Смесь для поверхностного легирования отливок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ю 01) 2 С 3 О а) В 22 П 27/1 КОМУ СВ ТЕЛЬС К АВ з,0-2,5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 01 КРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБР(71) Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт приборостроения и Винницкий политехнический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 939155. кл, В 22 С 3/00, 1980,2,Товадзе Ф,Н. и др. Металлотермическое поверхностное легирова-ние чугуна хромом. - "Литейное прои -водство, У 1, 1964, с. 26-27,3. Омельченко В.С. Экзотермическийспособ поверхностного легированияотливок. - "Литейное производство",В 6, 1965, с. 4-5.(54) (57) СМЕСЬ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ОТЛИВОК, включающая порошки легирующих, элементов в сонета нии с железом, термит в .виде лорошка и связующее в виде жидкого стекла, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения качества легирования . за счет растворения термита в поверхностном легированном слое, термит содержит цирконий в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.Х) 88/12 и 81/19 соответственно, или титан в сочетании .с углеродом или бором в соотношении (мас.Х) 80/20 и 69/31 соответственно при следующем,а соотношении компонентов смеси, мас.Х: ЕЛегирующие порошкиупомянутых металлов 22-50Предлагаемый термит 48,0-75,5Связующее в видежидкого стекла 2 ЯИзобретение относится к литейному производству и может быть использованопри поверхностном легировании отливок из железоуглеродистых сплавов. 5Известны легирующие покрытия литейных форм и стержней для поверх" , ностного легирования отливок с целью повышения их ударн-абразивной . иэносостойкости. Покрытие включает 0 железо, хром, углерод,.кремний, никель и связующее 1 .Недостатком этого покрытия является неудовлетворительное качестволегированного слоя, обусловленное необходимостью расплавления покрытия теплом кристаплизующегося в форме металла. При недостаточном количестве тепла (мелкое литье) или низком перегреве металла покрытие расплавляется 20 только частично, в нем остаются не- оплавленные зерна металла, слабо связанные между собой и с основным объемом отливки,25Известно поверхностное легирова-ние отливок, при котором применяют пасты, содержащие экзотермические смеси, являющиеся дополнительным источником тепловой энергии. В состав таких паст входят окиси хрома, алюминия и фтористыйлитий. При контакте с жидким металлом в слое пасты за счет восстановления, алюминия и хрома 1, развивается температура, превышаю 35 щая температуру жидкого металла. Основная масса хрома из слоя пасты успевает перейти в легируемый металл .2.Недостатком этого способа является ,его крайняя нестабильность протека- .40 ния процесса и качества легированного слоя. Кроме того, часть восста. новленнбго хрома остается в образующемся при реакции шлаке, а сам шлак вступает в химическое взаимодействие.45 с формой, приводя к образованию неже" дательных побочных продуктов, засоряющих отливку; в отливку также попадает окись алюминия.Наиболее близкой по составу и до стигаемому результату к предлагаемой .является смесь для поверхностного легирования отливок, содержащая порошки легирующих элементов в сочета- нии с железом, термит в виде порошка 55 и связующее в виде жидкого стекла. Термит включает окалину малоуглеродистого проката и алюминий 31. Недостатком данной смеси является образование в процессе реакции окиси алюминия, которая остается в поверхностном легирующем слое, ухудшая его качество, а также невозможность использования углерода как материала для насыщения поверхности отливок из"за интенсивного газообразования (формирования СО в результате взаимодействия углерода с железной окалиной),Цецью изобретения является улучше- . ние качества легирования за счет растворения термитной составляющей .в по- верхностном легированном слое.Поставленная цель достигается тем, что в смеси для поверхностного легирования отливок, включающей порошки легирующих элементов в сочетании с железом, термит в виде порошка и .связующие .в виде жидкого стекла, термит содержщг цирконий в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.7) 88/12 и 81/19 соответственно, или титан в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.7) 80/20 и 69/31 соответственно при следующем соотношении компонентов смеси, мас,7:Легирующие порошкиупомянутых металлов 22-50Упомянутый термит 48-75 51Связующее ввидежидкого стекла 2,0-2,5Смесь приготавливается в виде пасты или наносится на пластины. Пастой окрашивают поверхность формы, пластины устанавливают (заформовывают) на плоских поверхностях.