных сплавов типа ВК3 является низкая работоспособность и эксплуатационная надежность в условиях длительного воздействия повышенных контактных давлений, температур и скоростей характерных для высоконагруженных подшипниковых конструкций и узлов трения, особенно в узлах сухого и граничного трения, используемых в изделий судового, транспортного и энергетического машиностроения.There are various wear-resistant metal materials obtained by powder metallurgy and widely used in various industries and national economy. For example, according to GOST 28378, PK70KhZ, PK40Kh13M2 alloys are known), as well as analogues of the VKZ alloy type. The PK40X13M2 alloy has a hardness of HV = 2800 MPa, with a temporary resistance of 550 MPa, and the PK70X3-1400 MPa and 450 MPa alloy, respectively. The main disadvantage of these alloys, as well as other well-known VK3 alloys, is their low working capacity and operational reliability under prolonged exposure to increased contact pressures, temperatures, and speeds typical of highly loaded bearing structures and friction units, especially in dry and boundary friction units used in ship products , transport and power engineering.

Наиболее близким прототипом по технической сущности и содержанию и функциональному назначению ингредиентов к заявляемому является твердый сплав (прототип), содержащий: никель, вольфрам, молибден, хром, железо, углерод и серу. При следующем соотношении компонентов в мас.%:The closest prototype in technical essence and content and functional purpose of the ingredients to the claimed is a hard alloy (prototype), containing: nickel, tungsten, molybdenum, chromium, iron, carbon and sulfur. In the following ratio of components in wt.%:

никельnickel 4,0-5,54.0-5.5 вольфрамtungsten 47,0-49,547.0-49.5 молибденmolybdenum 3,0-4,03.0-4.0 хромchromium 8,5-9,08.5-9.0 железоiron 8,0-10,08.0-10.0 углеродcarbon 2,3-2,42.3-2.4 сераsulfur 0,4-0,50.4-0.5 карбонитрид титана (TiC0,5N0,5)titanium carbonitride (TiC 0.5 N 0.5 ) остальноеrest

(патент на изобретение РФ №2509170, МПК 22С/29/04, опублик. 10.03.2012 г.).(RF patent No. 2509170, IPC 22C / 29/04, published. 03/10/2012).

Технико-экономический эффект от применения данного твердого сплава выражается в повышении работоспособности, эксплуатационной надежности, а также ресурсных характеристик создаваемых подшипниковых узлов пограничного и сухого трения в разрабатываемых образцах корабельной, транспортной, энергетической и космической техники нового поколения.The technical and economic effect of the use of this hard alloy is expressed in increasing the working capacity, operational reliability, as well as the resource characteristics of the created bearing units of boundary and dry friction in the developed samples of new generation ship, transport, energy and space equipment.

Вместе с тем, недостатком известного сплава является достаточно низкое содержание карбонитрида титана, который во многом определяет уровень служебных свойств и антифрикционных характеристик. В частности, снижается наиболее важная из них - износостойкость в условиях длительного динамического нагружения и воздействия высоких температур контактных давлений, и скоростей трения.However, a disadvantage of the known alloy is a rather low content of titanium carbonitride, which largely determines the level of service properties and antifriction characteristics. In particular, the most important of them is reduced - wear resistance under conditions of prolonged dynamic loading and exposure to high temperatures of contact pressures, and friction speeds.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание износостойкого сплава, обладающего улучшенным комплексом основных служебных антифрикционных характеристик, включая коэффициент трения и износостойкость, обеспечивающих более высокий уровень эксплуатационной надежности.The technical result of the invention is the creation of a wear-resistant alloy with an improved set of basic service anti-friction characteristics, including friction coefficient and wear resistance, providing a higher level of operational reliability.

Технический результат в заявляемом изобретении достигается за счет того, что в базовый состав матрицы, имеющей те же компоненты и то же содержание в мас.%, что и в известном сплаве (прототипе), дополнительно легирован диборидом титана (TiB2) в количестве 0,68-1,54 мас.%.The technical result in the claimed invention is achieved due to the fact that in the base composition of the matrix having the same components and the same content in wt.% As in the known alloy (prototype), it is additionally doped with titanium diboride (TiB 2 ) in an amount of 0, 68-1.54 wt.%.

