Способ армирования поверхности изделий порошковыми материалами

 

Использование: порошковая металлургия , в частности упрочнение и восстановление деталей с целью повышения их износостойкости и долговечности. Сущность изобретения: покрытие получают контактно-импульсной наваркой порошкового материала, состоящего из керамической составляющей , например, AfeOa (корунд) и матрицы (Си, Fe и др.) причем керамические частицы покрыты пластичным материалом, например, никель, кобальт. Порошковый материал представляет собой металлокерамическую ленту, полученную прокаткой и дальнейшим спеканием в инертной среде при температуре 1200°С заранее приготов: ленной смеси. Ленту навариваем на шовной контактной машине. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

5U 1794б19 А1 (sa)s В 23 Р 6/00, С 23 С 26/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Ия;:ик к".-,пи -И :" "" ЗИАД

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (в .".".":::- "::::К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4920252/27 (22) 19.03.91 (46) 15.02,93. Бюл. М 6 (71) Кировоградский институт сельскохозяйственного машиностроения (72) М.И. Черновол, Т,П. Гелейшвили, Ю.B.

Кулешков,B.Ø, Окросцваридзе и Ю.В. Мачок (56) Авторское свидетельство СССР

f+ 257258, кл. С 23 С 26/00, 1964. (54) СПОСОБ АРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ ПОРОШКОВЫМИ МАТЕРИАЛАМИ (57) Использование: порошковая металлургия, в частности упрочнение и восстановление деталей с целью повышения их

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения износостойких покрытий иэ металлокерамических порошков и может быть использовано для упрочнения быстроизнашиваемых деталей машин, а также при их восстановлении.

Известен способ армирования поверхности изделий металлокерамическими порошками путем нанесения на поверхность изделия пленки клеящего вещества и слоя металлокерамического порошка, далее исходное изделие с нанесенным на него слоем порошка покрывают слоем металла, например, лентой и подвергают сварке, например. контактно-импульсной.

К недостаткам известного способа следует отнести возможность армирования поверхности изделий любыми металлокерамическими порошками, отсутизносостойкости и долговечности. Сущность изобретения: покрытие получают контактно-импульсной наваркой порошкового материала, состоящего иэ керамической составляющей, например, А120э (корунд) и матрицы (Cu, Fe и др.) причем керамические частицы покрыты пластичным материалом, например, никель, кобальт. Порошковый материал представляет собой металлокерамическую ленту, полученную прокаткой и дальнейшим спеканием в инертной среде при температуре 1200 С заранее приготовленной смеси. Ленту навариваем на шовной контактной машине. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. ствие стабильности процесса наварки порошка, его неуправляемость и низкое качество покрытия.. а

При армировании поверхности изделий сД металлокерамическими порошками слоем ьо до 0,2 мм и содержащими 7-9% керамики происходит вдавливание твердых частиц керамических порошков в ленту и процесс контактного нанесения порошков еще возможен, хотя и с недостаточно высоким каче- О ством: все чаще встречаются места с отсутствием иетвипииеской связи (непреве- )рв ры).

° в Ь

При увеличении как толщины покрытия (свыше 0.2 мм), так и содержания керамики в порошке (свыше 97; объемных) процесс контактного армирования иэделий металлокерамическими порошками становится невозможным. Это объясняется падением электропроводности порошка, что связано

1794619 (2) P =aM -8 гр+2д

3 как с уменьшением. числа токопроводящих контактов металл-металл, так и с понижением относительной доли более пластичного порошка железа, за счет которого, в основ ном, и образуется физический контакт между частицами. Сравнительно толстые покрытия (свыше 0,2 мм) не позволяют ripo давить весь слой металлокерамического порошка и образовать надежные мостики электропроводимости, Кроме этого, наличие клеящего вещества, как правило; органического происхождения еще более снижает:проводимость наносимого порошка, Целью изобретения является расшире-. ние технологических возможностей способа; повышения стабильностй процесса контактного армйрования и качества покрытия.

Указанная цель достигается тем, что в способе армированная изделий металлокерамическими порошками путем нанесения на поверхность изделия слоя порошкового материала, покрытия порошка слоем металла, например, лентой и контактно-импульс. ной наварки прежде всего производят покрытие слоем пластичного металла, например, никелем или кобальтом, каждой керамической частицы порошка по всей ее поверхности, а вслед за этим изделие арми, руат лентой, полученной из этого порошка, с металлическим наполнителем, при этом, толщина наносимого на частицы керамического порошка металлического покрытия определяется из условия

У—

g 1 g 2 где r - средний радйус частицы керамического порошка;

Л - обобщающая удельная электропро аодность керамического порошка, покрытого слоем металла, смlм; .

k u ib — соответственно удельная электропроводность наносимого металлокерамического порошка, см/м, Кроме того, целью изобретения является возможность регулирования свойств покрытия.

