Способ получения теплостойкого покрытия

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для поверхностного упрочнения и восстановления деталей машин и механизмов. На подложку газопорошковой лазерной наплавкой наносят самофлюсующиеся порошки системы NiCrBSi, после чего осуществляют отжиг при температуре 1000-1075°C в течение 1-3 часов. Обеспечивается повышение теплостойкости покрытий, их износостойкости и долговечности при температуре 800-950°C. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для поверхностного упрочнения и восстановления деталей машин и механизмов, подвергающихся интенсивному изнашиванию при температуре до 800-950°C.

Для поверхностного упрочнения деталей машин и механизмов известно применение самофлюсующихся порошков сплавов для наплавки, таких, например, как NiCrBSi. Сплавы системы NiCrBSi имеют хорошие характеристики в условиях абразивного изнашивания, коррозии и повышенных температур (Gurumoorthy К., Kamaraj M., Prasad Rao К., Sambasiva Rao A., Venugopal S. Microstmctural aspects of plasma transferred arc surfaced Ni-based hardfacing alloy // Material Science and Engineering A. 2007. Vol.456. P.11-19).

Среди различных методов получения износостойких покрытий на поверхности деталей лазерная наплавка имеет преимущества. Лазерную наплавку характеризует высокая скорость охлаждения за счет локальности нагрева и интенсивного теплоотвода вглубь детали, возможность выборочной наплавки области детали, непосредственно подвергающейся изнашиванию и др. (Huang S.W., Samandi M., Brandt M. Abrasive wear performance and microstructure of laser clad WC/Ni layers // Wear. 2004. Vol.256. P.1095-1105).

Локальность и высокая скорость охлаждения наплавленного металла при лазерной наплавке являются существенными ее достоинствами, поскольку снижают коробление деталей. Кроме того, лазерная наплавка обеспечивает хорошее сцепление покрытия с основой (Ming Q., Lim L.C., Chen Z.D. Laser cladding of nickel-based hardfacing alloys // Surface and Coatings Technology. 1998. Vol.106. P.174-182).

Ближайшим к заявленному является способ газопорошковой лазерной наплавки (ГПЛН). Газопорошковая лазерная наплавка заключается в получении поверхностных покрытий принудительной подачей порошка газовым потоком непосредственно в зону лазерного излучения. При пересечении лазерного луча частицы порошка начинают нагреваться и оплавляться вплоть до попадания на обрабатываемую поверхность подложки (Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн 3. Методы поверхностной лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1987. С.151, 159-161).

Для лазерной наплавки используются порошки самофлюсующихся сплавов системы NiCrSiB таких марок, как, например, ПГ-СР2, ПГ-СР3, ПГН-10H-01 и т.д.

Общим для известного и заявленного способов является нанесение самофлюсующихся порошков системы NiCrBSi газопорошковой лазерной наплавкой.

К недостаткам известного способа следует отнести его неспособность обеспечить теплостойкость и износостойкость деталей при их работе в условиях интенсивного термического воздействия. Отмечается заметное снижение микротвердости лазерных покрытий системы NiCrBSi после нагрева до температуры 800ºC и выше.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение теплостойкости и износостойкости покрытий при работе в условиях высоких температур (800ºС и выше).

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение износостойкости и теплостойкости (способности сохранять высокую твердость при повышенных температурах) покрытий при температурах 800-950ºC.

Для решения поставленной задачи на подложку наносят самофлюсующийся порошок системы NiCrBSi газопорошковой лазерной наплавкой, после чего производят отжиг при температуре 1000-1075ºC в течение 1-3 часов.

Отжиг при температурах менее нижней границы заявляемого интервала температур (1000ºC) приведет к ухудшению прочностных свойств покрытий (в частности, твердости и износостойкости), а отжиг при температурах выше заявляемых значений приведет к оплавлению покрытия. При продолжительности отжига менее 1 часа в заявляемом интервале температур не успевают завершиться процессы фазовых превращений, обеспечивающие достижение технического результата. Увеличение времени обработки более 3 часов нецелесообразно, так как не приводит к дополнительному улучшению структуры и свойств покрытия.