Содержание карбонитрида титана TiC0,5N0,5 в заявляемом сплаве повышено до (73,2-75,2) мас.% от (19,1-26,8) мас.%, имевшихся в прототипе. При этом массовая доля матрицы в сплаве соответственно снижается от 73,2-80,6 до 24,8-26,8 мас.%. Общее содержание матрицы и карбонитрида титана в сплаве должно составлять 100%. При этом содержание компонентов в заявляемом в сплаве составляет:The content of titanium carbonitride TiC 0.5 N 0.5 in the inventive alloy increased to (73.2-75.2) wt.% From (19.1-26.8) wt.%, Available in the prototype. Moreover, the mass fraction of the matrix in the alloy, respectively, decreases from 73.2-80.6 to 24.8-26.8 wt.%. The total content of the matrix and titanium carbonitride in the alloy should be 100%. The content of the components in the claimed alloy is:

никельnickel 1,32-1,51.32-1.5 вольфрамtungsten 15,4-16,015.4-16.0 молибденmolybdenum 1,02-1,11.02-1.1 хромchromium 2,73-2,92.73-2.9 железоiron 2,70-2,832.70-2.83 углеродcarbon 0,72-0,780.72-0.78 сераsulfur 0,14-0,150.14-0.15 диборид титанаtitanium diboride 0,68-1,540.68-1.54 карбонитрид титана (TiC0,5N0,5)titanium carbonitride (TiC 0.5 N 0.5 ) 73,2-75,273.2-75.2

Введение в заявляемый сплав карбонитрида титана состава TiC0,5N0,5 в количестве 73,2-75,2% улучшает комплекс свойств, определяющих износостойкость сплава в сложных условиях воздействия повышенных температур, давлений и скоростей трения. Наличие расплавляющейся при спекании связующей матрицы эвтектического состава в сплаве с температурой плавления 1085°С способствует созданию благоприятных условий для повышения технологичности на стадии металлургического производства, когда при спекании в жидкой матрице, существенно повышается компактность и практически полностью исключается пористость заявляемого сплава. Соотношение указанных составляющих заявляемого сплава (матрицы и карбонитрида титана) выбрано таким образом, чтобы сплав обеспечивал формирование наиболее оптимального структурно-фазового состояния, требуемый уровень механических свойств износостойкости и коэффициентов трения, определяющих заданную работоспособность и эксплуатационную надежность, а также ресурсные характеристики создаваемых подшипниковых конструкций и высоконагруженных узлов трения.The introduction of the inventive alloy of titanium carbonitride of the composition TiC 0.5 N 0.5 in an amount of 73.2-75.2% improves the set of properties that determine the wear resistance of the alloy under difficult conditions of exposure to elevated temperatures, pressures and friction speeds. The presence of a eutectic composition matrix matrix that melts during sintering in an alloy with a melting point of 1085 ° C contributes to the creation of favorable conditions for improving manufacturability at the stage of metallurgical production, when sintering in a liquid matrix significantly increases compactness and almost completely eliminates the porosity of the claimed alloy. The ratio of these components of the inventive alloy (matrix and titanium carbonitride) is selected so that the alloy provides the formation of the most optimal structural phase state, the required level of mechanical properties of wear resistance and friction coefficients that determine the given performance and operational reliability, as well as resource characteristics of the created bearing structures and highly loaded friction units.