Это достигается тем, что усилие, при кладываемое к порошку в момент армирова ния изделия контактным способом определяется из условия где a< — предел текучести материала ленты в момент наварки, Нlмм, гр и rg — соответственно радиус ролика и радиус детали, мм;

Ь и д.— соответственно толщина ленты из: порошка до и после армирования, мм;

 — ширина ролика, мм, Расширение технологических возможностей способа состоит в том, что в армиру10 . емый порошок можно добавить практически любое количество керамических порошков и при этом любых составов вне зависимости от их электропроводности. Это обеспечивается тем, что.каждая. керамическая частица

"5 порошка покрывается слоем пластичного . металла, например. никелей или кобальтом по всей ее поверхности. При армировании поверхности изделий такими порошками процесс контактного наваривания происхо- . дит как при наваривании металлических порошковов, поскольку в. и ро ведении электрического тока участвуют, в основном, : лишь поверхностный слой частиц порошка.

Покрытие частиц керамического порош25 ка пластичным металлом, например, никелем или кобальтом.позволяет получить из такого порошка ленту путем его прокатки и спекания и тем самым отказаться от исполь-. зования клеящих веществ при нанесении 0 металлокерамических порошков на изделие. Используемые в известном способе. клеящее вещество резко снижает электро. проводность металлокерамических порош; ков, что вызывает серьезные трудности прй

З5 их армировании на поверхность изделий контактным способом;

Покрытие слоем пластичного металла. например, никелем или кобальтом, каждой керамической частицы порошка по всей ее

40 поверхности толщиной h; определяемой из условия (1) способствуют повышению стабильности и качества армирования. Известно, что обобщенную электропроводность композиционного материала можно опре45 делить из зависимости (3).

Ig A,=.V Ig32+ (1-V) Igib (4) где Л вЂ” обобщенная удельная злектропроводность керамического порошка, покрытого слоем металла, см/м;

k u g — соответственно удельная электропроводность наносимого металла и керамического порошка;

Ч вЂ” объемная доля керамического порошка.

Преобразуем выражение (4)

Ig Л = V Ig Ла + Ig Л1- Ч Ig Лq (5)

Ч (Ig Л1 -Ig Л )= Ig 3f -Ig Л . (6)

Ч 19Л1 -19 Л

1794619

Пусть средний радиус частицы керамического порошка г, а радиус керамической частицы покрытой слоем металла толщиной будет равен (г-Ф(), тогда можно записать, что 5

r r ()з (8)

r з Igk — (gil г + и llgltg Хт пористости и обьемного содержания твердых износостойких керамических частиц.

Известно, что площадь контакта между прижимным роликом и навариваемым порошком можно определить по следующей зависимости: (9) Ркон = В гр+ г

0 где  — ширина прижимного ролика, мм; гр и гд — соответственно радиус ролика

«з и армируемой детали, мм;

Л и д — ооотаетотаенно толщина ленты

2 (— иа.армируемого порошка до и после навар-: получим h . — (— Ж) 15 кн. мм.

Располагая значением предела текучести материала ленты в момент наварки

Далее задаваясь величиной обобщенной г.н/м 2 ол им фо м л я о .удельной электропроводности, соответствующей оптимальной удел ьной электропроводности для осуществления контактного

20 покрытия с наперед заданной толщиной д, а армирования порошков л =(2 — б,ц (О смlм значит и с наперед заданной пористостью и из выражений (() и (2) получим необходимую .

: процентным содержанием твердых износо" стойких керамических включений. толщину наносимого металла. Таким обраП р и м е о. Производили армирование зом, электропроводимость армируемого на 25 изношенной поверхности коленчатой.оси повеРхность изделиЯ порошка позволЯет т о а 1 7 а л я проводить его наваривание в оптимальных трактора ДТ-75, работающей в условиях a6-: стабильность и высокое качество пОкрытия, оо од ую стали 45 диаметр изнашиваемой шейки 75

Кроме того, из еняя толину покр ия мм, твердость йоверхности НРС 58 — 60, ИзьтиЯ 30,. Нос поверхности. составляет не менее 1,5 частиц керамического порошка металлом мы изменяем Обобщенную удельную электмм, а в отдельных случаях достйгает 4,0-5,0 ропроводность порошка и тем самым моДеталь армировали металлокерамическим порошком следующего состава, пределах регулировать свойствами покрытия. 35 мас ф.

