Способ поверхностного легирования отливок

 

СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ОТЛИВОК, включаюций изготовг ленив литейной формы, нанесение на ее поверхность легирующего покрытия на основе порошка легирующего элемента раэнодисперсной фракции с выгоракицим при заливке связующим, отличающийся тем, что, с целью ускорения формирований необходимой толщины легированного слоя, отношение объемов крупной и мелкой фракций составляет 0,32 ,0 при дисперсности частиц мелкой и крупной фракций 0,2-0,3 мм и 0,31-0,5 мм соответственно. ч С СХЭ сл 4i

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН г 4 ъ +

L !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . » .. 1 .» ф.

»» » яи

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3423286/22-02 (22) 09.04.82 (46) 15.03.84. Бюл. Р 10 (72) A ° Ê.Ñèðoòèí, Г.В.Коротушенко, A.Ï.Ïèìîøåíêî и A.Ñ.Èöåíêî (71) Мурманское высшее инженерное морское училище им. Ленинского комсомола (53) 621.746.58(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 579098, кл. В 22 D 19/16, 1977 °

2. Вейник А.И. Термодинамика литейной формы. М., "Машиностроение", 1968 с. 186.

„„80„„1079354 А

3(5D В 22 0 27/18; В 22 D 27. 20 (54)(57) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ОТЛИВОК, включающий изготов.-. ление литейной формы, нанесение на ее поверхность легирующего покрытия на основе порошка легирующего элемента разнодисперсной фракции с выгорающим при заливке связующим, отличающийся тем, что, с целью ускорения формирований необходимой толщины легированного слоя, отношение объемов крупной и мелкой фракций составляет 0,32,0 при дисперсности частиц мелкой и крупной фракций 0,2-0,3 мм и

0,31-0,5 мм соответственно.

1079354

1,5 енее О, 2,2

0,063-0,1

0,1 -0,2

0,2 -0,3

2,9

3,5

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении поверхностного легированных,стальных деталей для повышения их износостойкости, конструкцйонной прочности, кави- 5 тационно-коррозионной стойкости и т,д.

Известен способ получения стальных деталей, по которому на рабочие участки литейной формы наносится графитосодрржащее покрытие. Перед заливкой литейная форма подогревается до 600-1300 С. Это.обеспечивает высокие скорости диффузионного науглероживания заливаемой стали 15 и образование в отливке диффузионного слоя со свойствами структуры чугуна Г13.

Недостатком этого способа является повышенная трудоемкость технологического процесса получения

20 стальных отливок при применении предварительного подогрева литейной формы до указанных температур.

Наиболее близким к предлагаемо-. му по технической сущности и достига-25 емому эффекту является способ поверхностного легирования отливок в литейной форме, включающий приготовление легирующей смеси из порошка определенного Фракционного состава .и 30 дисперсности, нанесение на рабочие участки:литейной форьы легирующего покрытия и заЛивку металла Г23.

В этом способе легирующее покрытие получается пористым. В результа- 35 те заливаемый металл фильтруется в поры покрытия, интенсифицируя его диффузионное растворение.

По этому способу при науглерожи вании стальной отливки диффузионный 40 слой углерода может быть получен без предварительного высокотемператур.» ного подогрева литейной формы. Однако для получения достаточной для механической обработки толщины диф» фуэионного чугунного слоя на сталь.ных отливках приходится увеличивать толщину стенки отливки, что ведет к перерасходу стали на получение единицы продукции.

Цель изобретения — ускорение форл,; мирования необходимой тощины легированного слоя.

Поставленная цечь достигается тем, что согласно способу поверхностного легирования отливок, включающему изготовление литейной формы, нанесение на ее поверхность легирующего покрытия на основе порошка легирующего элемента разнодисперсной фракции с выгорающим при заливке связующим, отношение объемов крупной и мелкой фракций равно 0,3-2,0 при дисперсности частиц мелкой и крупной фракций 0,20,3 мм и 0,31-0,5 мм соответственно.

Сущность предложенного изобретения. заключается в интенсификации фильтрационно диффузионного механизма растворения легирующего покрытия.

С уменьшением размера (дисперсности ) графитовых частиц возрастает скорость их подогрева и площадь контакта с жидким металлом, что приводит к возрастанию скорости их диффузионного растворения.

Но при этом уменьшается размер пор, в которые фильтруется залитый металл. При. увеличении дисперсности графитовых частиц, наоборот, активизируется фильтрация металла в поры покрытия, но затрудняется диффузионное растворение частиц графита. Для каждого легирующего элемента существует оптимальная дисперсность фракции порошка, содержащего этот элемент, при которой получают максимальную толщину диффузионнного слоя элемента в отливке.

Это связано с оптимальным соотношением фильтрационного растворения легирующего покрытия залитым металлом и диффузионного растворения каждой легирующей частицы.

В табл. 1 приведены данные по оптимальной дисперсности графитового порошка, полученные на стальных отливках. На стержень наносят легирующее покрытие. Литейные формы заливаются сталью 55ГС2, имеющей температуру 1600 С.

Таблица 1

1079354

Продолжение табл.

