Способ изготовления массивных биметаллических изделий наплавкой

(511 4 В 22 Р 19/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ельство СССР9/08, 195. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ(71) Научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения Производственного объединения "Уралмаш"(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАССИВНЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ НАПГАВКОЙ преимущественно на основе системы "сталь+бронза", включающий установку на твердую стальную заготовкуформы-контейнера, размещение в нейнаплавляемой бронзы, предварительныйнагрев и герметизацию, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью снижения затрат на форму-контейнер инаплавляемый материал при одновременном получении качественного. биметаллического изделия, герметизацию производят в интервале температур оттемпературы солидуса наплавляемойбронзы до температуры смачивания этойбронзой стальной заготовки иэделия.Изобретение относится к машиностроению, в частности к получению биметаллических деталей с ацтифрикцион - ными свойствами.Цель изобретения - снижение затрат на форму-контейцер и цдцлацляемый ма - териал при одновременном получении качественного биметаллического иэделия .Экономически выгодно и технически целесообразно основу крупногабаритных пар трения получать иэ сравнительно прочной конструкциоцной стали, а необходимые антифрикционные свойства - наплавкой на рабочие поверхности слоя бронзы.На чертеже схематически изображено устройство для реализации предлагаемого способа получения, например, биметаллической шестерни.На стальную заготовку 1 устанавливают дополнительную форму-контейнер 2 с зазором А, равным заданной толщине наплавляемого ацтифрикционного слоя. Цветной сплав 3 (бронзу) помещают в контейнер 4, соединяя его в общую наплавочную полость с зазором, например, посредством металло- провода 5. Необходимым требованием является герметичное соединение Формы-контейнера с детальн) и контейнера с наплавочной полостью, В условиях, когда наплавляемая деталь, форма в контейнер, контейнер и металлопроводы изготавливаются из сталей 3, 20, 35, герметизации обычно достигают наложением плотных сварных швов электродами (типа Э 50) . В крышке контейнера сверлят отвер - стие и приваривают гаэоотводящую трубу 6 с запорным устройством 7 ца конце.Наплавка антифрикциоцного слон д стальную деталь с предварительным нагревом до температуры ниже температуры солидуса и герметиэацией при этой температуре сопровождается ростом избыточного давления в цаплавочной полости. Под его действием возможно разрушение контейнеров, увеличение зазора (толщины цаплавки) цд заполнение нзплавочцой полости.Согласно предлагаемому способу герметизируют наплавочную полость в интервале температур от температуры солидуса цветного сплава до тем - пературы смачивания цветным сплавом стальной основы.510 5 20 25 ЗО 50 55 Для систем "стдль+броцэа" которые це имект в своем составе дктивцого марганца, кицетика взаимодействия с газами сводится к активации поверхностей цдплавочцой пол си, что под - тверждается наличием смдчивдция и диффузионного соединения стали с бронзой, полученного согласно предлагаемому способ".1 еталлогрдфическими и рецтгецоспектральцыми ис лел, ца цнии установПредварительными исследованиямикинетики растекания бронзы БрОС 8-2по стали устаноглецо, что температура совершенного смачивания в системс достигается при нагреве до 1100 о1150 С. Эту температуру принимают в качестве наибольшей величинь 1 температуры герметизации цаплавочной полости, Ее же выбирают за предельную температуру нагрева из тех соображений, что более высокий нагрев не дает качественного изменения смачивация и растекания, экономически не опрагздац и ведет к интенсивному укрупцецин зерна стальных деталей, снижая их прочность. Перегрев также усиливает ликвидацию в бронзе и растворение железа, т,е. сцижецие ацтифрикпиоцных свойств наппавлеццого сплава. Поэтому, при решении задачи смачивания, дальнейшее повышение температуры нецелесообразно.Ог 1 ьтами установлено, что принятаятемпература цаплдвки 1150 (120 С) обесггечивает получение надежного соединения сталей 3, 20, 35, 5 и чОХ с гветцымц сплавами МНИц 20-20, БрОС 8- 2, БрОС 8-21 Бр(ЗФ-1, БрАМп 9-2, БрАЖИп 10-3-1,5 и др.Отсутствие всяких Флюсов при цаплдвке исключает засорение броцэ цеметаллическими включениями и снимаетжесткие требовдиия ио регулированиювремени взаимодействия твердой и жидкой фс зПри цдплавке предлагаемым способомдавление газов в нацлдвочцой полостице превышает атмосферного (с учетомпогрешности измерений), после герметизации давление сразу же начинаетпадать, частично уравновешивая гидростдтц-,еское давление столба жидкойбронзы и разгружая стенки цаплавочцойполости. Причиной снижения давленияв г ерметичной полости контейнера яв -лнетсн интенсивное цэдимодсйствиетвердых и жидких фаэ с гд овои средой.