Способ легирования поверхности металлических изделий

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает нанесение легирующих элементов или их соединений на подложку и прикрепление подложки к поверхности газифицируемой модели. Легирующие элементы или их соединения могут наносить на подложку слоями. К участку модели могут прикреплять несколько подложек одна поверх другой. Обеспечивается нанесение точного количества легирующих элементов на заданный участок модели, независимо от сложности рельефа поверхности модели. 6 з.п. ф-лы, 5 пр.

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам литья по газифицируемым моделям.

Из уровня техники известно, что для получения стали с заданными свойствами добавляют ферросплавы в индукционную печь при выплавке стали (авторское свидетельство SU 1364644 А1, опубликовано 07.01.88, Бюл.№1).

Из уровня техники известен способ модифицирования стали (авторское свидетельство SU 1470777 А1, опубликовано 07.04.89, Бюл.№13) путем введения в расплав модификаторов при сливе в ковш.

В известных способах производится модифицирование и легирование всего объема отливки и они не позволяют получить заданные специальные свойства требуемых участков поверхности отливок.

Из уровня техники известно, что для легирования отливок в полости формы используются газифицируемые модели (авторское свидетельство №697244, опубликовано 15.11.79, Бюл.№42). Для этого изготавливают модели из полистирола путем вспенивания его гранул в пресс-форме, а затем производится окрашивание газифицируемых моделей газопроницаемым антипригарным покрытием, в состав которого наряду с огнеупорным наполнителем вводят легирующий элемент.

При этом распределение легирующих элементов в покрытии происходит неравномерно, их диффузия в поверхность отливки затруднена, расход легирующего элемента производится не рационально. В результате этого также не удается получить заданные специальные свойства требуемых участков поверхности отливок.

Из уровня техники известен способ модифицирования поверхности металлических изделий (RU 2391177 С2, МПК В22С 3/00 (2006.01)), включающий нанесение на поверхность модели модифицирующих и легирующих поверхность изделия элементов в виде пасты или пудры с последующим нанесением на поверхность модели противопригарного покрытия. Глубину модифицированного слоя в изделии можно регулировать изменением размера частиц модификатора.

Данный способ, в отличие от известных аналогов, позволяет нанести модифицирующие и легирующие элементы на конкретный участок модели, которому требуется задать специальные свойства, что позволяет рационально использовать модифицирующие и легирующие элементы, а также позволяет регулировать глубину модифицированного слоя.

Недостатком известного способа является нанесение модифицирующих и легирующих элементов непосредственно на поверхность модели. Для равномерного нанесения модифицирующих и легирующих элементов на заданный участок поверхности модели целесообразно использовать машинный способ. В этом случае рентабельность производства будет сильно зависеть от сложности рельефа поверхности модели, доступности отдельных участков модели для машинного нанесения модифицирующих и легирующих элементов. Так, например, для равномерного нанесения модифицирующих и легирующих элементов известным способом на участки, расположенные на внутренней поверхности оружейного ствола малого калибра, потребуется сложное оборудование. При этом проконтролировать равномерность нанесения модифицирующих и легирующих элементов будет сложно.

Все это снижает универсальность известного способа.

Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу.

Повышение универсальности способа выражается в том, что он позволяет нанести точное количество модифицирующих и легирующих элементов на заданный участок модели, независимо от сложности рельефа поверхности модели.

Для выполнения этой задачи способ легирования поверхности металлических изделий включает в себя нанесение модифицирующих и легирующих поверхность изделия элементов или их соединений на подложку (под подложкой имеется в виду материал, заготовка или вещество, на которое наносится покрытие), прикрепление подложки к поверхности модели, нанесение на поверхность модели противопригарного покрытия. При этом в зависимости от конкретной ситуации подложка может быть выполнена из материала, обладающего инертностью по отношению к железоуглеродистым сплавам, либо легирующие поверхность изделия элементы могут быть введены в состав подложки.

Для достижения требуемого эффекта легирующие элементы могут быть нанесены на подложку слоями, имеющими различный состав. Предлагаемый способ позволяет так же последовательно прикрепить к одному участку поверхности модели несколько подложек с различными слоями легирующих элементов для получения заданного химического состава по толщине слоя отливки.

Способ осуществляется следующим образом.