Суть заявленного предложения заключается в том, что изначально покрытие системы NiCrBSi, полученное газопорошковой лазерной наплавкой, содержит относительно небольшое количество дисперсных упрочняющих фаз (Cr7C3, Cr23C6, CrB) при большом количестве низкопрочной γ-фазы и эвтектики γ+Ni3B. После отжига 1000-1075ºС в структуре наплавок формируются относительно крупные высокопрочные частицы (Cr7C3, Cr23C6, CrB), образующие на поверхности высокопрочный износостойкий каркас. Данная структура остается стабильной после выдержки при различных температурах нагрева вплоть до температуры отжига. Это обеспечивает увеличение теплостойкости покрытия, что проявляется в сохранении повышенных уровней твердости и износостойкости в условиях нагрева до температур 800-950ºC.

Заявленный способ проиллюстрирован фотографиями, где на фиг.1 представлена структура покрытия после ГПЛН (прототип); на фиг.2 - структура покрытия после ГПЛН и отжига при температуре 1025ºC (заявленный способ).

Пример реализации способа. Материалом для покрытий служил самофлюсующийся порошок сплава марки ПГН-10Н-01 системы NiCrBSi (ТУ 1970007-002-76942199-06), имеющий состав: 0,3% С; 13,5% Cr; <5,0% Fe; 2,4% Si; 2,1% В; остальное - Ni.

Наплавку порошка на пластины из стали Ст.3 размером 100×100×18 мм проводили с использованием непрерывного CO2-лазера при мощности излучения 1,4-1,6 кВт, скорости 180 мм/мин, расходе порошка 4,9 г/мин, размере лазерного пятна на поверхности 6×1,5 мм. Порошковая смесь гранулометрического состава 40-100 мкм транспортировалась в зону наплавки инертным газом - аргоном - при давлении 0,5 атм. Для уменьшения поверхностных напряжений наплавка осуществлялась в два прохода путем наложения одного слоя на другой. После этого наплавку подвергали отжигу при температуре 1025ºC в течение одного часа. В процессе реализации заявленного способа стальные пластины с наплавкой самофлюсующимся порошком сплава марки ПГН-10Н-01 после отжига при температуре 1025ºC были испытаны в интервале температур 800-950ºC в течение одного часа.

Наряду с реализацией заявленного способа были проведены испытания известного способа (прототип) также в течение часа и при тех же температурах: от 800 до 950ºC.

Испытания на абразивную износостойкость проводили при скольжении торцевых поверхностей образцов по закрепленному абразиву (электрокорунд, зернистость 160 мкм) при нагрузке 49 Н. Определяли потери массы образцов при изнашивании. Износостойкость оценивали по величине интенсивности изнашивания.

В ходе реализации заявленного и известного способов наплавки замерялись значения микротвердости (HV 0,05) покрытий и интенсивность их абразивного изнашивания. Данные замеров сведены в таблицы 1 и 2.

Таблица 1
Влияние температуры отжига на микротвердость (HV 0,05) покрытия ПГН-10Н-01
Режим обработки Микротвердость HV 0,05
Исходное состояние После выдержки образцов при различной температуре, °C
800 900 950
1 ГПЛН (прототип) 850 400 480 470
2 ГПЛН, отжиг при 1025ºC (предлагаемый способ) 870 830 970 880
Таблица 2
Влияние температуры отжига на интенсивность абразивного изнашивания при испытании по электрокорунду покрытий ПГН-10Н-01
Режим обработки Интенсивность абразивного изнашивания, 10-6
Исходное состояние После выдержки образцов при различной температуре, °C
800 900 950
1 ГПЛН (прототип) 5,6 18,2 19,5 18,6
2 ГПЛН, отжиг при 1025°C (предлагаемый способ) 4,8 5,1 4,4 4,7

Из представленных таблиц видно, что для покрытия, полученного по известному способу (прототип), выдержка при температурах 800, 900 и 950°C приводит к снижению микротвердости (от 850 до 400-480 HV0.05) и росту интенсивности абразивного изнашивания (от 5,6·10-6 до 18,2·10-6-19,5·10-6). Для покрытия, полученного по заявленному способу, выдержка образцов при температурах 800, 900, 950ºC после предварительно проведенного отжига при температуре 1025ºС приводит к сохранению высокого уровня микротвердости (830-970 HVO,05) и низкого уровня интенсивности абразивного изнашивания (4,3·10-6-5,1·10-6) и, соответственно, повышенного уровня износостойкости покрытия.