лена диффузия углерода из стали к зоне соединения с бронзой и обеэуглероженная прослойка на поверхности наплавочной полости, Вероятно, в присутствии меди углерод стали окисляет ся кислородом и в виде СО создает свое парциальное давление в полости нплоть до температуры наплавки. При охлаждении с этой температуры давление в напланочцой полости начинает Опонижаться за счет снижения количества газов, а также за счет перехода СО в СО Поэтому важно на этой стадии произвести герметизацию напланочной полости, чтобы избежать окисле ния, и создать некоторое обжатие кристаллиэующегося сплднд стенками ндплдвочной полости, Зксперментально ус - тановлено, что за счет герметизации качество бронзы приближается к спла вам вакуумной выплавки, н цих полностью отсутствуют газовые пузыри инеметаллические включения, поверхости получаются чистыми,В известцых способах активация 25 наплавляемых стальных поверхностейи защита от окисления при нагреве осуществляются флюсом, который плавится примерцо при 600 С и при дальнейшем нагреве сначала растекается по стали, а после рдсплдвлеция бронзы удаляется с цаплднляемой поверхности и всплывают через слой броцэы. Образующиеся продукты, несмотря ца их резкое отличие по плотности от ме 35 таллических сплавов, уддляктся це полностью и тем хуже, чем ближе температура нагрева к температуре солидуса. В присутствии бора и углерода н бронзе проявляются электрические сложные сплавы железо-бор-углерод- медь, которые при охлаждении коагулируют в округлые включения и, обладая твердостью около 600 НИ, сильно затрудняют последующую обработку и45 ухудшают ацтифрикциоццые свойства, На крупных деталях с массой в несколь ко тонн известные способы дают отрицательные результаты,Испытания способа проводятся при наплавке двух натурных образцов сферических подпятникон дробилок. Для сравнения изготавливаются дна опытных подпятцика н натуральную величину известным способом.Основу полпятциков изготавливаютлитьем из с гд. 35.1. Оца представляет собой расшряюпся конус с фланцем внизу. Бцутреццяя рабочая поверхность выполняетсяо форме сферы срадиусом 1000 мм,1 ополнительную форму изготанляютиз листа Ст.З, устанавливают на основу с зазором по сфере, равным 10 мм,и принаринают плотными сварными швами, Сверху над зазором помещают контейнеры со слитками бронзы 1 рОС 8-12и соединяют их металлопроводами сполостью зазора в общую цаплавочцуюполость тоже посредством плотных сварньх швов. Для контроля давление газов в наплавочной полости и ее последующей герметизации используетсягазоотводящая труба от верхней частиодного из контейнеров. На трубу устанавливается самопишущий мацовакууметр и трехходовой кран, сообщающийнапланочную полость с атмосферой илигерметизирующий ее.Прочность сварных швов и стенокнаплавочцой полости рассчитываетсяца избыточное давление газов от 6 атми гидростатическое давление столбажидкой бронзы высотой 600 мм.На случай возможных деформациймасса бронзы в контейнерах превышает необходимое для заполнения полос.ти зазора количество в два раза и,состднляет 672 кг.Нагрев (аплавка) осуществляетсяв термической печи общего назначенияс размеров рабочего пространства6 44 м,Нагрев ведут со скоростью 50-80 Си час с контролем температуры по контактным хромель-алюмелевым термопарам, Их устанавливают по дне штукина каждое иэделие. Регистрацию температуры производят с помощью самопишущего потенциометрд,На первой стадии нагрева цапланочндя полость через трубу соединена сатмосферой, и расширяющиеся в полостизазора и контейнера газы свободно выходят н окруждкнук среду. При отсутствии такого газообмеа, т,е, пригерметизации полости до нагрева,опытами установлено наличие избыточного давления в полости до 6 атм длясистемы "сталь+бронза НрОС Я - 12". Нагрев изделий при цаплднке антифрикицоцного слоя по предлагаемому способу ведут с герцетиэдцей одного иделия прц температуре солцпусд бронзы ВРОС 8 - 12, составляющей 940"С,1235647 а другого - при температуре смачивания, определяемой экспериментально. Составитель В. НиколаевТехред О.ГортвайКорректор И.Иуска Редактор О.Бугир Заказ 3043/10 Тираж 757 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб д . 4/5Подпис ное ч.Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная, 4 Последующая обработка биметаллических иэделий показала, что соединение стали с бронзой носит выраженный диффузионный характер, пор и отслоений не обнаружено, Структура бронзы крупнозернистая. Прочность диффузионного соединения выше прочности бронзы; при испытаниях на разрыв образцов-свидетелей диаметром10 мм разрушение во всех случаях происходит по бронзе при показателяхпредела прочности, текучести, удлине.ния и сжатия, соответствующих показателям бронзы БрСО 8-12 в исходномпитом состоянии,