На подложку наносят комплексные покрытия в виде краски, пасты или порошка, содержащие легирующие элементы или их соединения, способные к физико-химическому взаимодействию с металлическими расплавами или с отдельными компонентами расплавов, с образованием новых фаз, придающих специальные свойства выбранным участкам поверхности отливки за счет массопереноса и диффузионных процессов. При этом для лучшей адгезии к поверхности подложки комплексные покрытия целесообразно наносить с добавками клеящих веществ. Далее подложка подвергается сушке с последующим осуществлением контроля толщины нанесенного слоя (например, взвешиванием подложки заданной площади). В зависимости от формы и размера участка отливки, которому необходимо придать специальные свойства, производится раскрой подложки. Подложка прикрепляется к модели из пенополистирола с использованием клеевых составов, не приводящих к деструкции материала модели (ПВА, КМЦ и т.п.). Модель окрашивается газопроницаемой противопригарной краской, после высыхания которой помещается в контейнер (опоку) и засыпается опорным материалом. Объем модели заполняется металлическим расплавом.

Подложка в зависимости от желаемого результата может быть выполнена из инертного материала, который выгорает при заливке моделей металлическим расплавом (например, на бумажной основе), либо из материала, вступающего в физико-химическое взаимодействие с металлическими расплавами или с отдельными компонентами расплавов. Во втором случае легирующие элементы или их соединения могут быть введены в состав подложки. Например, подложка может быть выполнена в виде металлической фольги. При этом на нее также могут наноситься дополнительно другие легирующие элементы, в том числе способные к физико-химическому взаимодействию как с подложкой, так и с металлическими расплавами.

Примеры конкретного исполнения.

Пример 1. На бумажную подложку нанесли слой пасты, состоящей из карбида бора фракцией 0,1 мм с добавкой клея для лучшей адгезии к подложке. Затем подложку наклеили на поверхность модели из пенополистирола. Далее к модели приклеивали литниковую систему и окрашивали антипригарным газопроницаемым покрытием с последующей сушкой. Полученный модельный блок поместили в опоку, засыпали несвязанным формовочным материалом (песком) и залили расплавом стали 45. Поверхностный легированный слой полученной отливки имел повышенную твердость по сравнению с объемом отливки за счет наличия в нем борида и карбида железа. Твердость легированного поверхностного слоя составила Н50 897÷714 (67÷61 HRC), а основного металла Н50 442÷483 (45÷48 HRC). В данном случае подложка выполнена из инертного по отношению к расплаву материала. При заливке модели под действием термической энергии заливаемого расплава бумажная подложка выгорает и происходит контакт расплава с карбидом бора, при взаимодействии с которым и происходит легирование поверхности. Глубина легированного слоя составила 1,1÷1,3 мм.

Пример 2. В качестве подложки взяли пластину из нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 0,2 мм, которую приклеили к поверхности модели из пенополистирола. Далее к модели приклеивали литниковую систему и окрашивали антипригарным газопроницаемым покрытием с последующей сушкой. Полученный модельный блок поместили в опоку, засыпали несвязанным формовочным материалом (песком) и залили расплавом стали 10. Легированная поверхность полученной отливки имела химический состав материала подложки и отличалась по составу от основного металла. При заливке модели под действием термической энергии заливаемого расплава стальная подложка растворяется в поверхностном слое и происходит легирование поверхности. Глубина легированного слоя составила 0,2 мм.

Пример 3. То же, что и в примере 2, только вместо пластины из нержавеющей стали в качестве подложки взяли молибден-рениевую фольгу толщиной 0,02 мм. Легированная поверхность полученной отливки дополнительно содержала молибден и рений (произошло взаимодействие и растворение подложки с расплавом при заливке), что повысило твердость легированного слоя отливки и ее жаростойкость.

Пример 4. На подложку из нержавеющей стали нанесли слой пасты, состоящей из порошка хрома фракцией 3 мкм с добавкой клея для лучшей адгезии. Затем приклеили подложку к модели из пенополистирола три стороной, на которую нанесена паста, содержащая хром. Поверхностный легированный слой полученной отливки из стали 45 обогащен хромом и элементами из нержавеющей пластины. Кроме того, легированный слой обладает высокой твердостью по сравнению с основным металлом за счет наличия в нем карбида хрома типа Сr23С6 (твердость карбидной составляющей легированного слоя составила Н50 754÷677 (63÷59 HRC), а твердость основного металла HV5 447÷466 (45÷46,5 HRC)). Карбид хрома образуется при взаимодействии хрома и углерода заливаемого расплава - стали 45.