Введение в состав и структуру матрицы диборида титана (TiB2), получаемого методом порошковой металлургии, имеющего высокую твердость, в количестве 0,68 до 1,58 мас.%, является важным фактором обеспечения длительной эксплуатации высоконагруженных узлов трения и дополнительным упрочняющим компонентом матрицы, повышающим антифрикционные свойства и износостойкость сплава. В условиях длительного воздействия высоких контактных рабочих давлений это позволяет обеспечить расчетные ресурсные характеристики создаваемых подшипниковых узлов трения. Заготовку - полуфабрикат заявляемого состава получали путем совместного помола предварительно синтезированной основы эвтектического состава из указанных компонентов и базовой основы карбонитрида титана (TiC0,5N0,5). Соотношение основы эвтектического состава составляет от 24,8-26,8 мас.%, к соответствующему содержанию карбонитрида титана (TiC0,5N0,5) в количестве 73,2-75,2 мас.%. Помол проведен в среде этанола в лабораторной шаровой мельнице. Из полученной высушенной и пластифицированной массы, методом прессования, на промышленном прессовом оборудовании, изготовлены заготовки требуемой формы и размеров с последующим спеканием в вакуумной печи при температуре от 1320 до 1350°С. Химический состав опытных образцов представлен в табл. 1.The introduction of the composition and structure of the matrix of titanium diboride (TiB 2 ) obtained by powder metallurgy with high hardness in the amount of 0.68 to 1.58 wt.%, Is an important factor in ensuring the long-term operation of highly loaded friction units and an additional strengthening component of the matrix, increasing antifriction properties and wear resistance of the alloy. Under conditions of prolonged exposure to high contact working pressures, this allows us to provide the estimated resource characteristics of the created friction bearing units. A preform - a semi-finished product of the claimed composition was obtained by co-grinding a pre-synthesized base of a eutectic composition from these components and a base base of titanium carbonitride (TiC 0.5 N 0.5 ). The ratio of the base of the eutectic composition is from 24.8-26.8 wt.%, To the corresponding content of titanium carbonitride (TiC 0.5 N 0.5 ) in an amount of 73.2-75.2 wt.%. The grinding was carried out in ethanol in a laboratory ball mill. From the obtained dried and plasticized mass, by pressing, on industrial press equipment, preforms of the required shape and size were made, followed by sintering in a vacuum oven at a temperature of 1320 to 1350 ° C. The chemical composition of the test samples is presented in table. one.

Figure 00000001
Figure 00000001

Результаты определения основных служебных свойств и характеристик представлены в табл. 2The results of determining the main service properties and characteristics are presented in table. 2

Figure 00000002
Figure 00000002

Представленные результаты показывают, что коэффициенты трения у заявляемого состава ниже, а износостойкость значительно выше, чем у известного сплава (прототипа), что свидетельствует о существенном росте его антифрикционных свойства.The presented results show that the friction coefficients of the claimed composition are lower, and the wear resistance is much higher than that of the known alloy (prototype), which indicates a significant increase in its antifriction properties.

Ожидаемый технико-экономический эффект применения разработанного износостойкого сплава в машиностроительных отраслях промышленности и народного хозяйства выразится в повышении работоспособности, эксплуатационной надежности, а также ресурсных характеристик создаваемых подшипниковых конструкций и узлов пограничного и сухого трения в разрабатываемых образцах корабельной, транспортной, энергетической и космической техники нового поколения.The expected technical and economic effect of the application of the developed wear-resistant alloy in the machine-building industries and the national economy will be expressed in increasing the working capacity, operational reliability, as well as the resource characteristics of the created bearing structures and border and dry friction units in the developed samples of new generation of ship, transport, energy and space equipment .

Claims (2)

Износостойкий сплав для высоконагруженных узлов трения, включающий связующую матрицу эвтектического состава и карбонитрид титана TiC0,5N0,5, отличающийся тем, что он содержит связующую матрицу эвтектического состава в количестве от 24,8 до 26,8 мас.% от массы сплава, состоящую из никеля, вольфрама, молибдена, хрома, железа, углерода, серы и диборида титана, при следующем соотношении компонентов, мас.%:Wear-resistant alloy for highly loaded friction units, comprising a binder matrix of eutectic composition and titanium carbonitride TiC 0.5 N 0.5 , characterized in that it contains a binder matrix of eutectic composition in an amount of from 24.8 to 26.8 wt.% By weight of the alloy consisting of nickel, tungsten, molybdenum, chromium, iron, carbon, sulfur and titanium diboride, in the following ratio, wt.%: никельnickel 1,32-1,51.32-1.5 вольфрамtungsten 15,4-16,015.4-16.0 молибденmolybdenum 1,02-1,11.02-1.1 хромchromium 2,73-2,92.73-2.9 железоiron 2,7-2,832.7-2.83 углеродcarbon 0,72-0,780.72-0.78 сераsulfur 0,14-0,150.14-0.15 диборид титанаtitanium diboride 0,68-1,540.68-1.54 карбонитрид титана (TiC0,5N0,5)titanium carbonitride (TiC 0.5 N 0.5 ) 73,2-75,273.2-75.2
RU2016101454A 2016-01-19 2016-01-19 Wear-resistant alloy for high-load friction units RU2634566C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016101454A RU2634566C2 (en) 2016-01-19 2016-01-19 Wear-resistant alloy for high-load friction units