0,3 -0,4

2,5

0,5 -1,0

1,9

РЬ где и и m

Как видно из табл. 1, максимальный диффузионный слой чугуна на отлизках может быть получен при оптимальной дисперсности графитового порошка: Ро„ = 0,2-0,3 мм. Дальнейшее увеличение толщины диффузионного слоя (необходимое, например, по условиям механической обработки ) может.,быть обеспечено подогревом литейной формы (в примере литейные формы заливают при 20 С), что увели,чивает трудоемкость иэ,изготовления, нли утолщением стенки отливки, приводящим к увеличению металлоемкости отливки, Известно, что размер пор для идеального покрытия, состоящего из шаровидных .частиц, зависит от типа укладки Частиц и составляет: при кубической укладке (наименее .плотной) d = 0,41 D при гексагоЮс(х нальной укладке (наиболее плотной) d;„= 0,155 Р, где й. диаметр поры;. D - диаметр части легирующего покрытия. Поэтому диаметр пор для реального легирующего покрытия можно принять: и = (0,155

0,41) Р.

Увеличение размера пор покрытия, а следовательно, интенсификация фильтрации залитого металла в поры . легирующего покрытия может быть достигнута не только увеличением

-размера частиц легирующего порошка, но также и искажением их укладки в покрытии. Такое искажение достигается применением двух раэнодисперсных фракций легирующего порошка, которое, во-первых, увеличивает пористость (а следовательно, и массу фильтрующего металла/, а во-вторых, улучшает условия диффузионного растворения частиц покрытия { так как при этом уменьшается средний размер частиц), что в общем итоге ведет к увеличению толщины диффузионного слоя. Средний диаметр частиц покрытия

В р = nD<+IllD < (- объемные доли фракций соответственно крупнодисперсного Р„ и мелкодисперсного D легирующего порошка;

Р„и Р„, - диаметры частиц крупнодисперсного и мелкодис-. персного порошка.

Величина искажения укЛадки легирующих частиц в,покрытии зависит от объемного соотношения фракций легирующего порошка, отличающихся по дисперсностиг †" . Важным условием

tn

20 является предотвращение попадания в поры крупнодисперсного порошка частиц мелкодисперсного порошка, так как в этом случае поры закупориваются и фильтрация становится не25 Воэможнойе ПоэтОму мОжнО принять

Э„> 0,155-0,41 Пк

Этим прйближенным условием можно таКже руководствоваться при выборе интервала дисперсности легирующего

30 порошка относительно его оптимальной дисперсности. В примере рассматривается (см.табл. 1) D = Р =

orr

0 2 03 Р5 0305;. D Э 010 2, D 0 2 D 0 1

-щЦ =--4-- = 0,4, --Я- --л - = 0,33, З5 .D О i5 Doer 0 поэтому в примере исследованию подвергнут вариант (D †. Р ), так как в этом варианте эападание частиц дисперсностью 0,2 мм в поры частиц дисперностью 0,5 мм практически иск40,лючается. максимальная пористость достигается при D : D = 1:0,41.

tl p и м е р. Для получения-отли= вок втулокф120-180 мм с легированным

45 слоем и высотой 300 мм изготовлены песчаные литейные форьы. На стержни отливок наносят легирующее покрытие; Состав легирующего покрытия, об.Ъ! рафитовый порошок 85

Пульвербакелит 15

Графитовый порошок применяется двух

Фракций: первая - с дисперсностью частиц графита 0,2-0,3 мм (D <), вторая — с дисперсностью 0,31

0 5 мм (Р ), В опыте 1 применяется только первая фракция порошка, в опыте 2 - только вторая фракция, в опытах 3-7 - обе фракции графитового порошка в различном объемном соотно60 шенин. дпя получения толщины легирующего покрытия 4 мм вокруг стержня отливки устанавливают стальную разъемную втулку с внутренним диаметром 128 ми и в образовавшийся зазор засыпают тщательно перемещен1079354 их заливке находится в пределах 1820 С. Температура заливаемой стао ли 55ГС2 составляет 1600 С. После охлаждения и выбивки полученные отливки подвергают порезке и обмеру.

Объемисе соотношение первой и второй фракций графитового поТолщина диффузионного чугунного слоя, мм

Способ подготовки литейной формы

Примечание

Опыт, М рошка

1 2 2/ (1

Прототип

100 .

3,5

D = 0,2-0,3мм

0 3 0 5мм

2,5

Предлагаемый

2,5

2,9

5,0

0,67

3,8

0,11

3,5

На чертеже графически изображены результаты экспериментов по влиянию объемного содержания фракций легирующего порошка разной дисперсности, Hs анализа полученной зависимости следует, что используя две фракции графитового порошка, отвечающие 4О сформулированному убловию отношения диаметров и отливающиеся по дисперсности частиц, можно добиться увеличения толщины диффузионного слоя в 1,4- 2 раза по сравнению с использованием порошка одного фракционного состава. Максимальное увеличение толщины диффузионного слоя

Составитель В. Николаев

РедактоР А I Ó Техред С. Мигунова Корректор В. Гирняк

Заказ 1216/9 Тираж 775 Подписное

ВНИИПИ.Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

%13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 ную графитопульвербакелитоную смесь.

Стержень с оболочкой и легирующей смесью нагревают до 200 С, после о чего стальную втулку удаляют, а температуру нагрева доводят до

ЗОООС. Стержень с ненесенным легирующим покрытием устанавливают в форму, Температура литейных форм при

10 90

25 75

50 50

60 40

90 10

Результаты проведенных опытов представлены в табл. 2.

Таблица 2 достигается при использовании 23-673 от всего объема легирующего порошка его крупнодисперсной фракции или при объемном соотношении крупнодисперсной Фракции легирукщего порошка к мелкодисперсной его фракции и:ш = 0,3:2

Прецлагаеьый способ может быть использован при получении, например деталей цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания с увеличенной долговечностью для литья валков обкатних станов повышенной конструкционной прочности, .тормозных барабанов автомобилей, подшипников скольжения.