Нанокристаллический материал со структурой аустенитной стали, обладающий высокой твердостью, прочностью и коррозионной стойкостью, и способ его изготовления - RU2005109148A

Реферат

1. Нанокристаллический материал со структурой аустенитной стали, имеющий высокую твердость, прочность и коррозийную стойкость, который выполнен в виде агрегата из аустенитных нанокристаллических зерен, содержащего 0,1-2,0 мас.% твердого раствора азота, и который между/или внутри нанокристаллических зерен содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы, в которую входят оксид металла или полуметалла, нитрид металла или полуметалла, карбид металла или полуметалла, силицид металла или полуметалла, борид металла или полуметалла, которые служат ингибитором роста нанокристаллических зерен.

2. Нанокристаллический материал по п.1, который содержит до 50% нанокристаллических зерен феррита.

3. Нанокристаллический материал по п.1, который содержит 0,1-5,0 мас.% азота.

4. Нанокристаллический материал по п.1, который содержит 0,01-1,0 мас.% кислорода в виде оксидов металлов или полуметаллов.

5. Нанокристаллический материал по п.1, который содержит 1-30 мас.% соединений азота.

6. Нанокристаллический материал по п.1, который содержит металл, имеющий большее сродство с азотом, чем железо, такой как ниобий, тантал, марганец или хром, который предотвращает денитрификацию в процессе формования спеканием.

7. Нанокристаллический материал по п.1, который включает смесь 12-30 мас.% хрома, 0-20 мас.% никеля, 0-30 мас.% марганца, 0,1-5 мас.% азота и 0,02-1,0 мас.% углерода, остальное - железо.

8. Нанокристаллический материал по п.1, который включает смесь 12-30 мас.% хрома, 0-20 мас.% никеля, 0-30 мас.% марганца, не больше 30 мас.% азота (в виде соединений) и 0,01-1,0 мас.% углерода, остальное - железо.

9. Нанокристаллический материал по п.1, который включает смесь 4-40 мас.% марганца, 0,1-5 мас.% азота, 0, 1-2,0 мас.% углерода и 3-10 мас.% хрома, остальное - железо.

10. Нанокристаллический материал по п.1, который включает смесь 4-40 мас.% марганца, не больше 30 мас.% азота (в виде соединений), 0,1-2,0 мас.% углерода и 3-10 мас.% хрома, остальное - железо.

11. Нанокристаллический материал, по одному из пп.1-10, который изготовлен механическим сплавлением (МС) с использованием шаровой мельницы или подобного оборудования.

12. Нанокристаллический материал по п.11, который содержит 0,3-1,0 мас.% твердого раствора азота и имеет диаметр кристаллического зерна 50-1000 нм.

13. Нанокристаллический материал по п.11, который содержит 0,4-0,9 мас.% твердого раствора азота и имеет диаметр кристаллического зерна 75-500 нм.

14. Нанокристаллический материал по п.11, который содержит 0,4-0,9 мас.% твердого раствора азота, и имеет диаметр кристаллического зерна 100-300 нм.

15. Способ изготовления нанокристаллического материала со структурой аустенитной стали, который включает смешивание мелкозернистых порошков, которые являются компонентами для получения определенной разновидности аустенитной стали, таких как железо и хром, никель, марганец, углерод или подобных, с веществом, которое является источником азота, механическое сплавление (МС) смеси с использованием шаровой мельницы или подобного оборудования, с получением мелкозернистых порошков нанокристаллической аустенитной стали с высоким содержанием азота, и обработку порошков нанокристаллической аустенитной стали одним или более методами, выбранными из группы, которая состоит из: (1) проката, (2) искрового плазменного спекания, (3) экструзии, (4) горячего спекания под изостатическим давлением (ГИД), (5) холодного спекания под изостатическим давлением (ХИД), (6) холодного прессования, (7) горячего прессования, (8) ковки, (9) штамповки или штамповки взрывом, с получением в результате этого материала со структурой аустенитной стали, который имеет высокую твердость, прочность и коррозийную стойкость, в виде агрегата из нанокристаллических зерен, который содержит 0,1-2,0 мас.% твердого раствора азота.

16. Способ по п.15, изготовления нанокристаллического материала со структурой аустенитной стали, при котором указанную обработку порошков нанокристаллической аустенитной стали методами проката, искрового плазменного спекания, экструзии, горячего спекания под изостатическим давлением (ГИД), горячего прессования, ковки, штамповки или штамповки взрывом, осуществляют в обычной атмосфере, в атмосфере, которая предотвращает окисление, или вакууме с последующим быстрым охлаждением.

17. Способ по п.15, при котором осуществляют искровое плазменное спекание порошков нанокристаллической аустенитной стали в вакууме или в атмосфере, которая предотвращает окисление, с получением в результате этого материала со структурой аустенитной стали, который имеет высокую твердость, прочность и коррозийную стойкость, в виде агрегата из нанокристаллических зерен, который содержит 0,3-1,0 мас.% твердого раствора азота, и имеет зерна диаметром 50-1000 нм.

18. Способ по п.17, при котором после искрового плазменного спекания порошков нанокристаллической аустенитной стали в вакууме или в атмосфере, которая предотвращает окисление, осуществляют прокат и быстрое охлаждение спеченного материала.

19. Способ по п.15, при котором обработанный одним из методов продукт отжигают при температуре 800-1250°С в течение 60 мин или меньше и потом быстро охлаждают.