Помимо этого, наличие никеля или ко. бальта в навариваемом металлокерамичекерамическая составляющая ском порошке позволяет успешно, А(гОз (корунд) пластический металл % армировать таким порошком поверхности Си 5 изделия с содержанием углерода до 0,750,80 и даже ранее цементованные повер- А ва е вео ности металлоке хности, Высокое содеРжание УглеРоДа, как АР КР ва е веР ности металлоке в армируемой поверхности, так и в навари- . рамическим порошком осуществляли в слеваемом порошке, всегда отрицательно ска- дующей последовательности, зывается на качестве покрытия и прочности

" 45 ского noрошка корунда покрьгвали слоем сцепления. Никель и кобальт ведут к расшипластичного металла — никелем по всей ее поверхности, Покрь ие керамического по- леза и улучшению его свариваемости, что также расширяет технологические возмо>крошка никелем осуществляли гидрометалности способа и качество покрытиЯ, . 50 заключаетс в нанесе о рыти из ме лургическим способом, суть которого

Под регулированием свойств покрытий талла на порошки путем химического воспонимаем регулирование его пористости и обьемного содержания твердых износо- .с а овления ме ал а з раствора его соли . становления металла из раствора его соли при пропускании через раствор водорода стойких керамических включений. Порипод давлением, Наносить слой никеля на стость ленты. наносимой на повеРХН сть 55 керамические ч и иэделия лежит в пределах 30-40 чт керамические частицы поро ка можно и позволяет, изменяя прикладываемое при мер, химичеСким или электрохимическим наварке давление эффективно управлять осаждением из раствора солей никеля. свойствами покрытия путем изменения его

1794619

2,+2, =85 5

75 + 37,5

=1657 Н, 10 где 0> = 85 Нlмм — предел текучести мате2. риалаленты в момент наварки, определялся экспериментальным путем, 15 . rp — радиус ролика шовной машины.

rp = 75 им;, гя .— радиус детали, rg = 37.5 мм;Ь- толщина слоя лентй до наварки,, Ь-1,6мм; д-толщина слоя порошка после наварки, д =1,2 ми;

 — ширина ролика, В 5 мм.

Пористость покрытия в этом случае ле-, жит в пределах 3-107. Уменьшив прикла-. дываемое усйлие, мы сможем при необходимости увеличить пористость. и на. оборот, увеличив давление, снижаем пористость, а кроме того и регулируем. содержание керамической составляющей в единице объема покрытия, Для сравненИя коленчатая ось армиро-: . валась металлокерамическими порошками известным способом в соответствийс прототипом. Для этого использовался порошок следующего состава. мас. f,; керамическая составляющая

А!аОз (корунд) . . 7 медь Cu: -. 6 железо Fe.îñòàëüíîå 88

Закрепляли на армируемой поверхности с помощью клеящего вещества, например, клея БФ-2. а затем покрывали металлической лентой из стали 10, толщиной 1,0 мм и осуществляли контактное наварйвание при следующих режимах: вторичное найряжение 7,8 В величина сварочного тока 5,6 кА время сварочного импульса . 0 16 с время паузы 0 1 с частота вращения детали 2,5 об/мин подача 3,0 мм/об усилие на электродах 3,6 кН

После этого деталь шлифовали до обнажения порошковой составляющей покрытия. При повышении содержания керамической составляющей качество эр= дщ =:0,653 -:: . 20 толщийа покрытия h определится rio формуле(2) и составит

0,1 1 —.0,653 531. 10 мм

0,653

После этого планировайный порошок корунда тщательно смешивали с остальнымй компонентами и прокатывали до толщины 0,9-1,5 мм, Спекание ленты производилй при тем- 30 пературе 1200 С в инертной атмосфере. Пористость ленты 20-30, Армирование поверхности изделия лентой производят в следующей последовательности. Ленту нарезали на мерные заготовки шириной соот- 35 ветствующей длине армируемой . поверхности детали Ь= 70 мм и длиной

1= ж d=3,14 75=235,6 мм, где б - диаметр армируемой поверхности б=76 мм. Ленту наваривали на армируемую поверхность на 40 шовной контактной машине типа 011-1-02Н.

Армированную. поверхность изделйя шлифовали в размер (2-х кратное шлифование: предварительное и чистовое).

Армирование поверхности изделия ме- .46

:таллокерамическими порошками производили .при следующих режимах: вторичное напряжение 4,6 В величина сварочного тока : . 6,4 кА время сварочного импульса . 0,08 с время паузы 0,1с частота вращения детали . 4 об/мин 56 подача .. 4,0 мм/об усилие на электродах 1,62 кН

Усилие на электродах определяли по зависимости (3), что позволяет как уменьшить

Средний диаметр частиц керамического порошка — корунда составляет d» - 0,2 мм.

