Способ получения покрытий из металлических порошков

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам нанесения покрытий на поверхности деталей. Цель изобретения - снижение энергозатрат при сохранении качества покрытия . В полость матрицы помещают деталь и размещают на ней порошковую смесь. Матрицу вращают с одновременным приложением осевой нагрузки, при этом осуществляют индукционный нагрев. После расплавления легкоплавкой составляющей порошковой смеси скорость вращения матрицы устанавливают из выбранного соотношения , после чего посредством приложения тормозящего момента деталь отделяют от матрицы и проводят магнитно-импульсное напрессование. Способ позволяет снизить расход электроэнергии и многократно использовать биметаллические матрицы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 22 F 7/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4352370/02 (22) 29,12,87 (46) 07.01,93. Бюл, ¹ 1 (71) Институт проблем надежности и долговечности машин AH БССР (72) Н.Н.Дорожкин, B.Ô,Æèáóëü, А.А.Кот, Л.П,Кашицын и С.Н,Дорошенко (56) Авторское свидетельство СССР

N. 844208, кл. В 22 F 7/04, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N 1374568, кл, B 22 F 7/04, 1986. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ И3

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ (57) Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам нанесения покрытий на поверхности

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам нанесения покрытий на поверхности деталей.

Целью изобретения является снижение энергозатрат при сохранении качества покрытия.

Цель достигается тем, что деталь со сформованным на ней слоем порошка отделяют от диэлектрической матрицы осевым перемещением относительно последней, Эту операцию осуществляют перед магнитно-импульсной напрессовкой, а саму деталь со слоем располагают в индукторе, внутренний диаметр рабочей полости которого соответствует наружному диаметру слоя.

Однако отделению матрицы после кристаллизации и затвердевания легкоплавкого компонента препятствует соединение слоя

„„. Ж „„1785818 А1 деталей, Цель изобретения — снижение энергозатрат при сохранении качества покрытия. В полость матрицы помещают деталь и размещают на ней порошковую смесь. Матрицу вращают с одновременным приложением осевой нагрузки, при этом осуществляют индукционный нагрев, После расплавления легкоплавкой составляющей порошковой смеси скорость вращения матрицы устанавливают из выбранного соотношения, после чего посредством приложения тормозящего момента деталь отделяют от матрицы и проводят магнитно-импульсное напрессование. Способ позволяет снизить расход электроэнергии и многократно использовать биметаллические матрицы. с матрицей в результате адгезии, что потребует приложения значительных осевых уси-, ъ лий для отрыва слоя. Приложение же больших усилий часто приводит к разрушению матрицы. Учитывая это, отделение матр>лцы от слоя производят до начала адгезии. т,е. перед кристаллизацией расплава, при- Со чем устанавливают необходимую скорость вращения oq детали. СО

Выражение для определения скорости ву получают из следующего условия:

Рр> Рц, (") а где Pp — капиллярное давление на расплав;

Р < — давление центробежных сил на расплав легкоплавкого компонента.

Давление Рр определяется из следующего выражения.

4гг cos 0 (2) р

4max

1785818 где о — поверхностное натяжение расплава легкоплавкой составляющей, 0 — угол смачивания расплавом тугоплавкой составляющей смеси;

0max — максимальный диаметр капилляра, образованного порами, сформованными на детали порошковым слоем.

Давление центробежных сил Рц определяется из следующего выражения;

P — ц м = ", (3)

s где тц — масса порошка легкоплавкой составляющей;

RM — внутренний радиус матрицы;

$ — площадь наружной поверхности порошкового слоя;

I — длина детали.

Подставив вместо Рц и Рр значения из выражений (2) и (3) в (1), окончательно получим выражение для определения требуемой скорости вращения:

4max п ц (4)

25 установка необходимой скорости вращения обусловлена необходимостью устранения вытекания и разбрызгивания под действием центробежных сил расплавленНОГО металла из пор сформованнОГО на детали слоя после отделения его от матрицы, Сохранение требуемого количества легкоплавкого компонента обеспечивает заданную толщину композиционного 35 электропроводящего слоя, уменьшение которой снижает эффективность магнитно-импульсного воздействия и ухудшает качество покрытия.

Для облегчения преодоления сил трения шероховатой поверхности спеченного порошка о поверхность матрицы в период отделения от нее слоя, а также для снижения величины прикладываемого при этом осевого давления, высокий уровень которо- 45 го вызывает разрушение матрицы, ей дополнительно сообщают тормозной момент, Способ осуществляют следующим образом. В полость диэлектрической матрицы устанавливают деталь, а с торцов между подвижными крышками-пуансонами помещают порошковую шихту, состоящую из порошка металла покрытия, порошка цветного металла и раскислителя, например буры. Матрицу зажимают в центрах и сообщают вращение с одновременным приложением к ним осевой нагрузки.

Включают генератор ТВЧ и осуществляют индукционный нагрев шихты, В процессе разогрева и уплотнения порошка центробежными силами одновременно осуществляют его непрерывное осевое доуплотнение, Дополнительное уплотнение производится движущимися навстречу друг другу крышками-пуансонами под действием силовой нагрузки, прикладываемой к центрам. Скорость вращения матрицы с порошковой деталью задают исходя из условия обеспечения эффективности нагрева порошковой шихты токами высокой частоты, После расплавления порошка цветного металла скорость вращения ву устанавливают из соотношения (4), По достижении необходимой скорости вращения к детали со слоем спеченного порошка и расплавом легкоплавкого компонента в порах прикладывают осевое усилие, которое позволяет отделить сформованный на детали слой от матрицы и переместить деталь с формованным на ней слоем покрытия в индуктор для магнитно-импульсного напрессовывания. В индукторе, диаметр рабочей полости которого соответствует наружному диаметру слоя покрытия, производят уплотнение сформованного слоя импульсным магнитным полем.