20. Способ по п.16, при котором подвергнутый быстрому охлаждению продукт отжигают при температуре 800-1250°С в течение 60 мин или меньше и потом быстро охлаждают.

21. Способ по п.15, в котором как источник азота используют одно или более веществ, выбранных из группы, которая состоит из газообразного азота, газообразного аммиака, нитрида железа, нитрида хрома и нитрида марганца.

22. Способ по п.15, в котором в качестве среды для механического сплавления используется инертный газ, например, аргон, газообразный азот, аммиак или смесь, которая содержит два или более из этих газов.

23. Способ по п.15, в котором в качестве среды для механического сплавления используют среду газа с добавлением вещества-восстановителя, например, газообразного водорода.

24. Способ по п.15, в котором в качестве среды для механического сплавления используют вакуум или восстановительную среду с веществом-восстановителем, например, газообразным водородом, который добавляют в вакуум или в восстановительную среду.

25. Способ по п.15, в котором порошки таких компонентов, как железо, хром, никель, марганец, а также углерод и другие компоненты, которые входят в состав аустенитных сталей, смешивают с 1-10 об.% таких нитридов металлов, как AIN, NbN, Cr₂N, или с 0,5-10 мас.% металлов, которые имеют большее химическое сродство с азотом, чем железо, например, ниобий, тантал, марганец, хром, вольфрам или молибден или кобальт, и веществами, которые являются источником азота, и указанные нитриды диспергируют, или указанные металлы или нитриды, карбонитриды или подобные им вещества осаждают и диспергируют в процессе механического сплавления и в процессе формования спеканием механически сплавленных порошков, с получением в результате этого материала со структурой аустенитной стали, имеющего высокую твердость, прочность и коррозийную стойкость.

26. Способ по одному из пп.15, в котором порошки железа, хрома, никеля, марганца, углерода и других компонентов, которые входят в состав аустенитных сталей, смешивают с 1-10 об.% зерен диспергирующего вещества, которое состоит из таких нитридов металлов или полуметаллов, как AIN, NbN, TaN, Si₃N₄, TIN, и с веществом, которое является источником азота, кристаллические зерна измельчают до нано-размеров в процессе механического сплавления (МС) и формируют спеканием для предотвращения увеличения размера зерен с получением в результате этого материала со структурой аустенитной стали, который имеет высокую твердость, прочность и коррозийную стойкость.

27. Способ по п.15, в котором мелкозернистые порошки компонентов аустенитной стали типа стали с большим содержанием марганца-углерода, которые содержат железо, марганец и углерод, смешивают с мелкозернистыми порошками нитридов металлов, например, нитридом железа, который является источником азота, проводят механическое сплавление (МС) этой смеси в среде инертногр газа, например аргона, или в вакууме, вакууме с добавлением восстановителя, например, водорода, или в восстановительной среде и получают порошки нанокристаллической аустенитной стали, которая содержит 4-40 мас.% марганца, 0,1-5,0 мас.% азота, 0,1-2,0 мас.% углерода и 3,0-10,0 мас.% хрома, остальное - железо, которые формуют горячим спеканием, таким, как прокат в оболочках, спеканием искровой плазмой, прессованием или штамповкой взрывом с получением в результате этого материала со структурой аустенитной стали, который имеет высокую твердость, прочность и коррозийную стойкость.

28. Способ по п.15, в котором композиция для изготовления аустенитной стали содержит 12-30 мас.% хрома, 0-20 мас.% никеля, 0-30 мас.% марганца, 0,1-5,0 мас.% азота и 0,02-1,0 мас.% углерода, остальное - железо, а процесс формования спеканием проводят при температуре 600-1250°С.

29. Способ по п.15, в котором количество кислорода, который втягивается из емкости, в которой происходит процесс механического сплавления и из стальных шаров в порошки нанокристаллической аустенитной стали в процессе механического сплавления, составляет 0, 01-1,0 мас.%, а при механическом сплавлении порошков используют оксиды металлов или оксиды полуметаллов, которые являются источником кислорода, для лучшего измельчения кристаллических зерен до нано размеров и для предотвращения увеличения их размеров в процессе формования спеканием.

30. Промышленное изделие, изготовленное из нанокристаллического материала со структурой аустенитной стали по любому из пп.1-14.

31. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой высокопрочный болт, гайку или другое средство механической фиксации.

32. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой пуленепробиваемый лист, пуленепробиваемый жилет или другое пуленепробиваемое изделие.

33. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой матрицу, сверло, пружину, зубчатое колесо, подшипник или другую механическую деталь или инструмент.

34. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой искусственную кость, сустав, опору зуба или другой медицинский или стоматологический искусственный материал.

35. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой иглу для инъекций, хирургический нож, катетер или другой медицинский механический инструмент.

36. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой матрицу для обработки с помощью прессов (включая вырубку, протягивание проволоки, ковку, формование).

37. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой емкость для хранения водорода.

38. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой кухонный нож, лезвие бритвы, ножницы или другой инструмент с острым краем.

39. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой лопасть турбины или другую часть турбины.

40. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой оружие для обороны.

41. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой коньки, сани или другое спортивное снаряжение.

42. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой трубу, резервуар, клапан или другое изделие для химических заводов.

43. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой часть атомных генераторов энергии.

44. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой ракету, самолет или другой летательный аппарат.

45. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой легкий корпусный материал для персональных компьютеров, кейсов и др.

46. Промышленное изделие по п.30, которое представляет собой деталь для транспортных средств, таких как автомобили, корабли, рельсовый транспорт.