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016101454A RU2634566C2 (en) 2016-01-19 2016-01-19 Wear-resistant alloy for high-load friction units

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016101454A RU2016101454A (en) 2017-07-24
RU2634566C2 true RU2634566C2 (en) 2017-10-31

Family

ID=59498476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016101454A RU2634566C2 (en) 2016-01-19 2016-01-19 Wear-resistant alloy for high-load friction units

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634566C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737839C1 (en) * 2020-06-19 2020-12-03 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Composite powders based on titanium carbonitride

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040572C1 (en) * 1991-03-13 1995-07-25 Зинченко Константин Антонович Caked solid alloy on the basis of refractory metal carbonitride
RU2133296C1 (en) * 1998-06-08 1999-07-20 Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН Solid alloy (variants) and method of preparing thereof
US6017488A (en) * 1998-05-11 2000-01-25 Sandvik Ab Method for nitriding a titanium-based carbonitride alloy
US7645316B2 (en) * 2002-11-19 2010-01-12 Sandvik Intellectual Property Aktiebolag Ti(C,N)-(Ti,Nb,W)(C,N)-Co alloy for finishing and semifinishing turning cutting tool applications
RU2413592C1 (en) * 2009-08-20 2011-03-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Composite tool material
RU2509170C1 (en) * 2012-10-22 2014-03-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Wearproof alloy for high-loaded friction assemblies

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040572C1 (en) * 1991-03-13 1995-07-25 Зинченко Константин Антонович Caked solid alloy on the basis of refractory metal carbonitride
US6017488A (en) * 1998-05-11 2000-01-25 Sandvik Ab Method for nitriding a titanium-based carbonitride alloy
RU2133296C1 (en) * 1998-06-08 1999-07-20 Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН Solid alloy (variants) and method of preparing thereof
US7645316B2 (en) * 2002-11-19 2010-01-12 Sandvik Intellectual Property Aktiebolag Ti(C,N)-(Ti,Nb,W)(C,N)-Co alloy for finishing and semifinishing turning cutting tool applications
RU2413592C1 (en) * 2009-08-20 2011-03-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Composite tool material
RU2509170C1 (en) * 2012-10-22 2014-03-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Wearproof alloy for high-loaded friction assemblies

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737839C1 (en) * 2020-06-19 2020-12-03 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Composite powders based on titanium carbonitride

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016101454A (en) 2017-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090311129A1 (en) Abrasion resistant sintered copper base cu-ni-sn alloy and bearing made from the same
US8142904B2 (en) Copper based sintered slide member
RU2634566C2 (en) Wear-resistant alloy for high-load friction units
Aleutdinova et al. Contact characteristics of metallic materials in conditions of heavy loading by friction or by electric current
CN106011539A (en) Wide-temperature range and self-lubricating nickel aluminum/vanadium oxide/silver composite material and preparation method thereof
RU2689456C2 (en) Corrosion-resistant cemented carbide for operation with fluids
CN110129667B (en) Wear-resistant material, bearing and preparation method of bearing
RU2709418C1 (en) Copper based sintered friction material
RU2283890C2 (en) Iron base antifriction powder material
RU2509170C1 (en) Wearproof alloy for high-loaded friction assemblies
RU2737839C1 (en) Composite powders based on titanium carbonitride
RU2697297C1 (en) Iron-bronze powder composite antifriction material
RU2331685C2 (en) Antifrictional composite powdered material
RU2794534C9 (en) Hard alloy for friction units with high load
US20180002783A1 (en) Light weight cemented carbide for flow erosion components
RU2794534C1 (en) Hard alloy for friction units with high load
JP6944811B2 (en) Resin material for sliding members and sliding members
RU2506335C1 (en) Metal matrix composite
RU2645816C1 (en) Sintered iron-based anti-friction material
RU2386516C2 (en) Charge on basis of iron powder to produce baked material
RU2645806C1 (en) Sintered iron-based anti-friction material
RU2645530C1 (en) Iron-based sintered anti-friction material
RU2757880C2 (en) Sintered powder friction material for friction discs of gearbox coupling of electric point machine
RU2647955C1 (en) Sintered cobalt-based antifriction material
RU2296803C1 (en) Self-lubricating material for friction units