Пример 5. На поверхность модели из пенополистирола приклеили две бумажные подложки одна поверх другой, причем на первую подложку нанесли слой пасты состоящей из порошка хрома фракцией 3 мкм, а на другую - слой пасты из сажи. Далее к модели приклеивали литниковую систему и окрашивали антипригарным газопроницаемым покрытием с последующей сушкой. Полученный модельный блок поместили в опоку, засыпали несвязанным формовочным материалом (песком) и залили расплавом стали 10. Поверхностный легированный слой полученной отливки имел повышенную твердость по сравнению с объемом отливки за счет наличия в нем карбида хрома, который образовался при взаимодействии расплава с легирующими элементами с подложек (с хромом и сажей). Кроме того, поверхностный слой дополнительно обогатился хромом (11%) и углеродом (1,5%).

1. Способ легирования поверхности изделий из железоуглеродистых сплавов при литье по газифицируемым моделям, отличающийся тем, что легирующие элементы или их соединения наносят на подложку, которую прикрепляют к поверхности модели.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подложка выполнена из инертного по отношению к железоуглеродистым сплавам материала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подложка содержит легирующие поверхность изделия элементы.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что легирующие элементы или их соединения наносят на подложку слоями.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что к выбранному участку модели прикрепляют несколько подложек одна поверх другой с легирующими элементами или их соединениями.

6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что на одну или обе стороны подложки наносят клеящий состав.

7. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что подложку крепят к поверхности модели той стороной, на которую нанесены легирующие элементы или их соединения.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для фасонного литья точных отливок из высоколегированных сплавов. .
Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению отливок по выплавляемым моделям. .

Изобретение относится к области изготовления деталей, имеющих направленную кристаллографическую ориентацию. .

Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью по выплавляемым моделям, и может быть использовано в машиностроительной отрасли. .

Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью по выплавляемым моделям, и может быть использовано в машиностроительной отрасли. .
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для изготовления керамических оболочковых форм по выплавляемым моделям при производстве особо ответственных отливок из химически активных сталей и сплавов.

