Состав для упрочнения литых сталей с помощью энергии взрыва

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ЛИТЫХ СТАЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Андрушевич Андрей Александрович Чурик Михаил Николаевич Казаневская Ирина Николаевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(56) Андрушевич А.А и др. Наноструктурные материалы - 2004 Беларусь-Россия. Материалымеждународного семинара. - Мн., 2004. - С. 146-147. Ушеренко С.М. Особенности взаимодействия потока микрочастиц с металлами и создание процесса объемного упрочнения инструментальных материалов Автореф. дис. - Мн., 1998. С. 10-13, 20-21.20021040, 2004. Коршунов Л.Г. и др. ФМиМ. - 2002. Т. 94. -1. - С. 90-98. Зельдович В.И. и др. ФМиМ. -2001. Т. 91. -6. - С. 72-79.703585, 1979.(57) Состав для упрочнения литых сталей с помощью энергии взрыва, содержащий наноуглеродный материал и карбид кремния, отличающийся тем, что дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.наноуглеродный материал 6-10 никель 3-5 карбид кремния остальное. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам для легирования сталей, и может быть использовано для объемного упрочнения и повышения износостойкости литых изделий с помощью энергии взрыва. Известен состав для взрывной обработки режущего инструмента из быстрорежущей стали, включающей порошки карбида хрома, титана, окиси алюминия и никеля 1. Однако данный состав включает значительное количество дефицитных и дорогостоящих элементов невысокой дисперсности, ограничивающих проникающую способность. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является состав для упрочнения литых сталей с помощью энергии взрыва, содержащий наноуглеродный материал и карбид кремния 2. Однако известный состав не обеспечивает высокой твердости и стойкости к износу упрочняемых изделий при введении порошков в объем литых сталей за счет энергии взрывчатых веществ. 10439 1 2008.04.30 Задачей данного изобретения является достижение стабильности значений твердости и износостойкости в обрабатываемых заготовках из литых сталей. Задача достигается тем, что состав для упрочнения литых сталей с помощью энергии взрыва, содержащий наноуглеродный материал и карбид кремния, дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.наноуглеродный материал 6-10 никель 3-5 карбид кремния остальное. Введение нанодисперсных (менее 100 нм) частиц углеродного материала, дисперсионно упрочняет обрабатываемый материал, вызывает образование локальных метастабильных зон повышенной твердости в объеме литого материала. Обработку предложенным составом осуществляют высокоскоростной струей рабочего вещества заявляемого состава путем сверхглубокого проникания. Частицы наноуглеродного материала в процессе импульсной обработки взаимодействуют с частицами , никеля и материалом матрицы, проникают в объем литой матрицы на глубину нескольких десятков миллиметров, создавая в материале зону повышенной твердости и износостойкости. При этом из-за их очень высокой дисперсности глубина проникания в стальную заготовку увеличивается. Изменение массовой долипозволяет регулировать удельный вес порошкового состава для упрочнения и тем самым уровень свойств обработанного материала. Частицы никеля в частности при взрывной обработке обволакивают частицы , образуя оболочку и препятствуя схватыванию последних между собой. Благодаря наличию оболочки реализуется подкалиберный эффект, который увеличивает глубину проникания вводимых частиц. Из указанных компонентов приготавливают порошковую смесь следующим образом. Порошки ,и наноуглеродного материала берутся в заданной пропорции и смешиваются в механическом смесителе в течение 20-30 минут. Наноуглеродный материал вследствие очень малых размеров и сверхвысокой проникающей способности является основным упрочнителем, образуя стержень (канал), армирующий литую сталь по объему в направлении распространения ударной волны. Уменьшение его содержания менее 6 приводит к резкому падению твердости и износостойкости из-за незначительного изменения структуры, а увеличение содержания более 10 повышению хрупкости и выкрашиванию обработанного материала, а износостойкость сталей понижается. При содержании никеля менее 3 не обеспечивается полное обволакивание твердых частиц упрочнителяпластичной составляющей никеля, а превышение 5 снижает твердость и следовательно износостойкость обработанных стальных заготовок. Пример. Из порошков карбида кремния и никеля (63-100 мкм) и наноуглеродного материала(50-100 нм), взятых в заданных соотношениях были приготовлены порошковые составы(см. таблицу) путем перемешивания компонентов в механическом конусном смесителе. Импульсной обработке подвергали заготовки из стали 65 Г (ГОСТ 1499-79)12 мм и длиной 60 мм, зарядом аммонита 6 ЖВ массой 200 г, с использованием легирующей порошковой струи. С помощью легирующей порошковой струи. После чего заготовки обтачивали, выполняли стандартную термическую обработку (закалка и средний отпуск), а затем проводили испытания. Одновременно испытывали образцы, обработанные известным составом. Данные, полученные при испытаниях, приведены в таблице. Компоненты, вес.Свойства п/п Наноуглеродный в,Никель КарбидНВ износостойкость материал кгс/мм 2 Известный состав 1 3 97 45,7 170 1,0 2 5 95 46,8 165 1,0 Предлагаемый состав 3 6 3 91 51,2 180 1,12 4 9 5 86 53,4 185 1,25 5 10 3 87 54,4 190 1,30 Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный состав для импульсной обработки стали 65 Г (составы 35) обеспечивает по сравнению с известными составами(12) повышение износостойкости. Из приведенных данных видно, что использование предложенного порошкового состава по сравнению с известным при объемном упрочнении литых сталей с использованием взрывного легирования повышает твердость и износостойкость на 10-30 . При содержании компонентов за границей заявленных пределов износостойкость снижается. За счет малого количества нанодисперсного углеродного материала стоимость предложенного порошкового состава для легирования сталей возрастает незначительно. Источники информации 1. А.с. СССР 1184284, МПК С 22 С 29/00, 32/00, 1985. 2. Андрушевич А.А. и др. Наноструктурные материалы - 2004 Беларусь - Россия. Материалымеждународного семинара. - Мн., 2004. - С. 146-147. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3