Способ нанесения покрытий на внутренние поверхности изделий

 

Сущность способа: порошок материала покрытия помещают в полость детали, нагревают ее ТВЧ до температуры спекания при одновременном вращении. Спекание осуществляют при скорости вращения, обеспечивающей в приконтактных областях возможность интенсивного развития сдвиговой деформации, приводящей к разрушению слоя окислов на поверхности и активации поверхностей контакта, табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s В 22 F 7/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ у) ,С (21) 4762040/02 (22) 24.11.89 (46) 23.10,92. Бюл. М 39 (71) Всесоюзное научно-производственное объединение восстановления деталей "Ремдеталь" (72) Э.С.Каракозов, Г.И,Эжиев и В.B.×åëþбеев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1669637, кл. В 22 F 7/04, 1989.

Авторское свидетельство СССР

М 863186, кл. В 22 F 7/04, 1979.

Изобретение относится к машиностроеwe и ремонту машин, в частности к способам нанесения покрытий из порошковых материалов на внутренние поверхности изделий, и может быть использовано как при восстановлении изношенных деталей типа втулок, так и при изготовлении новых иэделий.

В машиностроении и ремонте машин применяются способы нанесения покрытий, при которых формирование покрытия на внутренней поверхности изделия осуществляется за счет действия центробежных сил, возникающих при вращении изделия, а для нагрева изделия и порошкового слоя используются различные источники (нагрев электрической или плазменной дугой, индукционный нагрев). Одним из основных технологических факторов этих способов, оказывающим влияние на качество покрытия, является скорость вращения иэделия, (Сб."Новые процессы наплавки, свойства наплавленного металла и переходной зоны". Киев, 1984, с, 25-34).. Ж, 1770091 А1 (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА

ВНУТРЕННИЕ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ (57) Сущность способа: порошок материала покрытия помещают в полость детали, нагревают ее ТВЧ до темпера уры спекания при одновременном вращении. Спекание осуществляют при скорости вращения, обеспечивающей в приконтактных областях возможность интенсивного развития сдвиговой деформации, приводящей к разрушению слоя окислов на поверхности и активации поверхностей контакта. табл„1 ил.

Известен способ нанесения покрытий из порошкообразных материалов на внутренние поверхности изделий, включающий помещение порошкового слоя в полости изделия, нагрев с одновременным вращением при температуре спекания со скоростью где в — скорость вращения; с - предел текучести порошкового ма1 териала при температуре нагрева;

y — плотность порошкового слоя;

r — внутренний радиус покрытия.

Недостатком известного способа является отсутствие в выражении, определяющем скорость вращения изделия с порошковым материалом, показателей, характеризующих физико-механические свойства материала подложки, а следовательно, образовавшийся при спекании металлический слой не будет иметь достаточной прочности сцепления с основой и возможно его отслаивание. Кроме того, при использовании определенных материалов, как то по1770091 рошки из тугоплавких сплавов, вероятна деформация детали, за счет действия центробежных сил, что вызывает ее выбраковку и экономические потери.

Известен способ нанесения покрытий из порошковых материалов на внутреннюю поверхность полых деталей, заключающийся в помещении порошкового материала в полость детали, нагреве токами высокой частоты (ТВЧ) при вращении детали (2).

Скорость вращения по этому способу при дости>кении порошковым материалом температуры 1050 С определяется из выражения о>= (6 — 14) V/Я г где и — скорость вращения детали с порошком. с р — ускорение свободного падения, м/с; г — средний радиус порошка, м, Недостатком известного способа является проведение процесса нанесения покрытия.со скоростью вращения детали, не обеспечивающей создание такой величины центробежного давления, которая необходима для интенсивного протекания процесса пластической деформации материала подложки. Это ведет к тому; что с низкой интенсивностью происходят процессы образования физического контакта, активации контактных поверхностей и объемного взаимодействия. Следовательно. при получении покрытия по известному способу не реализуется возможность получения покрытия с высокой прочностью сцепления с основой и низкой пористостью, т.к. отсутствует одно из необходимых условий для образования ме>катомных связей между частичками порошка и основой.

Целью изобретения является повышение качества покрытия, производительности процесса и расширение технических возможностей способа, Это достигается тем, что процесс нанесения покрытия ведется при такой скорости вращения изделия, которая обеспечивает создание центробе>кного давления по величине большего, чем физический предел текучести материала основы при температуре напекания порошкового материала, Выполнение этого условия позволит эктивировать процесс нанесения покрытия за счет более высокой скорости пластической деформации. Увеличение скорости вращения изделия, а следовательно, и величины центробежного давления, вызовет перемещение частичек порошка относительно друг (2) друга в направлении к поверхности изделия. При этом в приконтактных областях отдельных частичек порошка возможно интенсивное развитие сдвиговой деформа-.

5 ции, приводящей к разрушению слоя окисла на поверхности и активации контактных поверхностей.