Пример реализации способа.

Наносят покрытие системы "железографит-медь" на наружную поверхность стальной заготовки ступицы червячного колеса.

Параметры червячного колеса: материал ступицы — сталь 45; наружный радиус

Reap.cT.= 28 мм; внутренний радиус Rem.cr.=19 мм, ширина ступицы Ь=55 мм; материал покрытия (венца) — порошок железо-графит марки ЖГрЗ (80 — 820 ) и медь марки ПМ1 (18 — 20 ), наружный радиус R ap,вен.=35 мм.

Параметры передачи: модуль осевой 3 мм; число зубьев колеса 21; ширина зубчатого венца 54 мм; число заходов червяка 4; угол профиля 20; материал червяка — сталь

20Х (ГОСТ 4543 — 61).

Заготовку ступицы червячного колеса закрепляют на оправке и устанавливают в полости матрицы радиусом RM=42 мм и шириной 90 мм. С торцов матрицы располагают крышки-пуансоны. В зазор между ступицей и матрицей помещают порошковую шихту из указанных металлических порошков и небольшого количества легкоизмельченного порошка буры.

Конечная пористость после осевого уплотнения устанавливают равной 0,4 (П=0,4). Необходимая весовая доза засыпки порошка железа ЖГрЗ РП=0,816 кг, при этом весовая доза порошка меди ПМ1 Рц=0,233 кг при толщине композиционного слоя h=5 мм.

Для расчета величины S (скин-слоя) прини1785818

Составитель И.Пойменова

Техред М.Моргентал Корректор M,Òêà÷

Редактор С.Кулакова

Заказ 2"5 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 мают 0n=0,17,10 Ом ".м ",бац=10 OM ì ", f= 20 кГц. Исходя изданных расчета п=5 мм>

>S=1,8 мм, следовательно, весовая доза Рц выбрана верно.

Сборку помещают в индуктор, подклю- 5 ченный к генератору ТВЧ-ЛП3-2-67М, и приводят во вращение с угловой скоростью со =1500 об/мин, одновременно к порошковому слою прикладывают осевое давление, равное 10 МПа. 10

В индукторе генераторе ТВЧ осуществляют нагрев порошковой шихты до температуры 1200 С, а после распыления медного порошка скорость вращения детали устанавливают исходя из соотношения (4}. Для расчета 15 принимают Genoa.Har= 2,3 Дж/м; сов О = 1; полученный экспериментально dm "=

=10 м;ец= Рц=0,233

dmax m Вм

= 116,8 рад/с= 1115,5 об/мин.

Согласно предложенному неравенству, выбирают Ny =1000 об/мин.

Как только скорость вращения а) детали со сформованным на ней слоем достигает значения 1000 об/мин, последнюю перемещают по оси вращения из матрицы и индуктора генератора ТВЧ в индуктор МИУ, диаметр полости которого был равен 85 мм, Нажатием кнопки "Разряд" МИУ "ИмпульсА" производят магнитно-импульсную обработку энергией 4 кДж, после чего вращение прекращают.

Как и по известному способу, на ступице червячного колеса было получено двухслойное покрытие, состоящее из композиционной компактной и пористой (пористость 16 — 20 ) частей. Прочность 40 сцепления покрытия со стальной ступицей, так же как и в известном способе, составляла 140 — 160 МПа.

Таким образом, как видно из примера, для магнитно-импульсной обработки сфор- 45 мованного на детали порошкового слоя по и редложенному способу при прочих равных условиях потребовалась энергия 4 кДж, которая существенно меньше энергии 9 кДж, используемой в известном способе для получения аналогичного покрытия.

Таким образом, изобретение обладает следующими технико-экономическими преимуществами: — процесс получения покрытий из металлических порошковой осуществляется при максимальной эффективности магнитно-импульсного напрессовывания; — значительно повышается долговечность технологической оснастки (матрицы).

Формула изобретения

Способ получения покрытий из металлических порошков, включающий помещение детали в полость матрицы и размещение на ней порошковой смеси покрытия, нагрев порошка до расплавления легкоплавкой составляющей смеси, уплотнение и охлаждение до кристаллизации расплава при одновременном вращении матрицы и магнитно-импульсное напрессовывание сформованного порошкового слоя на деталь, о т- л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения энергозатрат при сохранении качества покрытия, перед охлаждением скорость вращения матрицы устанавливают из следующего соотношения где соу — скорость вращения матрицы:

O — поверхностное натяжение расплава легкоплавкой составляющей смеси;

Π— угол смачивания расплавом материала тугоплавкой составляющей смеси;

I — длина детали;

duadic — максимальный диаметр капилляра, образованного порами, в сформованном на детали порошковом слое; тц — масса порошка легкоплавкой составляющей смеси, а перед магнитно-импульсным напрессовыванием деталь со сформованным на ней слоем отделяют от матрицы, приложением к матрице тормозящего момента.