Способ нанесения покрытий из порошка

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик р>961859 ( фф гг== с. (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30.04.81 (21) 3283600/22-02

t$1}M Nn 3 с присоединением заявки ¹â€”

В 22 Г 7/04

Государственный комитет

С (. С P но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3009.82- Бюллетень ¹36 (ЗЗ} УДК 621. 762. .763(088.8) Дата опубликования описания 30.0982 и е " "ъ т з Ф ЕР

Н.Н. Дорожкин, С.Э. Завистовский, Л.П. К цын и M.ß. Кулиш 7.е:.,т4 °

1Й

-j <Г ;;.t ° ъ А4 (72) Авторы изобретения

1 (jt у (БИБАБО! ЖА

Институт проблем надежности и долговечност

АН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОРОШКА

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам нанесения покрытий из металлических порошков на торцовые и другие поверхности деталей, и может быть использовано для упрочнения и восстановления изношенных поверхностей деталей, а также для изготовления биметаллических иэделий.

Известен способ нанесения покрытий из порошка, включающий размещение порошкового слоя на покрываемой поверхности, нагрев и приложение к нему давления. Свойства покрытия формируются при одновременном воздействии тепловой и механической энергии (1).

Этот способ приемлем для деталей плоской формы малых и средних размеров.

Недостатком способа являются его ограниченные технологические возможности.

Известен способ нанесения покрытий из порошковых материалов на металлические изделия, включающий протачивание кольцевой канавки на торце детали глубиной 2-3 мм и шириной, равной ширине рабочей трущейся поверхности детали, засыпку порошка, размещение детали на площадке вибрационной установки, помещение в индуктор высокочастотной нагревательной установки, ступенчатый нагрев до 1310-1350 К с расплавлением порошкового материала при одновременном наложении вибрационных колебаний (2).

Недостатком известного способа нанесения покрытия является то, что порошок доводят до расплавления, что снижает его исходные физико-механические свойства, а также то, что вибрации воздействия на свободную поверхность расплава порошка развивают в нем незначительные инерционные давления, величина и знак которых определяют эксплуатационную надежность и долговечность изготовленной детали.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ нанесения покрытий из порошка, вклю25 чающий засыпку порошка в полость на поверхности контактной детали, нагрев последней и порошка при одновременном воздействии на порошок переменного давления пуансона при по30 ложении механических колебаний (3) .

961859

I ный процесс пуансон. На некоторой стадии процесса одновременного движения детали и пуансона вверх последний отрывается от детали, достигает своего наивысшего положения и затем, 5 двигаясь вниз, встречается с деталью в нулевых положениях. При этом в контакте деталь — пуансон развиваются наибольшие сжимающие условия.

Характерная особенность предлагаемого способа состоит в том, что в нем одновременно с пуансоном вибри,рует и деталь с соотношением частот колебаний

<„= 2п.4g

15 и

4 /2 Г4 где А †.амплитуда вынужденных колебаний детали, м, < 30

4 — частота вынужденных колебаний детали,. 1/c и - коэффициент кратности частот колебаний детали и пуансона (n — 1,2,3,...),, 35

g - ускорение свободного падения, м/с -, а соотношение частоты колебаний детали и пуансона .составляет

А

40 1= 2п.0д, где М - частота свободных колебаний пуансона, 1/с.

На фиг. 1 показаны графики виброперемещений детали и пуансона.при коэффициенте кратности частот колебаний изделия и пуансона, равном 1 (буквами д и 4 обозначены график гармонических вынужденных колебаний детали и график гармонических свободных колебаний пуансона соответственно); на фиг. 2 — схема устройства, реализующего предлагаемый способ нанесения покрытий иэ металлических порошков.

В способе нанесения покрытий деталь устанавливают на стол вибра. тора, порошок засыпают в полость, об.разованную на поверхности детали, а пуансон образует с деталью и на- 60 носимым порошком колебательный КоН тур с грузовым замыканием под действием веса пуансона. Механические колебания прилагают к детали, которая вибрируя, вовлекает в колебатель- 65

Недостаток данного способа заключается в низкой производитель- ности процесса уплотнения порошкового слоя и недостаточном качестве покрытия из-эа недостаточного силового воздействия на наносимый порошковый слой, что является причиной сохранения арочных структур и раковин внутри спекаемого слоя.

