×
27.11.2015
216.013.93b8

Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОСТОЙКАЯ ПОДШИПНИКОВАЯ СТАЛЬ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию теплостойких сталей для изготовления подшипников, работающих при температуре до 500°C и используемых в авиационных газотурбинных двигателях (ГТД) и редукторах вертолетов. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, вольфрам, ванадий, молибден, никель, ниобий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,7-0,85, марганец 0,1-0,4, кремний 0,3-0,5, хром 4,5-5,5, вольфрам 1-1,5, ванадий 0,5-1,0, молибден 3-3,5, никель 0,15-0,4, ниобий 0,1-0,3, железо - остальное. Повышается технологичность при горячей пластической деформации, обеспечивается отсутствие дефектов при ковке и прокатке, а также высокая однородность структуры. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию теплостойких сталей для подшипников, работающих при температуре до 500°C и используемых, например, для авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и редукторов вертолетов.

В ряде стран используется инструментальная быстрорежущая сталь с практически одинаковым химическим составом, но с разными названиями. Разработчик этой инструментальной стали фирма Latrobe Steel Co, США. Сталь с более широкими пределами химического состава запатентована этой фирмой (см. патент США 3945821, опубл. 23.03.1976).

Наиболее очищенной от вредных примесей в этом перечне является UNST11350 (мас.%):

углерод 0,77-0,85
кобальт 0,25 макс.
хром 3,75-4,25
марганец 0,35 макс.
молибден 4,0-4,5
кремний 0,25 макс.
ванадий 0,9-1,1
вольфрам 0,25 макс.
никель 0,15 макс.
фосфор 0,015 макс.
сера 0,015 макс.
медь 0,1 макс.
железо остальное

Из уровня техники (патент США №4004952, опубл. 25.01.1977) известна также низкоуглеродистая цементуемая сталь для крупногабаритных подшипников следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,1-0,3
марганец 0,2-1,0
кремний 0,2-0,6
хром не более 1,2
ванадий 0,25-0,85
молибден 4,0-6,0
никель 2,5-3,5
железо остальное

Увеличение содержания молибдена в известной стали до 6% способствует формированию насыщенной карбидной зоны на поверхности, препятствующей диффузии углерода вглубь слоя и понижающей ее статическую прочность при изгибе и усталостную прочность.

В России для изготовления теплостойких подшипников используется теплостойкая сталь (см. патент РФ №2185458, опубл. 20.07.2002) следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,7-0,8
марганец 0,05-0,4
кремний 0,05-0,4
хром 4,0-4,6
вольфрам 8,5-9,5
ванадий 1,4-1,7
церий 0,005-0,10
кальций 0,005-0,10
иттрий 0,005-0,10
железо остальное

Легирование стали не оптимально вследствие присутствия повышенного количества вольфрама, способствующего увеличению количества карбида М6С, который при замедленном охлаждении сильно коагулирует, и в результате образуются крупные карбиды, имеющие угловатую и квадратную форму. Такие карбиды, в отличие от обычных более мелких и округлых, меньше задерживают рост зерна при нагреве под закалку, и закаленная сталь оказывается более крупнозернистой, что ведет к снижению статической прочности при изгибе, усталостной прочности, ударной вязкости и повышению уровня карбидной неоднородности по ГОСТ 19265. Карбидная неоднородность способствует выкрашиванию рабочей поверхности подшипников.

Известна (см. А.Г. Спектор, Б.М. Зельбет, С.А. Киселева. «Структура и свойства подшипниковых сталей». - М.: Металлургия, 1980, с. 16) теплостойкая подшипниковая сталь марки 8Х4М4В2Ф1Ш следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,75-0,85
марганец ≤0,40
кремний ≤0,40
хром 3,9-4,4
вольфрам 1,5-2,0
ванадий 0,9-1,2
молибден 3,9-4,4
никель не более 0,35
железо остальное

Недостатком известной стали является повышенное обезуглероживание при температурах горячей деформации, отжига и закалки и повышенная чувствительность к окислению, а также нестабильность значений по ударной вязкости.

