Способ получения покрытий из порошковых материалов

(1% (И) 11/06; В 23 Р б/00 ЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАМ изоБРетенИЙ и ОтнРыти ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзное научно-производственное объединение по восстановлению изношенных деталей автомобилей, тракторов н сельскохозяйственных машин(54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, при котором в приспособление насыпают порошковый материал, прижимают его к поверхности детали и осушествляют электро- контактную приварку путем пропускания импульсов тока через приспособление и деталь,отличающийся тем, что, с целью повышения физико-механических свойств покрытий и расширения технологических возможностей применения путем обеспечения приварки только одного слоя порошкового матернала, контактирующего непосредственно с вава риваемой поверхностью, порошковый материал подбирают в зависимости от ширины В контактной йоверхности детали, исходя из соотношения1,2-ф, - ( 10,где 3 - величина частиц порошкового материала,и насыпают его высотой Н, равной высоте насыпки Нпр, минимально допустимой для создания максимального уплотнения частиц порошкового материала в слое, контак. тирующем непосредственно с поверхностью детали, которую назначают в зависимости от величины частиц порошкового материала ацсогласно следующему соотношению73 ц,Няр 50 ац,Изобретение относится к сварочномупроизводству, в частности к способам получения покрытий из порошковых материалов, и может найти применение при восстановлении и упрочнении изношенных поверхнастей деталей в различных отраслях машиностроения,Известен способ контактной точечноии роликовой приварки порошковых материалов, заключающийся в создании в околосварочйой зоне повышенной плотности порошкового материала по сравнению с плотностью его при свободной насыпке 1).Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения покрытий иэ порошковых материалов,при котором в приспособление насыпаютпорошковый:материал, прижимают его кповерхности детали и осуществляют электроконтактную приварку путем пропусканияимпульсов тока через приспособление идеталь 12),Однако все существующие способы основаны на появлении в порошковом слое, подконтактирующей с деталью поверхностью,зоны наибольшего уплотнения в процессеприжима ее к порошковому слою. Фармированйе порошкового покрытия при кон: тактной приварке возможно только припоявлении этой эоны. При этом ширинаприваренного слоя порошка меньше ширины рабочей части контактнай поверхности(электрода) и определяется величи 11 ой эонынаибольшего уплотнения, зависящей от мнр 1 кества факторов, Деформация порошка вразличных сечениях по толщийе и ширине.слоя в зоне наибольшего уплотнения про.текает неравномерно. Это объясняется отсутствием прочных связей между отдельными частицами порошков. При этом, получаемые покрытия, имеют переменные (нестабильные) физико-механические свойства по ширине и толщине привариваемагослоя, что резко ухудшает их качество покрытий. Кроме того, решить проблему приварки порошковых материалов к деталям смалой шириной рабочей контактной поверхности (меньше 2 мм) существующими способами пока, вообще невозможно.Особенна сложно приварить порошковыйматериал- к узким длинным поверхностям,например к поверхности головок зубьевшестерен насосов типа НШ, так как размерповерхности вершины зуба шестерен, вчастности, насосов НШи НШ, составляет 22 Х 1 мм и 32 Х 1 мм соответственно.Удержать порошок на такой узкой поверхнасти в процессе контактной приварки практически невозможно, Упрочнение и восстановление перечисленных деталей имеет актуальное значение, так как ежегодно из-заизноса выбраковывается шестерен насосовтипа НШ около 250 вЗОО тыс. шт.Целью изобретения является повышениефизико.механических свойств покрытий и510154) расширение технологических возмагкностей применения путем обеспечения приварки только одного слоя порошкового материала, контактирующего непосредственно с навариваемой поверхностью.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения покрытий из порошковых материалов, при котором в приспособление насыпают порошковый материал, прижимают его к поверхности детали и осуществляют электроконтактную приварку путем пропуска ния импульсов тока через приспособление и деталь, порошковый материал подбирают в зависимости от ширины В контактной поверхности детали, исходя из соотношения1,2-Д - 10где ац - величина частиц порошкового материала,и насыпают его высотой Н, равной высо,те насыпки Нп минимально допустимой для создания максймального уплотнения частиц порошкового материала в слое, контактирующем непосредственно с поверхностью детали, которую назначают в зависимости от величины частиц порошкового материала а согласно следующему соотношению73 ц Нпр50 ац.На фиг. 1 показана схема осуществления способа; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на рис. 3 и 4 - графическая иллюстрация максимального уплотнения нижнего гра ничнаго слоя, контактирующего с поверхностью детали с увеличением высоты насыпки порошка на примере порошка ПГ-С ( с - плотность привариваемого слоя порошка; 11 - толщина привариваемого слоя).на фиг. 5 - неустойчивость равновесия З 5 защемленной частицы граничного слоя придц)В;Технология способа состоит в следующем На деталь 1 наваривают порошковый материал 2. В приспособление 3 для сварки насыпают порошковый материал 2, который выбирают с величиной частиц ац в зависимости от ширины В контактной йаверхности детали, на которую его н 1 эиваривают, исходя из соотношений 1,2 - ;ф. Порошок насыпают высотой Н, равной высоте Нр, 45 максимально необходимой для созданиямаксимального уплотнения частиц порошкового материала в слое 4, непосредственноконтактирующего с поверхностью детали 1, причем Уц Нп50 ац. Затем пропускают электрические ймпульсы тока через при способление 3 и деталь 1. приваривая порошковый материал электроконтактным методом.