Способ армирования поверхности изделий порошковыми материалами

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1794 б 9) ОБРЕТЕНИЯ НИЕ ОПИ ЛЬСТВУ износостойкости и долговечности. Сущность изобретения: покрытие получают контактно-импульсной наваркой порошкового материала, состоящего из керамической составляющей, например, А 120 з (корунд). и матрицы (Сц, Ре и др.) причем керамические частицы покрыты пластичным материалом, например, никель, кобальт. Порошковый материал представляетсобой металлокерамическую ленту, полученную прокаткой и дальнейшим спеканием в инертной среде при температуре 12000 С заранее приготовленной смеси. Ленту навариваем на шовной контактной машине. 1 з,п. ф-лы, 1 табл,2 6 нститут роения Т,П. Геле сцварид ельство 26/00, 1 ОВАНИ РОШКО льскохозя йшвили, Ю.В.зе и Ю.В, МачокСССР964,Я ПОВЕРХНОВЫМИ МАТЕорошковая металлурнение и восстановлеью повышения их ствие стабильности процесса навар рошка, его неуправляемость и низкое ство покрытия.При армировании поверхности из металлокерамическими порошками до 0,2 мм и содержащими 7-9% кер происходит вдавливание твердых част рамических порошков в ленту .и пр контактного нанесения порошков ещ можен, хотя и с недостаточно высоким ством: все чаще встречаются ме отсутствием металлической связи (неп . ры).При увеличении как толщины пок е относитс частности ойких покр порошков я упрочне лей машин к порошковой. способам полтий иэ металло- и может быть ия быстроизнаа также при их пособ армирования поверхметаллокерамическими по- нанесения на поверхность клеящего вещества и слоя ческого порошка, далее исс нанесенным на него слоем вают слоем металла, напри- подвергают сварке, напри- импульсной.ам известного способа слезможность армирования поизделий любыми ческими порошками, отсутдержания керамики обьемных) процесс я иэделий металлоами становится несняется падением рошка, что связано ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВ(71) Кировоградский иственного машиност(54) СПОСОБ АРМИРСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ ПОРИАЛАМИ(57) Использование; игия, в частности упроние деталей с це Изобретен иметаллургии, вучения износосткерамическихиспользовано длшиваемых детевосстановленииИзвестен сности изделийрошками путемизделия пленкиметаллоке рамиходное изделиепорошка покрымер, лентой имер, контактноК недостаткдует отнести воверхностиметаллокерами сзцэ В 23 Р 6/00, С 23 С 26/(свыше 0.2 мм), так и со в порошке (свыше 9% контактного армирован керамическими порошк возможным, Это объя злектропроводности по ки покачеделий сД слоем ьо амики р иц кеоцесс е воэкачеста с рова- рытия3как с уменьшением. числа токопроводящихконтактов металл-металл, так и с понижением относительной доли более пластичногопорошка железа, за счет которого, в основном, и образуется физический контакт между частицами. Сравнительно толстыепокрытия (свыше 0,2 мм) не йозволяют продавить весь слой металлокерамического порошка и образоватьнадежные мостикиэлектропроводимости, Кроме этого, наличие клеящего вещества, как правило; органического происхождения еще болееснижает-проводимостьнаносимого порошка,Целью изобретения является расшире-.ние технологических возможностей способа; повышения стабильностй процессаконтактного армйрования и качества покрытия.Указанная цель достигается тем, что вспособе армирования изделий.металлокерамическими порошками путем нанесенияна поверхностьизделия слоя порошковогоматериала, покрытия. порошкаслоем металла, например, лентой и контактно-импульс. ной наварки прежде всего производятпокрытие слоем пластичного металла, например, никелем или кобальтом, каждой керамической частицы порошка по всей ееповерхности, а вслЕд за этим изделие арми, руат лентой, полученной из этого порошка,с металлическим наполнителем, при этом,толщина наносимого на частицы керамического порошка металлического покрытияопределяется из условияЬ= 1:, (1) Э У=1,Я 1 92 где г- средний радйус частиц ского порошка;Л - обобщающая удельная Яодность керамического порошк р слоем металла, см/м; .