В России разработана теплостойкая сталь для подшипников (см. патент РФ 2447183 C1, опубл. 10.04.2012) следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,8-1,1
марганец 0,1-0,4
кремний 0,3-0,5
хром 4,5-5,5
вольфрам 1,0-1,5
ванадий 0,5-1,0
молибден 3,0-3,5
никель 0,15-0,4
ниобий 0,1-0,3
тантал 0,05-0,15

Недостаток этой стали заключается в чрезмерно высоком содержании углерода и наличии в составе тантала, температура солидус которого 3000°C. Он является наиболее сильным карбидообразователем в составе стали. Его карбиды образуются в начале кристаллизации расплава и нерастворимы при нагревах перед пластической деформацией стали, что приводит к образованию трещин и существенно усложняет технологию ковки и прокатки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание теплостойкой подшипниковой стали, работающей до 500°C. Сталь должна обладать высокой технологичностью в металлургическом производстве и производстве подшипников.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение технологичности при горячей пластической деформации, недопущение дефектов при ковке и прокатке, получение высокой однородности структуры с мелким зерном и значительно более мелкими карбидами.

Для достижения поставленного технического результата предлагается теплостойкая подшипниковая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, вольфрам, ванадий, железо, которая дополнительно содержит молибден, никель, ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,7-0,85
марганец 0,1-0,4
кремний 0,3-0,5
хром 4,5-5,5
вольфрам 1-1,5
ванадий 0,5-1,0
молибден 3-3,5
никель 0,15-0,4
ниобий 0,1-0,3
железо остальное

Предпочтительно, содержание углерода составляет 0,72-0,79.

Снижение содержания углерода, при одновременном исключении из состава стали сильного карбидообразователя тантала, при заявленном содержании вольфрама позволило получить значительно меньшую карбидную неоднородность и более высокие значения усталостной прочности, статической прочности при изгибе, ударной вязкости. Существенно повысилась технологичность при горячей пластической деформации.

Таким образом, при заявленном содержании и соотношении компонентов повышают механические свойства теплостойкой стали.

Примеры осуществления

В лабораторных условиях провели опробование предлагаемой стали (примеры 1-3), выплавленной в вакуумно-индукционной печи. Химический состав и механические свойства предлагаемой стали и стали, известной из прототипа, приведены в таблицах 1 и 2.

Слитки предлагаемой стали подвергали горячей пластической деформации по технологии стали, известной из прототипа. В изготовленных прутках трещины отсутствовали. В прутках стали, известной из прототипа, образовались трещины длиной 100-150 мм от торца. Твердость после полного цикла термической обработки образцов оказалась одинаковой.

В микроструктуре стали, известной из прототипа, выявлена карбидная сетка. В предлагаемой стали распределение карбидов равномерное, карбидной сетки нет. Ударная вязкость предлагаемой стали существенно выше, чем у стали, известной из прототипа. Технологичность предлагаемой стали гораздо выше и позволяет исключить дефекты при ковке и прокатке слитков и прутков. Применение предлагаемой стали позволит обеспечить технологичность изготовления подшипников, повысить их надежность и долговечность в эксплуатации и удешевить стоимость подшипниковой стали.

Как видно из таблицы 2, предлагаемая сталь превосходит сталь, известную из прототипа, по ударной вязкости, уменьшается карбидная неоднородность, которая, в отличие от стали, известной из прототипа, составляет менее 1 балла, а также отсутствуют дефекты при ковке и прокатке слитков и прутков.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 151-160 из 368.
13.01.2017
№217.015.83f3

Способ плавки и литья магниево-циркониевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии сплавов и может быть использовано при производстве жаропрочных, высокопрочных и специальных магниевых сплавов, содержащих редкоземельные металлы (РЗМ), цинк, цирконий и др. Способ получения литых магниево-циркониевых сплавов, содержащих РЗМ, включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601718
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.8544

Способ определения предела выносливости металлических материалов

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов и может быть использовано для определения усталостной прочности конструкционных материалов, работающих в условиях циклического нагружения. Сущность: осуществляют циклическое нагружение образца в условиях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603243
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8734

Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β) титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении и авиационной технике. Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603416
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8740

Способ получения антифреттингового покрытия

Изобретение относится к технологиям нанесения ионно-плазменных и катафорезных покрытий, в частности к способу обработки поверхности металлического изделия, и может быть использовано для защиты от фреттинга осей поворотных лопаток направляющего аппарата из титанового сплава и болтовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603414
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8771

Интерметаллидный сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, предназначенным для деталей, работающих при температурах до 1000C в газотурбинных двигателях. Сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт содержит, мас.%: никель 50,0-62,0, кобальт 18,0-28,0, алюминий 7,5-7,8, хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603415
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.882d

