Порошковый материал на основе чугуна для газотермического напыления

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам материалов для нанесения антифрикционных износостойких покрытий методами газотермического напыления. Порошковый материал на основе чугуна, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, никель, медь для повышения износостойкости, жаростойкости и ресурса восстановленных изделий, дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод - 2,5-3,9, кремний - 2,0-2,5, хром - 8,0-10,0, марганец - 0,8-1,9, никель - 14,0-16,0, медь - 5,0-8,0, бор - 1,4-1,8, железо - остальное. 2 табл.

 

Порошковый материал на основе чугуна для газотермического напыления относится к составам для нанесения антифрикционных износостойких покрытий с целью восстановления изношенных деталей и узлов, например чугунных цилиндров газомотокомпрессоров, и может быть использован в области машиностроения.

Известно применение порошковых чугунов в качестве материала для восстановления изношенных деталей и узлов, в том числе и цилиндров газомотокомпрессоров. Одним из наилучших порошковых чугунов является легированный чугун Пр-4Н15Д7 по ТУ14-127-204-82 (см. Порошки металлические легированные для защитных покрытий. Тула, НПО «Тулачермет», 1984, 9 стр., справочник «Чугун» под ред. А.Д.Шермана и А.А.Жукова, 1991, стр.93-124).

Достоинством покрытий из чугунов, в том числе и легированных, нанесенных газотермическим напылением, являются их удовлетворительные антифрикционные свойства в условиях смазки маслами, а также их относительно невысокая стоимость.

В то же время, в условиях трения чугунного поршня по чугунному цилиндру выявилась их недостаточная износостойкость, а следовательно, и небольшой ресурс. Так, ресурс цилиндров газомотокомпрессоров, восстановленных газотермическим напылением порошком Пр-4Н15Д7 рабочего зеркала, не превышает 2000 часов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является порошок легированного чугуна ПР-ЧН15Д7, содержащий, мас.%: углерод - 2,2...3,0; хром - 1,7...2,3; кремний - 2...3,0; марганец - 0,5...1,5; медь - 5,8...7,8; никель - 15,5...17,5, железо - остальное (см. ТУ 14-127-204-82), выпускаемый НПО «Тулачермет».

Покрытие, нанесенное газотермическим напылением указанного чугуна, по твердости не превышает НВ190 и практика его применения для ремонта износостойкого зеркала цилиндров выявила следующие результаты:

- недостаточная износостойкость особенно при температурах выше 350°С, проявившая себя в образовании рисок и других очаговых зон износа, как правило, в верхней части цилиндров, где наблюдается дефицит смазки;

- высокого содержания никеля (15,5...17,5 мас.%) и небольшого содержания хрома (1,7...2,3 мас.%) в чугуне, по-видимому, недостаточно для активной защиты зеркала цилиндра в агрессивной среде продуктов сгорания от образования прогарных трещин в местах образования очаговых зон.

Задачей настоящего технического решения является повышение износостойкости, жаростойкости, а следовательно, и ресурса восстановленных изделий.

Поставленная задача решается за счет того, что порошковый материал для газотермического напыления антифрикционных износостойких покрытий на основе железа, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, дополнительно содержит бор и повышенную долю хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод - 2,5...3,9; кремний - 2,0...2,5; хром - 8,0...10,0; марганец - 0,8...1,9; никель - 14,0...16,0; медь - 5,0...8,0; бор - 1,4...1,8; железо - остальное.

Состав чугуна выбран из следующих соображений. По сравнению с прототипом увеличено содержание хрома до 10 мас.%, так как хром резко увеличивает жаростойкость всего покрытия. Дальнейшее увеличение содержания хрома приводит к ухудшению возможности механической обработки резанием, в том числе и резцами с твердосплавными пластинами, при шлифовании или хонинговании часто образуются шлифовочные трещины. Дополнительно введен бор в количестве 1,4-1,8 мас.%, обладающий хорошими рафинирующими свойствами. Он активно препятствует образованию оксидов на зеркале цилиндров и этим способствует повышению эксплуатационных свойств покрытия. Дальнейшее повышение содержания бора в покрытии не ведет к росту указанных свойств. При содержании бора менее 1,4 мас.% его свойства проявляются не столь активно.

Покрытия, нанесенные газотермическим напылением из предлагаемого материала, были испытаны на износостойкость на машине трения МИ-1М по схеме диск - колодка в масле, где диски были напылены предлагаемым материалом, а колодка изготовлена из материала поршневого кольца (отбеленного чугуна), испытания проводили при нагрузке 100 кг в течение 12 часов. Кроме того, были проведены испытания стандартных образцов на жаростойкость в печи при t=350°C в течение 500 часов. Результаты испытаний приведены в таблице №1 и 2.

Из таблиц 1 и 2 видно, что предлагаемое покрытие по износостойкости и жаростойкости значительно превосходит покрытие прототипа, нанесенное таким же газотермическим методом напыления. Коэффициенты трения у предлагаемого материала и у прототипа близки. Испытания предлагаемого материала, напыленного на внутреннюю поверхность чугунных силовых цилиндров газокомпрессора марки 10ТКМ, показали существенный рост их ресурса.

Таблица №1
Наименование порошка	Изменение веса, г	Коэффициент трения	Твердость НВ
ПР-ЧН15Д7 Ближайший аналог	диск	0,28	0,008	170-185
колодка	0,016
Предлагаемые материалы
С содержанием Сч. - 8% В - 1,4%	диск	0,092	0,009	205-215
колодка	0,012
С содержанием Сч. - 10% В - 1,8%	диск	0,075	0,01	220-235
колодка	0,014
С содержанием Сч. - 7% В - 1,2%	диск	0,13	0,009	195-202
колодка	0,02
С содержанием Сч. - 12% В - 2%	диск	0,042	0,012	240-252
колодка	0,015
Примечание: Величина изменения веса и коэффициента трения приведена средняя по испытаниям 5 пар образцов.

Таблица №2
Наименование покрытия	Привес, «г»	Примечание
ПР-ЧН15Д7 прототип	0,42÷0,58	Появление цветов побежалости
С содержанием Сч.-8% В-1,4%	0,01÷0,018	Цвет покрытия не изменился
С содержанием Сч.-10% В-1,8%	0,012÷0,018	Цвет покрытия не изменился
С содержанием Сч.-7% В-1,2%	0,12÷0,14	Цвет покрытия изменился незначительно
С содержанием Сч.-12% В-2%	0,01÷0,015	Цвет покрытия не изменился

Порошковый материал на основе чугуна для газотермического напыления антифрикционных износостойких покрытий на основе железа, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор и повышенную долю хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	2,5-3,9
Кремний	2,0-2,5
Хром	8,0-10,0
Марганец	0,8-1,9
Никель	14,0-16,0
Медь	5,0-8,0
Бор	1,4-1,8
Железо	Остальное