На чертеже изображена схема реализации предлагаемого способа со следующими

10 обозначениями: Рц- центробежная сила, Н; гв — внутренний радиус изделия, м; rc — средний радиус порошкового слоя, м; д — толщина порошкового слоя, м; и — скорость вращения изделия, с 1.

15 Порошковый материал помещен на внутреннюю поверхность вращающего изделия.

Ниже приведен расчет необходимой скорости вращения изделия вокруг горизон20 тальной оси, Определим величину центробежного давления, возникающего от действия центробе>кных сил

Р -= —, Ец

25 S (1) где Р— центробе>кное давление порошкового слоя на поверхность изделия, Па:

Гц — центробежная сила. Н;

S — площадь поверхности изделия2 нэ >О которой размещен порошковый слой, м .

Центробежная сила, вызванная вращением порошкового слоя, определяется из выражения . Д2

35 "ч= где m — масса порошкового материала, кг;

lj — средняя линейная скорость частиц порошка, м/с;

rc — средний радиус порошкового слоя, м.

Средний радиус порошкового слоя можно записать в виде гс Â ?j е д (3)

45 где r — внутренний радиус изделия, м; д — толщина порошкового слоя, м.

Для случая вращательного движения средняя линейная скорость равна

0 гй> cу (4) где в — угловая скорость вращения, с

Распишем выражение для массы порошка

m =- у.V, (5) где у — ууельный вес порошкового материала, кг/м;

V — объем порошка, м .

Так как слой имеет цилиндрическую форму

Ч = 2 г гв I"""д, (6) .

1770091 где I — длина поверхности, на которой размещен порошковый слой, м.

Следовательно, выражение (2) можно записать в виде д 5

Ец =2 г у йР гв1.д(гв-р ) . (7)

Площадь, на которой размещен порошковый слой, определяется из выражения

S =2 гв I. (8)

Подставив выражения (7) и (8) в (1) пол- 10 учим

Рц = оР У д (Гв 2 ) д (9)

Отсюда скорость вращения изделия 15 равняется (10) Пластическая деформация в приконтактном объеме возможна когда контактное давление больше предела текучести контактирующего металла. Для случая вращательного движения это условие запишется в виде 25

Рч гт,(т), (11) где гут (т) —.физический предел текучести материала основы при температуре процесса, Т, МПа. 30

Следовательно, при определении необходимой скорости вращения должно выполняться условие — (и>, (121 5

По условию прочности напряжения, возникающие в изделии, не должны превышать предел прочности СЦ (Т) материала ос- 40 новы при температуре напекания. Отсюда следует, что выражение (12) должно быть ограничено справа, Окончательно выражение для определения скорости вращения запишется в виде 45 2 2) 50

-1, где и- скорость вращения детали, мин от {т), о (т) — предел текучести и предел прочности материала основы при температуре спекания, МПа;

55 у — удельный вес порошкового материала, кг/м;

r — внутренний радиус детали, м; д — толщина порошкового слоя, м. (13) Пример. На внутреннюю поверхность втулки (внутренний радиус 100 мм) из стали

20Х наносится покрытие толщиной 5 мм из твердосплавного порошка СНГН (удельный вес 7,8 10 кгlм ), Физико-механические з з свойства стали 20Х при температуре 1050 С (температура спекаНия порошка): физический предел текучести — 28,1 МПа, предел прочности — 36 МПа. При подставлении исходных данных в выражение (13) выбираем скорость вращения из условия

271 с <со < 307 с, (14)

Способ осуществляется следующим образом. Порошковый материал помещается на внутреннюю поверхность втулки, вращающейся с угловой скоростью 70 — 75 с включается нагрев ТВЧ и после достижения деталью температуры 1050 С. скорость вращения увеличивается pî 275 с . Через 2,5 — 3 -1 мин (время выдержки) нагрев отключается и после охлаждения детали до температуры кристаллизации расплава вращение прекращается.

Использование предлагаемого технического решения обеспечивает получение покрытий из разнообразных порошковых материалов на различные по материалам подложки, с высокой равномерностью, плотностью (на 50 — 60% выше, чем по известному способу) и прочностью сцепления с основной, Время нанесения покрытия сокращается на 30-40%.

Экспериментальные данные, характеризующие режимы процесса и физико-механические свойства покрытий, нанесенных по известному и предлагаемому способам, представлены в таблице.

Формула изобретения

Способ нанесения покрытий на внутренние поверхности изделий, включающий помещение порошкового ма1ериала в полость изделия, нагрев токами высокой частоты при одновременном вращении изделия и выдержку при температуре спекания, отличающийся тем, что. с целью повышения качества покрытия и производительности процесса; ьыдержку при температуре спекания проводят при скорости вращения, определяемой из следующего соотношения l770091

Составитель Н,Копытина

Техред M.Моргентал

Корректор М.Петрова

Редактор

Заказ 3699 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101