Изобретение относится к изготовлению металлических лопаточных аппаратов низкого давления газотурбинного двигателя, в котором лопатки имеют внутреннюю полость, предназначенную для размещения в ней датчика детектирования газов или для сообщения с таким датчиком. Лопатка 1 имеет отверстие 9, выполненное в стенке, обеспечивающее проход газов из зоны низкого давления газотурбинного двигателя в направлении внутренней полости и размещение датчика. Способ включает установку в литейную форму сердечника, соответствующего внутренней полости лопатки, и заливку расплавленного металла в литейную форму. Сердечник для каждого отверстия 9, сообщенного с внутренней полостью лопатки, выполняют с выступом, проникающим через внутреннюю поверхность литейной формы и образующим единственный элемент удержания сердечника в литейной форме. Обеспечивается повышение качества лопаток за счет исключения операции сверления отверстий. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на модель методом погружения нейтральной гидрофобной пленки из материала на основе воска, послойное формирование на модели огнеупорной оболочки, удаление модели, сушку и обжиг керамической формы. Гидрофобная пленка имеет более низкую температуру плавления, чем материал модели. Удаление модели осуществляют выдержкой формы с моделью в печи, выдержкой в воде при ее температуре, не превышающей температуру каплепадения материала пленки, и промывкой формы в воде при температуре, превышающей температуру каплепадения материала пленки, за два или три цикла с выдержкой в течение 2-3 минут. Выдержку формы с моделью в печи осуществляют при температуре, превышающей температуру каплепадения материала гидрофобной пленки, но ниже температуры плавления материала растворяемой модели в течение 3 минут на 1 мм толщины формы. Обеспечивается повышение качества поверхности керамической формы, повышение производительности процесса и снижение расхода материалов. 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для литья из жаропрочных сплавов преимущественно на основе никеля, кобальта и ниобия лопаток газотурбинных двигателей и газотурбинных установок. На модельный блок наносят по крайней мере два слоя огнеупорной суспензии, следующего состава, мас.%: эпоксидная смола 2,0-10,0, отвердитель аминного типа 0,4-3,0, органический растворитель 10,0-30,0, огнеупорный наполнитель, выбранный из группы оксидов редкоземельных металлов, гафния, циркония или их смесь - остальное. Затем наносят слои суспензии на основе алюмоорганического связующего и электрокорунда. После нанесения каждого слоя суспензии проводят сушку при температуре 40-100°С. Прокалку керамической формы осуществляют при температуре 1400-1900°С. Обеспечивается повышение качества отливок вследствие измельчения структуры сплавов, а также сокращение времени сушки керамического покрытия. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Суспензия для получения литейной формы содержит от 50 до 80 мас.% термостойких частиц, средний размер которых составляет от 0,5 до 150 мкм, от 5 до 35 мас.% частиц оксида алюминия, средний диаметр которых составляет менее 300 нм, и от 5 до 35 мас.% воды, pH указанной суспензии составляет от 5 до 12. Суспензию получают путем смешивания водной дисперсии, содержащей частицы оксида алюминия, с термостойкими частицами, средний размер которых составляет от 0,5 до 150 мкм, и, если это необходимо, с добавками. Средний диаметр частиц оксида алюминия в дисперсии составляет менее чем 300 нм в твердом виде, содержание частиц оксида алюминия составляет более чем 15 мас.%, а pH составляет от 5 до 12. С использованием суспензии получают литейную форму для точного литья. Обеспечивается повышение устойчивости суспензии, сокращение времени сушки формы, повышение прочности формы и упрощение ее изготовления. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 табл., 5 пр.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает изготовление огнеупорной оболочки путем нанесения на выплавляемую модель суспензии на основе огнеупорного материала с применением в качестве связующего этилсиликата. При формовке в опоку на поверхность огнеупорной оболочки предварительно наносят графит из расчета 1 грамм на 1 см2 площади без учета поверхности литниково-питающей системы. Остальной объем опоки заполняют шамотной крошкой и герметизируют поверхностным слоем, состоящим из шамотной крошки и жидкого стекла толщиной не менее 50 мм. Последующее вакуумирование огнеупорной оболочки, заформованной в опоку, осуществляют после прокалки перед заливкой жидкой сталью. Обеспечивается производство отливок без поверхностного окисления и питтинга. 1 табл.
Изобретение относится к литейному производству. На внешнюю поверхность газифицируемой модели наносят предварительно разведенную в жидкости до пастообразного состояния обмазку, содержащую, мас.%: карбид бора 55-75; фторид натрия, 1-5; диборид титана 25-45. Производят сушку на воздухе до получения твердой корки. Высушенную газифицируемую модель формуют в опоке, засыпая сухим кварцевым песком, заливают расплав и получают отливку с упрочненным керамическим слоем, под которым находится упрочненный диффузионный слой. Обеспечивается повышение износостойкости и коррозионной стойкости. 1 табл.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает изготовление восковой выплавляемой модели, формирование огнеупорной оболочковой формы путем послойного нанесения на восковую модель огнеупорного покрытия с сушкой каждого из слоев и выплавление восковой модели. Для предотвращения растрескивания оболочковых форм перед выплавлением восковой модели из оболочковой формы восковую модель с нанесенной на нее оболочковой формой охлаждают на 7-16°C. 1 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области литейного производства. В пресс-форму устанавливают один или несколько элементов, изготовленных из химико-термически обработанных металлических материалов или сплавов. Засыпают или задувают предвспененные гранулы пенополистирола. Осуществляют окончательное вспенивание гранул. После изготовления модели пресс-форма разбирается, а элементы, установленные в пресс-форму, остаются в модели из пенополистирола. Для создания переходного слоя на границе на элемент, установленный в пресс-форму, наносят легирующие элементы в виде краски, пасты или пудры с различной концентрацией легирующих элементов или соединений. Обеспечивается получение композиционных отливок высокой точности с заданными свойствами. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает изготовление моделей из пенополистирола, фиксирование вставок в модели, размещение моделей в опоке и заливку их металлическими расплавами. Вставки изготавливают компактированием легирующих порошкообразных материалов в контейнере с толщиной стенок от 0,1 мм до 20 мм. Крупность легирующих порошкообразных материалов выбирается от 1 нм до 6 мм. Обеспечивается формирование в отливках различной по составу и свойствам упрочненной легированной зоны. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 11 пр.

Изобретение относится к литейному производству

Наверх