Способ поверхностного легирования отливок

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 2 в 27/1 22 Р 27 3(5 АНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРЧИК 8(088.8)кое свидетеВ 22 Р 19/1И. ТермодиМ., "Маши ьство СС 1977остроение",СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Мурманское высшее инженерноморское училище им. Ленинскогокомсомола(54)(57) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ОТЛИВОК, включающий изготов.-.ление литейной формы,нанесение наее поверхность легирующего покрытияна основе порошка легирующего элемента разнодисперсной Фракции свыгорающим при заливке связующим,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью ускорения Формирований необходимой толщины легированногослоя, отношение объемов крупнойи мелкой фракций составляет 0,32,0 при дисперсности частиц мелкойи крупной фракций 0,2-0,3 мм и0,31-0,5 мм соответственно.1079354 1,5 енее О,2,2 0,063-0,1 0,1 -0,2 0,2 -0,3 2,9 3,5 Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении поверхностного легированных ,стальных деталейдля повышения их износостойкости,конструкцйонной прочности, кавитационно-коррозионной стойкостии т,д.Известен способ получения стальных деталей, по которому на рабочие участки литейной формы наносится графитосодрржащее покрытие. Передзаливкой литейная Форма подогревается до 600-1300 С. Это.обеспечивает высокие скорости диффузионногонауглероживания заливаемой стали 15и образование в отливке диффузионного слоя со свойствами структурычугуна Г 13,Недостатком этого способа является повышенная трудоемкость технологического процесса получения20стальных отливок при применениипредварительного подогрева литейнойформы до указанных температур.Наиболее близким к предлагаемо-.му по технической сущности и достига емому эффекту является способ поверхностного легирования отливок в литейной форме, включающий приготовление легирующей смеси из порошка определенного Фракционного состава и 30дисперсности, нанесение на рабочиеучастки, литейной Форьы легирующегопокрытия и заЛивку металла Г 23,В этом способе легирующее покры"тие получается пористым. В результате заливаемый металл фильтруетсяв поры покрытия, интенсифицируяего диффузионное растворение.По этому способу при науглерожи вании стальной отливки диффузионныйслой углерода может быть получен безпредварительного высокотемпературеного подогрева литейной формы. Однако для получения достаточной длямеханической обработки толщины дифФуэионного чугунного слоя на стальных отливках приходится увеличиватьтолщину стенки отливки, что ведетк перерасходу стали на получениеединицы продукции. Цель изобретения - ускорение форм: мирования необходимой тощины легированного слоя.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу поверхностного легирования отливок, включающему изготовление литейной формы, нанесение на ее поверхность легирующего покрытия на основе порошка легирующего элемента разнодисперсной фракции с выгорающим при заливке связующим, отношение объемов крупной и мелкой фракций равно 0,3-2,0 при дисперсности частиц мелкой и крупной Фракций 0,2- 0,3 мм и 0,31-0,5 мм соответственно,Сущность предложенного изобретения. заключается в интенсификации Фильтрационнодиффузионного механизма растворения легирующего покрытия.С уменьшением размера ( дисперсностиграфитовых частиц возрастает скорость их подогрева и площадь контакта с жидким металлом, что приводит к возрастанию скорости их диффузионного растворения. Но при этом уменьшается размер пор, в которые Фильтруется залитый металл. При увеличении дисперсности графитовых частиц, наоборот, акти" визируется фильтрация металла в поры покрытия, но затрудняется диффузионное растворение частиц графита. Для каждого легирующего элемента существует оптимальная дисперсность фракции порошка, содержащего этот элемент, при которой получают максимальную толщину диффузионнного слоя элемента в отливке. Это связано с оптимальным соотношением фильтрационного растворения легирующего покрытия залитым металлом и диффузионного растворения каждой легирующей частицы.В табл. 1 приведены данные по оптимальной дисперсности графитового порошка, полученные на стальных отливках. На стержень наносят легирующее покрытие. Литейные формы заливаются сталью 55 ГС 2, имеющей температуру 1600 фС.Таблица 11079354 Продолжение табл. 1 О,Э -0,4 2,5 0,5 -1,0 1,9 РЬ где и и в Как видно из табл. 1, максимальный диффузионный слой чугуна на отлизках может быть получен при оптимальной дисперсности графитовогопорошка: в= 0,2-0,3 мм. Дальнейшее увеличение толщины диффузионного слоя (необходимое, например, поусловиям механической обработки )может.,быть обеспечено подогревомлитейной формы (в примере литейныеформы заливают при 20 С), что увели,чивает трудоемкость иэ,изготовления,или утолщением стенки отливки, приводящим к увеличению металлоемкостиотливки,Известно, что размер пор дляидеального покрытия, состоящегоиз шаровидных .