Наличие в смеси химического источника тепловой энергии, включающего порошки титана нли циркония, в смесис .бором или углеродом (смесей), взятые в стехиометрическом соотношении,соответствующем образованию карбидаили борида титанаили циркония, при" водит к улучшению качества легирования не только за счет выделения теплапри взаимодействии названных элементов, но и за счет образования упрочняющих дисперсных частиц: боридов и карбидов титана или циркония, которые в процессе легирования распреде-.ляются в структуре легированного слоя и упрочняют его, а не нарушают сплошности ,Под действием этого тепла йроисходит расплавление легирующих компонентов, а карбиды или бориды переходят в легированный слой метапла, дополни67 3 11263 тельно упрочняя его. Оптимальное отношение смеси титана или циркония с бором или углеродом к массе легирующих компонентов составляет 0,94-3,43,гПри соотношении термитной составляющей больше 3,54 нарушается стабильность воспламенения ее, поскольку уменьшается вероятность соприкосновения частиц термитной составляющей, соотношение меньшее чем 0,92 10 нецелесообразно из-за обеднения обе щего состава смеси легирующими элементами.П р и м е р ы. Для приготовления смеси применяют следующие исходные 15 материалы: порошки железа, феррохрома (ХР 000) и электродного боя - легирующие компонентМ, порошки титана .1 и циркония в смеси с бором или лам,повой сажей, взятые в стехиометричес.ком соотношении, соответствующем образованию заданного борида или карбида - термирная составляющая. Порошки терьктной составляющей имеют размер частиц 20-100 мкм, углерод - в виде лам-д 5. повой сажи ПИ.Для сравнения готовят смесь с классическим термитам 3, исисльэуит окалину малоуглеродистого проката- и порошок алюминия.ЭОУпомяяутые компоненты перемешивают всухую, затем добавляют связующее - жидкое стекло, перемешивают вновь и формируют из смеси легирующие пла-. стины, которые затем просушивают приО 35 280 С Пластины устанавливают на дно формы и заливают жидкой сталью марки 25 Л.Варианты использованных смесей приведены в таблице, где в опытах40 1-36 применяют смеси в соотвнтствии с изобретением, в .опытах 37-38 в соответствии с прототипом.С учетом возможных погрешностей и колебаний в условиях технологичес 45 ких процессов литейного производства учтены некоторые отклонения от стехиометрического составакоторые и отмечены в таблице.Исследование металла отливок показывает, что легированный слой имеет структуру литого металла,. что свидетельствует о полном расплавлении металлических составляющих и переходе в раствор компонентов, участвующих в реакции, и продуктов реакции (за 1 исключением тугоплавких карбидов и боридов) . Переход от легированного поверхностного слоя к основному металлу - плавный.Исключения составляют эксперимен ты по вариантам 37 и 38. В обоих случаях в легированном слое наблюдаются скоагулированные грубые включения А 10. В экспериментах по варианту 38 слой плохо формируется,.поражается раковинами, крупными и мелкими порами. Технико-экономическая эффективность изобретения для поверхностного легирования по сравнению с базовым объектом, за который принят прототип, заключается в повышении качест" ва легированного слоя, в воэможности поверхностно легировать как толстостенные, так и тонкостенные отливки:. В процессе "горения" экзотермической ,термитной смеси не образуется шпако вой фазы, в отличие от прототипа в юотором классический железо-алюминие- ,вый термит при горении образует окисел алюминия, загрязняющий легированный поверхностный слойотливок. В предлагаемом реждении происходит бескислородное горение, продуктами реакции являются не окислы, а карби-, ды или бориды, т.е. высокотвердые металлические фазы, не загрязняющие поверхностный слой, а наоборот, упрочняющие его. Эти карбиды и бориды являются тугоплавкими соединениями. В процессе поверхностного легирования отливок они образуют прочный тугоплавкий скелет, который препятствует растворению образующегося поверхностного слоя в жидком металле и уно" су этого слоя во внутреннкно часть отливки.)7 55 (8 2 Ег+18 В)37(термита в соответствиис прототипом) 36 37 42,2 Ре+18,5 Хр 000 2,3 38 37(с термита в соответствии с прототипом 42,2 Ре+16,5 Хр 000+2 С 2,3 Составитель М. ЕршовТехред Л.Микеш Редактор М. Товтин Корректор Н. Король Заказ 8601/8 Тираж 774. ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4