Ьи Ь - соответственно удельная электропроводность наносимого металлокерамического порошка, см/м,Кроме того, целью изобретения является возможность регулирования свойств покрытия,Это достигается тем, что усилие, прикладываемое к порошку в момент армирования изделия контактным способом определяется из условия где ъ - предел текучести материала лентыв момент наварки, Н/мм ,гр и гц - соответственно радиус роликаи радиус детали, мм;5Ь и д. - соответственно толщина лентыиз: порошка до и после армирования, мм;В - ширина ролика, мм,Расширение технологических возможностей способа состоит в том, что в армиру 10 . емый порошок можно добавить практическилюбое количество керамических порошкови при этом любых составов вне зависимостиот их электропроводности. Это обеспечивается тем, что.каждая керамическая частица"5 порошка покрывается слоем пластичного. металла, например, никелей или кобальтомпо всей ее поверхности. При армированииповерхности изделий такими порошкамипроцесс контактного наваривания происхо- .дит как при наваривании металлических порошковов, поскольку в. и ро веденииэлектрического тока участвуют, в основном,: лишь поверхностный слой частиц порошка.Покрытие частиц керамического порош 25 ка пластичным металлом, например, никелем или кобальтом.позволяет получить изтакого порошка ленту путем его прокатки испекания и тем самым отказаться от исполь-.зования клеящих веществ при нанесенииЖ металлокерамических порошков на изделие. Используемые в известном способе.клеящее вещество резко снижает электро. проводность металлокерамических порош; ков,что вызывает серьезные трудности прйЗ 5 их армировании на поверхность изделийконтактным способом;Покрытие слоем пластичного металла,например, никелем или кобальтом, каждойкерамической частицы порошка по всей ее0 поверхности толщиной й; определяемой изусловия (1) способствуют повышению стабильности и качества армирования. Известно, что обобщенную электропроводностькомпозиционного материала можно опре 45 делить из зависимости (3).9 А=Ч 1 дй+ (1-Ч)дй (4)где А - обобщенная удельная электропроводность керамического порошка, покрытого слоем металла, см/м,Й и Й - соответственно удельная электропроводность наносимого металла и керамического порошка;Ч - объемная доля керамического порошка.Пусть средний радиус частицы керамического порошка г, а радиус керамической частицы покрытой слоем металла толщиной будет равен (г-Ф), тогда можно записать, что 5г г)з ( +) (8)г з 194 - яг+П Ц;д,=.т;.пористости и обьемного содержания твердых износостойких керамических частиц.Известно, что площадь контакта между прижимным роликом и навариваемым порошком можно определить по следующей зависимости: гр+г ( )0 где В - ширина прижимного ролика, мм;гр и гд - соответственно радиус роликаз и армируемой детали, мм;отудаобовнвчивуг= я 1 - р . Ьид - соответственно толщиналенты2 1 -ив.армирувмого порошка до и после навар.получим Ь --. 15 кн, мм,Располагая значением предела текучести материала ленты в момент наваркиДалеезадаваясьвеличинойобобщенной утНрм 2 ол им фо м л для о еде е.удельной электропроводности, соответствующей оптимальной удел ьной электропроводности для осуществления контактногоропро од 20 покрытия снапередзадайнойтолщинойд,аармирования порошков л =(2 - б,ц 10 смlмзначит и с наперед заданной пористостью ииз выражений Щ и (2) получим необходимую.: процентным содержанием твердых износостойких керамических включений,толщину наносимого металла, Таким обраП р и м е о. Производили армированиезом, электропроводимость армируемого на25 изношенной поверхности коленчатой. осиповерхность изделиЯ порошка позволяет т о а 1 7 а л япроводить его наваривание в оптимальных трактора ДТРаботающей в условиях аб-:стабильность и вцсокое качество покрытия,. стали 45, диаметр изнашиваемой шейки 75Кроме того, изменяя толщину покрытия мм, твердость йоверхности НРС 58-60, ИзьтиЯ 30 нос поверхности. составляет не менее 1,5частиц керамического порошка металломмы изменяем Обобщенную удельную элект. мм, а в отдельных случаях достйгает 4,0-5,0ропроводность порошка и тем самцм мокем в и еленных и е Деталь армировали металлокерамическим порошком следующего состава,пределахрегулировать свойствами покрытия,35 масПомимо этого, наличие никеля или ко. бальта в навариваемом металлокерамичекерамическая составляющаяском порошке позволяет успешно:,- щ 9, А 203 (корунд)пластический металл Юармировать таким порошком поверхности Сц 5изделиЯ с содеРжанием УглеРода до 0,75 40 тал н Р 440,80 уь "даже ранее цементованные повер- А ва е вео ности металлокехности Вцсокое содержание углерода какчр кр ва е к вео ност металлв армируемой поверхности, так и в навари-, рамическим порошком осуществляли в слеваемом порошке, всегда отрицательно ска-дующей последовательности,зывается на качестве покрытия и прочности" 45 ского порошка корунда покрьгвали слоемсцепления. Никель и кобальт ведут к расшипластичного металла - никелем по всей еере ию об асти сущес о и У- Ф ж . поверхности, Покрытие керамического по-леза и улучшению его свариваемости, чтотакке расширяет технологические возмокрошка никелем осуществляли гидрометалности способа и качество покрытия. 