На Фиг.1 приведена структура покрытия в исходном состоянии после газопорошковой лазерной наплавки (ГПНЛ). Видно, что структура покрытия состоит из большого количества низкопрочной γ-фазы и эвтектики γ+Ni3B при относительно небольшом количестве дисперсных упрочняющих фаз Cr7C3, CrB. На Фиг.2 приведена структура покрытия после газопорошковой лазерной наплавки и отжига при температуре 1025°C. Видно, что в результате отжига произошли значительные изменения структуры наплавленного покрытия, которые выражаются в существенном укрупнении частиц упрочняющих фаз Cr7C3, CrB, образующих высокопрочный каркас.

Таким образом, предлагаемый способ в отличие от других способов получения покрытий системы NiCrBSi позволяет сформировать покрытия с особо высоким уровнем теплостойкости, обеспечивающим сохранение повышенных характеристик твердости и износостойкости даже при температурах нагрева 800-950°C. При использовании предлагаемого способа достигается повышение работоспособности наплавленных слоев в условиях эксплуатации быстроизнашивающихся деталей при нагреве вплоть до 950°C.

Способ получения теплостойкого покрытия на стальных деталях, включающий нанесение самофлюсующихся порошков системы NiCrBSi газопорошковой лазерной наплавкой, отличающийся тем, что после газопорошковой лазерной наплавки осуществляют отжиг при температуре 1000-1075°C в течение 1-3 ч.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам защиты стальных поверхностей деталей от эрозии, в том числе кавитационной, путем наплавки коррозионно-эрозионного порошка. .

Изобретение относится к способу наплавки детали из алюминиевого сплава. .

Изобретение относится к устройству лазерной наплавки и легирования материалов и может быть использовано при наплавке различных материалов лазерным излучением и в лазерной стереолитографии с применением порошковых материалов.

Изобретение относится к технологии восстановления поверхности монокристаллической или полученной направленной кристаллизацией металлической детали, имеющей толщину Ws менее 2 мм, в которой лазерный луч и поток металлического порошка, имеющего ту же природу, что и металлическая деталь, подают на деталь с помощью сопла для получения, по меньшей мере, одного слоя монокристаллического или подвергшегося направленной кристаллизации от детали металла, при этом лазерный луч имеет мощность «Р» и перемещается вдоль детали со скоростью «v», в котором луч лазера и поток порошка подают на деталь соосно и отношение P/v находится в определенном диапазоне.
Изобретение относится к области машиностроения, точнее к трубопрокатному производству и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости горячекатаных труб вообще и насосно-компрессорных труб в частности.

Изобретение относится к способу и устройству газолазерной резки композиционных материалов. .

Изобретение относится к области обработки лучом лазера преимущественно металлических материалов больших толщин, в частности к способу и установке для газолазерной резки.

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к способам и устройствам для лазерного раскроя металлических листовых материалов, и может быть использовано в атомной технике, а также в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к оптическим технологиям, в частности к лазерным методам формирования на подложках структурных образований нано- и микроразмеров для нано- и микромеханики и микроэлектроники.
Изобретение относится к способам сварки соединений из алюминия и алюминиевых сплавов и может быть использовано при производстве легких металлоконструкций в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу термообработки поверхности материалов концентрированными источниками энергии. .

Изобретение относится к сварочному инструменту, в частности для дуговой сварки вольфрамовым электродом в инертном газе, или для плазменной сварки, или для лазерной сварки.

Изобретение относится к способу газолазерной резки композиционных материалов. .

Изобретение относится к камере обработки, устройству лазерного спекания и способу обработки материала посредством направленного пучка электромагнитного излучения.

Изобретение относится к способу и устройству для обработки подвижной подложки при помощи лазера для получения в результате обработки материала, отделенного от подложки. В ходе обработки подложки большее давление поддерживают с помощью насоса со стороны подложки, на которую излучается лазерный луч, чем с другой стороны подложки. В процессе обработки подложки по обеим сторонам зоны подложки, облучаемой лазерным лучом, используют направляющие. За счет того, что в ходе обработки подложка изгибается, осуществляется отделение материала от подложки с меньшими усилиями и без повреждений. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для поверхностного упрочнения и восстановления деталей машин и механизмов. На подложку газопорошковой лазерной наплавкой наносят самофлюсующиеся порошки системы NiCrBSi, после чего осуществляют отжиг при температуре 1000-1075°C в течение 1-3 часов. Обеспечивается повышение теплостойкости покрытий, их износостойкости и долговечности при температуре 800-950°C. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Наверх