фПосле приварки получают деталь с наваренным только одним слоем порошкового 55материала, В результате проведения экспериментов для различных порошков с разными фракциями частиц установлено, чта по мере насыоки порошка нижний граничный слой частиц, контактирующий с основанием, постоянно самоунлотняется и при достижении определенной предельной величины высоты Н Нвтр достигает максимальной плотности (фиг, 3 и 4). Дальнейшее увеличение высоты насыпки порошка практически не влияет на уплотнение нижнего граничного слоя, но способствует уплотнению последующих слоев частиц порош.ка. Таким образом, нижний граничный максимально уплотненный слой находится в неподвижном, замкнутом состояяии, создаваемым вышестоящими слоями частиц с од.ной стороны и основанием с другой сто роны.При этом нижний граничный слой по своим свойствам приближается ие к свойствам сыпучих тел, а к свойствам твердого тела. Экспериментально установлено, что для металлических порошков Нпр(предель-ная) минимально необходимая высота насыпки порошка для максимального уплот.неиия нижнего граничного слоя зависит от величины частиц (фракций) порошка и физико-механических свойств порошка (формы, материала и т. д.) и находится в диапазонеН з = 7 дц - 503 ц (1).При этом для порошков с неправильной формой частиц (осколочного типа), с большим коэффициентом трения Н, выбирают в нижнем пределе Н= 7 д + 26 дц, а для порошков шириковой фориы с ииэкии коэф.фициентом межчастичного трения Нп достигает верхних предельных значении равенства (1) Нпр -- 26 ац+ 503. В результате опытов установлено, что при достижении Н = Нпр в нижнем граничном слое образуется равновесие, характеризующееся равенствомб=бв, где би - напряжение от нормально действующих усилий веса насыпанного слоя порошка; - напряжение5от горизонтально действующих сил.Поэтому Нр для заданного порошка легко может быть определена с помощью чувствительных датчиков напряжения простым замером высоты насыпки порошка в момент возникновения равенства б=бв, значения которых снимаем с датчиков напряжений,С целью контактной приварки граничного слоя в порошок погружают детали с различной шириной рабочей контактной поверхности, Экспериментально установлено, что необходимым условием формирования привариваемого порошкового. слоя на рабочей контактной поверхности детали является соблюдение следующего соотношения 1,2- ф - , в противном случае (ф -1,2) нарушается сплошность получаемого покрытия на детали, а также наблюдается вылавливание частиц порошка из-под рабочей поверхности детали.Кроме того, установлено, что для порошка такого типа величина отношения ширины контактной поверхности к величине частицы -- не должна превышать опредевленнон величины и в пределе для порошков шарикрвого типа она не должна превышать ,2-ф - -10(2) и для порошков осколочного2 нтипа отношения в а следует брать в диапазоне 1,2 -- 5 (3)ц ЦИсследования показывают, что при соблюдении соотношения (2) детали или элект род погружаются в порошковую массу по принципу внедрения клиновидного тела без образования зоны наибольшего уплотнения.При движении вглубь массы порошкаповерхность вершины клина раздвигает частицы порошка и постепенно приближается к нижнему граничному слою порошка.Движение продолжается до тех пор, пока поверхность вершины клина не. коснется граничного слоя, находящегося в замкнутом уплотненном состоянии. При полнойостановке клина под действием вертикальной нагрузки граничный слой порошка на ходится в зажатом состоянии поверхностьювершины клина и поверхностью приспособления.При несоблюдении соотношения (2) деталь образует под собой в процессе погружения зону наибольшего уплотнения, не достигая нижнего граничного слоя. В этом случае процесс приварки порошкового слоя происходит известным традиционным способом.Пример. Осуществляют приварку порошщ ков ПГ-СУ.М (а = 0,2 - 0,4) к рабочейповерхности (фиг. Ь) детали 1 - зуба шестерни насоса НШ, Ширина контактной поверхности леталиВ= 1,1 мм, -З -- =8 ЦврэакР - :к 3 5. Для этого на поверхность приспособления 2 насыпают порошок 3 высо той Н=8 мм = 20 ац, сварочный ток ров == 300 А/ммф; удельное. давление Р = 5 кг/мм; длительность импульса тока ( = 032В результате приварки нижнего граничного слоя 4 иа детальполучают слои порошкового покрытия толщиной Ь = 0,25 м ,с плотностью покрытия у= 99%. Прочность сцепления частиц с основой зуба среза = = 630 мПа, что соответствует покрытию, приближающемуся по своим характеристикам .к цельным (монолитным) материалам. Способ позволяет в значительной степени.повысить качество получаемых покрытий и приблизить их яо своим характеристикам и стабильности параметров к цель ным (монолитным) материалам.Способ позволяет приваривать порошковый слой с одинаковой плотностью по. всей ширине контактной рабочей поверхности.детали, что обеспечивается приваркой частиц граничного слоя и ведет к повышению 5 физико-механических свойств покрытия.Способ также позволяет получать порошковые покрытия, состоящие из одного- ряда частиц граничного слоя как на широ 036485ких, так н на узких рабочих поверхностях. Прн этом ширина узкой поверхности может достигать бесконечно малой величины, т. е. менее 2 мм, что не удается осуществитьдидЯ известными способами и устройствами,Способ прост в осуществлении и не тре.бует для реализации сложного оборудования.ваКорректо Подписное ссср Редактор Н бобковЗаказ Я 99 Л 2ВНИИП 4 Составитель Л. Пезаро а Техред И Нерес Тираж 006 И Государственного комитета по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушскап иаб., д. илпал ППП айатентэ, г, Ужгород, ул. Проект