50 заключаетс в нанесе о рыти из мелургическим способом, суть которогоПод регулированием свойств покрытийталла на порошки. путем химического воспонимаем регулирование его пористости иобьемного содержания твердых износо- . становлениЯ ме ал а з РаствоРа его соли. становления металла из раствора его солипри пропускании через раствор водородастойких керамических включений. Порипод давлением, Наносить слой никеля на55иэделия лежит в пределах Э 0-40 и что и керамические частицы порошка можно,ипозволяет, изменяя прикладываемое пример, химическим или электрохимическимнаварке давление эффективно управлятьосаждением из раствора солей никеля,свойствами покрцтия путем изменения его г кон = ВСредний диаметр частиц керамического порошка - корунда составляет бк0,2 мм. Располагая справочными данными об удельной электропроводности никеля Й" 13,3 10 см/м и окиси алюминия корун-. 5 да Лд = 110см/м, а также задаваясь оптимальной обобщающей удельной злектропроводностью частицы порошка, покрытой металлом А = 2 10 см/м. Из успористость покрытия, так и повысить содержание керамической составляющей в единице обьема покрытия РттнВ а и2 +2=1657 Н, - 1,2) ловий (1),(2), определим необходимую тол (щину покрытиягде д = 85 Н/мм - предел текучести матет Фтвх -тот-",:;.:, - ,:,е;,щ,и.мтекв,щщд пГрл 1 - Й а,:. -. зкспериментапаным путем,15 гр - радиус ролика шовной машины,- 13,3 10 - 2 10 = . Гр=75 мм;) 1913 пЗ 106 - 191 10 з., гЯ - .РайиУСдетали, гц=37,5 мм;Ь- толщина слоя ленты до наварки,з, Ьмм;: С 2 ур 0,653 - . 20 о-тслщина слоя порошка после навар.ки, д.=1,2 ми;толщийа покрытия й определится йо В - ширина ролика, В 5 мм.формуле (2) и составит -:.;: . Пористость покрытия в этом случае ле-,0,1 1-0,653: 531,102жит в пределах 3-10, Уменьшив прикла 0,653.:; 25 дываемое усйлие, мы сможем приПосле этого планированный порошок необходимости увеличить пористость. и накорунда тщательно смешивали с остальны- оборот, увеличив давление, снижаем поримй компонентами и прокатывали дотолщи-: стость, а кроме того и регулируем.ны 0,9-1,5 мм,:.,: содержание керамической составляющей вСпекание ленты производилй при тем единице обьема покрытия,пературе 1200 С в инертной атмссФере, По- Для сравненИя коленчатая ось армиро-: .ристость ленты 20-30, Армирование велась металлокерамическими порошкамиповерхности изделия лентой производят в . известным способом в соответствии с проследующей последовательности. Ленту на- тотипом. Для этого использовался порошокрезали на мерные заготовки шириной соот следующего состава, мас.%:етствующей длинеармируемой,керамическая составлеощаяповерхности детали Ь= 70 мм и длиной АОз(корунд). . 71= дб=3,14 75=235,6 мм, где б -диаметрмедь Сц .5армируемой поверхности б=75 мм. Ленту ., железо ге.остальное 88наваривали на армируемую поверхность на 40 Закрепляли на армируемой поверхношовной контактной машинетипа 011-1-02 Н. сти с помощью клеящего вещества, наприАрмированную. поверхность изделйя шли- мер, клея БФ, а затем покрывалифовали в размер (2-х кратное шлифование металлической лентой из стали 10, толщипредварительное и чистовое).ной 1,0 мм и осуществляли контактное наваАрмирование поверхности изделия ме рйвание при следующих режимах:таллокерамическими порошками произво- вторичное найряжение 7,8 Вдили при следующих режимах:величина сварочноговторичное напряжение 4,6 В .тока5,6 кАвеличина сварочноговремя сварочноготока ": . 6,4 кА О импульса, 0,16 свремя сварочного время паузы 0 1 симпульса0,08 счастота вращениявремя паузы 0,1 с детали 2,5 об/минчастота вращения: подача 3,0 мм/обдетали, 4 об/мин 55 усилие на электродах 3,6 кНподача4,0 мм/об После этого деталь шлифовали до обнаусилие на электродах 1,62 кН жения порошковой составляющей покрыУсилие на электродах определяли по за- тия, При повышении содержаниявисимости (3), что позволяет как уменьшить керамической составляющей качество эр 10)1794619 10 мирования ухудшается, чтб визуально обна- в расширении технологических возможруживается в виде раковин после шлифова- ностей способа заключающегося в том, чтония. Экспериментально установлено, что содержание керамической составляющей всодержание 9 керамической составляю-составе порошковой смеси может быть увещей для данного способа армирования по личена.