Цель изобретения — повышение производительности процесса и улуч шения качества покрытия.

Цель достигается тем, что в способе нанесения покрытий из порошка, включающем засыпку порошка в полость на поверхности компактной детали, нагрев последней и порошка при одновременном воздействии на порошок переменного давления пуансона при наложении механических колебаний, механические колебания придают детали и пуансон размещают свободно на поверхности порошкового слоя, при этом амплитуду колебаний детали устанавливают из соотношения где 4 — частота вынужденных коле1 баний детали, 1/c, 1 — частота свободных колебаний пуансона, 1/с, п — коэффициент кратности частот колебаний детали и пуансона (n — 1,2,3,...).

Для осуществления процесса, график которого показан на фиг. 1. необходимо, чтобы за время, равное половине периода колебаний детали, пуансон свободно упал со своего наивысшего положения, определяемого амплитудой свободного колебания пуансона где A — амплитуда свободных коле 2 баний пуансона, м, g — ускорение свободного падения, м/с, 0@ — частота свободных колебаний детали, 1/с.

Исходя иэ закона сохранения энергии и вычисления соотношение между амплитудой и частотой колебаний детали при п-й кратности частот колебаний детали и пуансона составляет

ng

А

4. (2 т ., где А — амплитуда вынужденных коле4 баний изделия, м;

n — коэффициент кратности частот колебаний .детали и пуансона (n — 1,2,3,...), g — ускорение свободного падения, м/с -, — частота вынужденных коле1 баний изделия, 1/с.

Устройство, реализующее предлагаемый способ нанесения покрытий, (фиг. 2 ) состоит из основания 1, в котором установлен кулачок 2 и шток

3, образующие кулачковый вибратор.

Шток 3 подпружинен с помощью пру961859 жины 4 к кулачку, что обеспечивает постоянный скользящий контакт штока и кулачка. На шток 3 устанавливают деталь 5, в специальную выточку которой помещают порцию порошка

6. На порошковый слой через асбестовую прокладку 7 воздействует массивный пуансон 8, обеспечивающий грузовое замыкание колебательного контура деталь-слой-пуанаон. В зоне расположения наносимого на деталь слоя находится нагревательный индуктор 9 установки ТВЧ.

Устройство работает следующим образом.

Деталь 5 с засыпанной порцией порошка 6 и установленной асбестовой прокладкой 7 закрепляют на штоке 3 вибратора. На прокладку 7 и слой порошка 6 помещают пуансон 8 и вводят в поле действия нагревательного индуктора 9 и .осуществляют вибрацию.

В начальный момент времени деталь с порошком и пуансон движутся вместе вверх. При этом на слой действует инерционное давление, возникающее от действия инерционных сил, складывающихся от действия движущихся в одну сторону масс пуансона и веса слоя. Далее в некоторый момент времени деталь развивает значительную скорость, что приводит к отрыву пуансона от изделия и их раздельному движению. Пуансон движется вверх и достигает высоты, равной амплитуде его свободного колебания.

Деталь, при этом двигаясь гармонически, проходит через нулевое положение и начинает двигаться вниз.

Далее пуансон свободно падает из наивысшего положения. В это время деталь движется ему навстречу. Ударное взаимодействие детали.и пуансона происходит в нулевом положении.

Контактирование двигающихся навстречу.масс в данных точках приводит к возникновению в контакте наибольших сжимающих усилий, которые складываются из инерционных усилий пуансона, порошкового слоя и изделия. Под действием данного давления происходит интенсивная усадка нагр того порошкового слоя. В зависимости от соотношения характеристик колебания детали в контакте можно развить различные инерционные усилия, что наиболее важно для вибрационного нанесения покрытий из порошков различного гранулометрического состава, размеры которого влияют на собственную частоту их колебаний.

П р и м е p. Покрытие наносят на торец цилиндрической заготовки иэ стали 45 диаметром 12 мм, в котором посверливают глухое отверстие диаметром 6 мм для порошка. Пуансоном служит цилиндрический ступенчатый ваРезультаты. сравнительных исследований сведены в таблицу.

