Износостойкий сплав на основе никеля

ИЗНОСОСТОЙКИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, содержащий улерод кремний, хром, вольфрам, алюминий, отличающийся тем, что, с целью повышения количества теплосмен, износостойкости, абразивности при температуре 1150^oС на воздухе, он дополнительно содержит железо ниобий, карбид кремния, кобальт, церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,1 - 0,14
Кремний 0,8 - 1,0
Хром 15,0 - 18,0
Вольфрам 6,0 - 10,0
Алюминий 5,0 - 6,0
Железо 1,5 - 2,0
Ниобий 1,5 - 3,5
Карбид кремния 1,0 - 2,0
Кобальт 3,0 - 5,0
Церий 0,01 - 0,03
Никель Остальное

Изобретение относится к области металлургии, в частности к созданию износостойких сплавов на основе никеля, эксплуатирующихся в узлах трения в условии частых теплосмен, высоких нагрузок, температур в диапазоне 20-1150^оС, на воздухе.
Известны никелевые сплавы, работоспособные при температурах 900-1150^оС. К ним относятся жаропрочные сплавы марок ЖС6У, ЖС26, ЖС32. Одна из областей применения указанных материалов - рабочие лопатки газотурбинных двигателей.
Однако эти сплавы не являются износостойкими (1).
Для работы в узлах трения на воздухе при высоких температурах (800-900^оС) используются износостойкие никелевые сплавы марок ВЖЛ2, ВЖЛ15 и т.п. (а.с.СССР N 300077, N 1351353).
Однако при более высоких температурах они не обладают износостойкостью и абразивными свойствами и не эксплуатируются в условиях теплосмен.
Наиболее близким по химическому составу и свойствам является сплав на основе никеля следующего состава, мас.%: Углерод 0,08-0,12 Хром 23,0-26,0 Титан 2,1-2,6 Кремний 1,8-2,2 Цирконий 0,08-0,12 Вольфрам 4,8-6,0 Алюминий 5,5-6,0 Бор 0,012-0,015
Карбид элемента,
выбранного
из группы хрома или ниобия 2,0-3,0 Никель Остальное
(авт.св. СССР 591111).
Сплав используется в узлах трения, работающих на воздухе в интервале температур 20-900^оС. В этих условиях он обладает повышенной прочностью и износостойкостью.
Однако при температуре 1150^оС сплав не является достаточно износостойким, не выдерживает резких теплосмен и не несет в себе абразивных свойств.
Целью изобретения является разработка состава сплава для узлов трения, эксплуатирующихся при температуре 1150^оС на воздухе, обладающего высокой износостойкостью, абразивностью и стойкостью к теплосменам.
Для достижения поставленной цели предлагаемый материал на основе никеля дополнительно содержит железо, ниобий, карбид кремния, кобальт, церий при повышенном содержании вольфрама, меньшем количестве углерода, кремния, хрома, отсутствии титана, циркония, бора, а остальные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: Углерод 0,1-0,14 Кремний 0,8-1,0 Хром 15,0-18,0 Вольфрам 6,0-10,0 Алюминий 5,0-6,0 Железо 1,5-2,0 Ниобий 1,5-3,5 Карбид кремния 1,0-2,0 Кобальт 3,0-5,0 Церий 0,01-0,03 Никель Остальное.
Пример осуществления.
Сплав может быть получен путем выплавки в вакуумной индукционной печи по известной технологии. В вакуумной индукционной печи выплавлены три сплава предлагаемого состава. Хром, вольфрам, ниобий, кобальт, никель вводили в шихту вместе; углерод, кремний, алюминий, железо, карбид кремния, церий - через дозатор. Составы и свойства сплавов приведены в табл.1 и 2.
Как видно из табл.2 предлагаемый состав сплава по сравнению с прототипом обладает более высокой износостойкостью (в 5-8 раз) в условиях абразивного изнашивания и при этом в 2-3 раза большей абразивностью. При трении скольжения износостойкость предлагаемого состава сплава также несколько выше, чем у прототипа. Кроме того, предлагаемый сплав работоспособен при теплосменах в диапазоне температур 20 1150^оС в отличии от прототипа. Также предлагаемый сплав обладает определенным запасом прочности при температуре 1150^оС. При более низких температурах (20, 900^оС) прочностные и пластические характеристики предлагаемого сплава находятся на уровне свойств прототипа.
Таким образом, применение сплава предлагаемого состава позволит:
повысить износостойкость узлов трения при абразивном изнашивании в 5-8 раз и при этом в 2-3 раза увеличить абразивное воздействие основной детали пары трения на контртело по сравнению с известным;
снизить износ в узлах трения на 25% при трении скольжения;
обеспечить работоспособность узлов трения при условии резких теплосмен в диапазоне температур 20 1150^оС за счет создания определенного соотношения пластических и прочностных характеристик сплава.
В свою очередь, использование предлагаемого сплава даст возможность не только обеспечить работоспособность узлов трения, но и повысить ресурс и надежность их работы при эксплуатации в условиях резких теплосмен в диапазоне температур 20 1150^оС на воздухе как при абразивном изнашивании, так и при трении скольжения.
Областью использования является металлургия, а именно создание износостойких сплавов для узлов трения, работающих при температуре 115°С на воздухе в условиях частых теплосмен, высоких нагрузок при абразивном и торцовом изнашивании. Смесь содержит следующие компоненты, мас.%: C 0,1 - 0,14; Si 0,8 - 1,0; Cr 15,0 - 18,0; W 6,0 - 10,0; Al 5,0 - 6,0; Fe 1,5 - 2,0; Nb 1,5 - 3,5; Si 1,0 - 2,0; Co 3,0 - 5,0; Ce 0,01 - 0,03; Ni остальное. 2 табл.