Располагая справочными данными об удельной электропроводности никеля

4- 13,3 10 см/м и окиси алюминия корун-. да i4 = 1 10 см/м, а также задаваясь оптимальной обобщающей удельной электропроводностью частицы порошка, покрытой металлом il= 2 10 см/м. Из условий (1),(2), определим необходимую толщину покрытия — 13,3 10 -! 2 -10 (9) Ig 133 10б — Ig 1 10 з пористость покрытия, так и повысить содержание керамической составляющей в единице объема покрытия

1794619

P =Ом В

Я Q1 — 19г мирования ухудшается, что визуально обнаруживается в виде раковин после шлифования. Экспериментально установлено, что содержание 9 керамической составляющей для данного способа армирования поверхностей является предельным. для сравнения качества покрытия армирующего на поверхности изделия по предлагаемому способу и в соответствии с прототипом были проведены стендовые испытания образцов на износостойкость. Износостойкость покрытия определялась на образцах на машине трения СМЦ-2 при нагрузке 750 Н при добавлении в масло кварцевой пыли. Испытания проводились в течение 24 ч.

Прочность сцепления армируемого по-. крытия с основным металлом определяли метод штифтов;

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице.

Таким образом, использование заявляемого способа армирования поверхности изделий металлокерамическими порошками по сравнению с наиболее прогрессивным способом армирования поверхности изделий в соответствии с прототипом, принимаемым за базовый позволяет получить следующие преимущества:

Формула изобретения

1. Способ армирования поверхности изделий порошковыми материалами, заключающийся в нанесении на поверхность изделий порошкового материала необходимой толщины h, покрытии порошка слоем металла, сушке, спрессовывании порошкового слоя, контактной наварке на изделие. отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможйостей способа, повышения стабильности процесса наварки и качества покрытия, перед нанесением на поверхность изделий порошкового материала каждую его частицу по всей поверхности покрывают слоем пластичного металла, затем после сушки и спрессовывания полученное покрытие перед контактной наваркой подвергают спекаwe, а толщину покрытия определяют по формуле г — (1 -у)

Ьв расширении технологических возможностей способа заключающегося в том, что содержание керамической составляющей в составе порошковой смеси может быть уве5 личена в 2-4,5 раза и кроме того, в возмож. ности регулирования пористости и концентрации керамической составляющей в покрытии путем изменения давления, при- кладываемого и электродом;

10 " в повышении качества покрытия, зааио- " чающегося в том, что прочность сцепления покрытия с основой стабильна. практически . . не зависит от. содержания керамической со- ставляющей и выше.по сравнению с базо15 вым вариантом не менее чем в 1,6 раза; к повышению:качества покрытия следует отнести и повышение износостойкости покрытия. которое выше по сравнению с покрытием наносимым по базовому вариан20 ту не менее чем в 3 раза; в повышении стабильности процесса армирования, что подтверждается внешйим видом покрытия после шлифования, Кроме того, помимо перечисленных

25 преимуществ предлагаемый способ позволяет повысить производительность нанесе, ния покрытия не менее чем в 2 раза. снизить расход электроэнергии не. менее чем в 4 раза.

30. где r — радиус частицы исходного порошка, м;,.

Х вЂ”. обобщенная проводимость порошка, покрытого металлом, см/м;

A.1 и Аг.— соответственно проводимость наносимого металла и материала исходного порошка, см/и.

2. Способ по и, 1, отличающийся тем, что, с целью получения возможности регулирования свойствами покрытия на цилиндрических деталях, контактную наварку осуществляют роликом с усилием, прикладываемым.к покрытию, определяемым по формуле — — Л д гр+гя где щ — предел текучести металла, наноси. мого на порошок в момент наварки, Й/мм ;

i> и г — соответственно радиус ролика и детали, мм;

- Ьид — соответственно толщина слоя порошка до и после наварки, мм;

8 — ширина ролика, мм;

1794619

Параметр

Значение сравниваемых величин по известному способ по предлагаемому способ

Вторичное напряжение, В

Величина сварочного тока, кА

Время сварочного импульса,с

Время паузй,с .

Частота вращения детали, об/мин

Подача, мм(рб

Производительность дм /ч

Удельный расход электроэнергии квт ч дм

Прикладываемое давление, кН

Прочность сцепления покрытия с основой, МПа

Пористость покрытия

7,8

5,6

0,16

0,1

2,5

3,0

10,6

4,6

6,4

0,08 .0,1

4 ..4

22,6

0,579

1,62

2,54

3,6

70-110

10-12 не регулируется

180-215

3-2Щ - регулируется прикладываемым к роликам давления

ИзносОстойкость покрытия (по сравнению с эгалоном-сталь 45)

Внешний вид покрытия после шлифования Наличие пор и Раковин о20 .пок ытия

4,5

Гладкое, блестящее без по и аковин

Составитель А.Сушкин

Техред М.Моргентал Корректор O,Кравцова

Редактор Т.Иванова

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

Заказ 390 - Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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