Как видно,иэ таблицы, использование предлагаемого способа нанесения покрытий из металлических порошков позволяет получать монолитный слой за более короткое время. В частности, скорость уплотнения порошка увели- . чивается в 2,25 раза. Увеличивается прочность сцепления покрытия с основанием, что связано с более интенсивным силовым воздействием на наносимый слой, а также является следствием меньшей продолжительности процессов, а следовательно, и меньшей степени окисления материала порошка и детали.

Использование предлагаемого способа нанесения покрытий обеспечивает по сравнению с известным следующие преимущества: обеспечение ударного контактирования иэделия с порошком и пуансона в оптимальных условиях, приводящих к развитию в контакте наибольших сжимающих усилий; повышение производительности процесса получения покрытий из металлических порошков; улучшение качества нано 5 симах покрытий. лик иэ стали Х18Н9Т, диаметр одной иэ ступеней которого также равен 6 мм .и который контактирует с контрдеталью по теплоходовой посадке третьего, класса точности.

5 В качестве наносимого материала используют твердосплавный самофлюсующийся порошок марки ПГ-СР4 фракцией 160-200 мкм.

Формованне покрытий иэ порошка

10 производят в режимах спекания и припе- кания. Для сравнения покрытия наносят известным и предлагаемым способом. Режимы виброформования контролируют с помощью виброизмерительной аппаратуры ВИ6-6ТН. Спекание порошка осуществляют посредством индукционного нагрева на высокочастотной уста,новке ЛПЭ-2-67М. Режимы нагрева (скорость нагрева 50 град/с и температура 1270 К ) и режимы виброформования (амплитуда 0,25 мм и частота колебания пуансона 100 Гц ) выбирают одновременно для осуществления иэ вестного и предлагаемого способа.. 5 Критерием оценки производительности процесса нанесения Покрытия счйтают уплотнение спекаемого порошка до". беспористого состояния, т. е. ког-.. да относительная плотность равна единице. Усадку порошкового слоя регистрируют с помощью датчика пере-, мещения:и .эаписывают на шлейфовый осциллограф:К12-22. Относительную плотность покрытия измеряют по из вестной методике измерением объема

З5 и взвешиванием;

1 I Н К

1ЭХХ

1 X Е Х

I н

1 !

1

С> (Ч

l

p

Х 1 хорд но

v ev онмо

t=t o,æ х

С) М ххх она оое х ан еом ж !. "Е о о о

И и н

v (D !

Ц х

I !

1

I

1

I

I (1

I Ф

Д и

1:хо эца нос

0mB охн

xov ао он

Ц э х + ах о ахх д х с х ы охх хц 3 1-" а оехХ а о кои Х 1

Ю Д н1:!

; ено хнах ех1 х 1 о

1 Е о Е ххх

AK x

Э ЭХ наех х v x хcэн ахх2 юхеа хнхх.961859

K я

vs

1 и

eve о и

KC 1 ю хГ-» и ци х э а а

И э н хеба ххах

5 е

e RkII:ОЕ Ч

0 х

961859

n. g

4 /2.R+

А †амплитуда вынужденных ко1 лебаний детали, м, — частота вынужденных колебаний детали, 1/c, где

Формула изобретения

Способ нанесения покрытий из порошка, включающий засыпку порошка в полость на поверхности компактной детали, нагрев последней и порошка при одновременном воздействии на порошок переменного давления пуансона при наложении механических колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса и улучшения качества покрытия, механические колебания придают детали и пуансон размещают свободно на поверхности порошкового слоя, при этом амплитуду колебаний детали устанавливают из соотношения

n — коэффициент кратности час1 тот колебаний детали и пуансона (n-1,2,3,...);

g - ускорение свободного падения, м/с а соотношение частоты колебаний детали и пуансона составляет

2п "Мд, где 9 — частота свободных колебаний пуансона, 1/с.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авдеев Н. В. Металлирование; !

5 М., "Машиностроение", 1978, с. 67-79.

2. Дорожкин Н.Н. и др. Индукционное упрочнеыие вращающихся втулок торцовых уплотнений.-Информационный листок Бел-НИИНТИ, 9 197, 1974.

2О 3. Аветисян A. О. и др. Применение внбрационного воздействия при спекании изделий из высшего силицида марганца. — "Порошковая металлургия", 9 10, 1978 ° с. 38-40.

961859

Составитель Л. Гамаюнова

Редактор М. Янович Техред Т.Фанта КорректорН.. Буряк

Заказ 7360/15 Тираж 852 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4