Присадочный материал на основе никеля

Изобретение относится к сплавам на основе никеля в качестве присадочного материала, предназначенного для изготовления деталей и узлов наиболее высокотемпературных зон горячего тракта перспективных двигателей, длительно работающих при температурах до 1200°С. Присадочный материал на основе никеля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602570
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.8a84

Магнитотвердый материал и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитотвердому материалу, содержащему железо, кобальт, бор, диспрозий, медь. При этом материал дополнительно содержит цирконий. Химический состав магнитного материала соответствует формуле, ат. доли: (PrDy)(FeCo)(ZrCu)B, где...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604092
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.8a9c

Присадочный материал на основе алюминия, легированный редкоземельными металлами

Изобретение может быть использовано при изготовлении присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов, в частности сварных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Li. Присадочный материал содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: медь 5,0-12,0, цирконий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604084
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.8bd7

Композиция для соединения керамических композиционных материалов на основе карбида кремния

Изобретение относится к области соединения керамических материалов с образованием керамического соединительного слоя и может быть использовано при производстве сложнопрофильных керамических конструкций для энергетического машиностроения, двигателестроения, аэрокосмической техники. Композиция...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604530
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.9116

Элинварный сплав с высоким модулем упругости и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к элинварным сплавам, и может быть использовано при изготовлении деталей упругочувствительных элементов точного приборостроения, силовых пружин и конструкционных деталей специального назначения. Дисперсионно-твердеющий сплав с малым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605732
Дата охранного документа: 27.12.2016
Показаны записи 151-160 из 334.
13.01.2017
№217.015.83f3

Способ плавки и литья магниево-циркониевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии сплавов и может быть использовано при производстве жаропрочных, высокопрочных и специальных магниевых сплавов, содержащих редкоземельные металлы (РЗМ), цинк, цирконий и др. Способ получения литых магниево-циркониевых сплавов, содержащих РЗМ, включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601718
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.8544

Способ определения предела выносливости металлических материалов

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов и может быть использовано для определения усталостной прочности конструкционных материалов, работающих в условиях циклического нагружения. Сущность: осуществляют циклическое нагружение образца в условиях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603243
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8734

Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β) титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении и авиационной технике. Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603416
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8740

Способ получения антифреттингового покрытия

Изобретение относится к технологиям нанесения ионно-плазменных и катафорезных покрытий, в частности к способу обработки поверхности металлического изделия, и может быть использовано для защиты от фреттинга осей поворотных лопаток направляющего аппарата из титанового сплава и болтовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603414
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8771

Интерметаллидный сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, предназначенным для деталей, работающих при температурах до 1000C в газотурбинных двигателях. Сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт содержит, мас.%: никель 50,0-62,0, кобальт 18,0-28,0, алюминий 7,5-7,8, хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603415
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.882d

Присадочный материал на основе никеля

Изобретение относится к сплавам на основе никеля в качестве присадочного материала, предназначенного для изготовления деталей и узлов наиболее высокотемпературных зон горячего тракта перспективных двигателей, длительно работающих при температурах до 1200°С. Присадочный материал на основе никеля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602570
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.8a84

Магнитотвердый материал и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитотвердому материалу, содержащему железо, кобальт, бор, диспрозий, медь. При этом материал дополнительно содержит цирконий. Химический состав магнитного материала соответствует формуле, ат. доли: (PrDy)(FeCo)(ZrCu)B, где...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604092
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.8a9c

Присадочный материал на основе алюминия, легированный редкоземельными металлами

Изобретение может быть использовано при изготовлении присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов, в частности сварных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Li. Присадочный материал содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: медь 5,0-12,0, цирконий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604084
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.8bd7

Композиция для соединения керамических композиционных материалов на основе карбида кремния

Изобретение относится к области соединения керамических материалов с образованием керамического соединительного слоя и может быть использовано при производстве сложнопрофильных керамических конструкций для энергетического машиностроения, двигателестроения, аэрокосмической техники. Композиция...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604530
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.9116

Элинварный сплав с высоким модулем упругости и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к элинварным сплавам, и может быть использовано при изготовлении деталей упругочувствительных элементов точного приборостроения, силовых пружин и конструкционных деталей специального назначения. Дисперсионно-твердеющий сплав с малым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605732
Дата охранного документа: 27.12.2016
+ добавить свой РИД