частиц, зависит оттипа укладки Частиц и составляет:при кубической укладке (наименееплотной) а = 0,41 Р при гексаговчхнальной укладке (наиболее плотной) а,= 0,155 в, где а. диаметр поры;. Р .- диаметр части легирующего покрытия. Поэтому диаметрпор для реального легирующего покрытия можно принять: й = (0,1550,41) в.Увеличение размера пор покрытия,а следовательно, интенсификацияфильтрации залитого металла в поры .легирующего покрытия может бытьдостигнута не только увеличением.размера частиц легирующего порошка,но также и искажением их укладкив покрытии. Такое искажение достигается применением двух раэнодисперсных фракций легирующего порошка,которое, во-первых, увеличиваетпористость (а следовательно, и массу фильтрующего металла/, а во-вторых, улучшает условия диффузионного растворения частиц покрытия ( таккак при этом уменьшается среднийразмер частиц), что в общем итогеведет к увеличению толщины диффузионного слоя. Средний диаметр частицпокрытия В фью+оЭц-объемные доли Фракцийсоответственно крупно"дисперсного Р имелкодисперсного Рлегирующего порошка; Ри Р, - диаметры частиц крупнодисперсного и мелкодис".персного порошка.Величина искажения укЛадки легирующих частиц в,покрытии зависит отобъемного соотношения фракций легирующего порошка, отличающихся подисперсностиг в ", Важным условиемЬ20 является предотвращение попаданияв порыкрупнодисперсного порошкачастиц мелкодисперсного порошка,так как в этом случае поры закупориваются и фильтрация становится не" 25 возможнойПоэтому можно принять3)м 0 155-0,41 ПкЭтим прйближенным условием можно также руководствоваться при выборе интервала дисперсности легирующегопорошка относительно его оптимальной дисперсности. В примере рассматривается (см,табл. 1) Р = Р =опт0,2-0,3; Р = 0,3-0,5;, Р= 0,1-02,в О 2 Р О 1-щп=4 = 0,4, 2- л - = 0,33, З 5 .Р 0 ф 5 воюг Ог.эпоэтому в примере исследованию подвергнут вариант (Р в . Р ), так какв этом варианте эападание частицдисперсностью 0,2 мм в поры частицдисперностью 0,5 мм практически иск ,лючается, максимальная пористостьдостигается при Р г Р, = 1:0,41.ъП р и м е р. Для получения отли-вок втулок 4120-180 мм с легированнымслоем и высотой 300 мм изготовленыпесчаные литейные форьы. На стержни отливок наносят легирующее покрытие; Состав легирующего покрытия,об.Ърафитовый порошок 85Пульвербакелит . 15Графитовый порошок применяется двухФракций: первая - с дисперсностьючастиц графита 0,2-0,3 мм (в ),вторая - с дисперсностью 0,31 з 5 0,5 мм (Р ), В опыте 1 применяетсятолько первая фракция порошка, вопыте 2 - только вторая. Фракция, вопытах 3-7 - обе Фракции графитовогопорошка в различном объемном соотно- бО шенин. дпя получения толщины легирующего покрытия 4 мм вокруг стержняотливки устанавливают стальнуюразъемную втулку с внутренним диаметром 128 ми и в образовавшийсязазор засыпают тщательно перемещен1079354 их заливке находится в пределах 18- 20 С. Температура заливаемой стаоли . 55 ГС 2 составляет 1600 С. После охлаждения и выбивки полученные отливки подвергают порезке и обмеру.5 Объемнсе соотношениепервой и второй Фракций графитового поТолщина диффузионного чугунного слоя,мм Способ подготовкилитейной формы Примечание Опыт, 9 рошкат ершф фиг Д 2 /1 Прототип 100и 100 . 3,5 0 = 0,2-0,3 мм1П = 0,3-0,5 мм 2,5 Предлагаемый 2,5 2,9 5,0 0,67 3,8 0,11 т П 3,5 На чертеже графически изображены результаты экспериментов по влиянию объемного содержания Фракций 15 легирующего порошка разной дисперсности,Из анализа полученной зависимости следует, что используя две Фракции графитового порошка, отвечающие 40 сформулированному убловию отношения диаметров и отливающиеся по дисперсиости частиц, можно добиться увеличения толщины диффузионного слоя в 1,4- 2 раза по сравнению с использованием порошка одного фракционного состава. Максимальное увеличение толщины диффузионного слоя Составитель В. НиколаевРедактоР А.ГУлькоТехред С. Мигунова Корректор В. ГирнякеЬ Заказ 1216/9 Тираж 775 ПодписноеВНИИПИ.Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытийИ 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП фПатент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 ную графитопульвербакелитоную смесь. Стержень с оболочкой и легирующей смесью нагревают до 200 С, послео чего стальную втулку удаляют, а температуру нагрева доводят до 3000 С. Стержень с ненесенным легирующим покрытием устанавливают в Форму, Температура литейных форм при 1 10 90 25 75 50 50 60 40 90 10 Результаты проведенных опытовпредставлены в табл. 2.Таблица 2 достигается при использовании 23-67 от всего объема легирующего порошка его крупнодисперсной фракции или при объемном соотношении крупнодисперсной Фракции легирукщего порошка к мелкодисперсной его фракциии:ш = 0,332Предлагаемый способ может быть использован при получении, например деталей цилиндро-поршневой группы двигателей. внутреннего сгорания с увеличенной долговечностью для литья валков обкатних станов повышенной конструкционной прочности, .тормозных барабанов автомобилей, подшипников скольжения.