в 2-4,5 раза и кроме того, в возможверхностей является предельным ности регулирования пор истости идля сравнения качества покрытия ар- концентрациикерамическойсоставляющей.мирующего на поверхности изделия по в покрытии путем изменения давления, при-предлагаемому способу и в соответствии с кладываемого и электродом;прототипом были проведены стендовые ис " в повышении качества покрытия, заклю- "пытания образцов на износостойкость. Из- чающегося втом, что прочность сцепленияносостойкость покрытия определялась на . покрытиясосновойстабильна, практическиобразцах на машине трения СМЦпри на-не зависит. от.содержания керамической со-грузке 750 Н при добавлении в масло квар- ставляющей и выше.по сравнению с базоцевой пыли. Испытания проводились в 15 вым вариантомне менее чем в 1,6 раза;течение 24 ч к повышению:качества покрытия следуПрочность сцепления армируемого по-. , ет отнести и повышение износостойкостикрытия с основным металлом определяли покрытия, которое выше по сравнению сметод штифтов; .: покрытием наносимымпобазовомуварианРезультаты сравнительных испытаний 20 ту не менее чем в 3 раза;приведены втаблице в повышении стабильности процессаармирования, что подтверждается внешйимТаким образом, использование заявля-видом покрытия после шлифования,емого способа армирования поверхности Кроме того, помимо перечисленныхизделий металлокерамическими порошка преимуществ предлагаемый способ позвоми по сравнению с наиболее прогрессив- ляетповыситьпроизводительность нанесеным способом армирования поверхности, ния покрытия не менее чем в 2 раза, снизитьизделий в соответствии с прототипом, при- расход электроэнергии не. менее чем в 4нимаемым за базовый позволяет получить раза,следующие преимущества: ": 30,где г - радиус частицы исходного порошка,м",А - . обобщенная проводимость порошка, покрытого металлом, см/м;Й и А 2. - соответственно проводимостьюносимого металла и материала исходногОпорошка, см/и.2. Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью получения возможностирегулирования свойствами покрытия на цилиндрических деталях, контактную наваркуосуществляют роликом с усилием, прикладываемым,к покрытию, определяемым поформулеФормула изобретения 1. Способ армирования поверхности изделий порошковыми материалами, заключающийся в нанесении на поверхность изделий порошкового материала необходимой толщины и, покрытии порошка слоем металла, сушке, спрессовывании порошкового слоя, контактной наварке на изделие. о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможйостей способа, повышения стабильности процесса наварки и качества покрытия, перед нанесением на поверхность изделий порошкового материала каждую его частицу по всей поверхности покрывают слоем пластичного металла, затем после сушки и спрессовывания полученное покрытие перед контактной наваркой подвергают спеканию, а толщину покрытия определяют по формулег - 1 -уиР=о, В гр+гцгае Ъ - предел текучести металла, наносимого на порошок в момент наварки, Йlмм;гр и г - соответственно радиус ролика и детали, мм;Ь ид - соответственнотолщина слоя порошка до и после наварки, мм;В - ширина ролика, мм; 19 1 -1794619 Параметр Значение сравниваемых величинпо предлагаемомуспособ по известному способВторичное напряжение, ВВеличина сварочного тока, кАВремя сварочного импульса,сВремяпаузй,с,Частота вращения детали, об/минПодача, мм(рбПроизводительность дм /чУдельный расход электроэнергииквт чПрикладываемое давление, кНПрочность сцепления покрытия с основой,МПаПористость покрытия 7,8 5,6 0,16 0,1 2,5 3,0 10,6 4,66,40,08ИзносОстойкость покрытия (по сравнению с эгалоной-сталь 45)Внешний вид покрытияпосле шлифования Наличие пор и раковин о 20 пок ытия 4,5Гладкое, блестящеебез по и аковин Составитель А.Сушкин Техред М.Моргентал Корректор О,Кравцова Редактор Т.Иванова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Заказ 390 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москве, Ж, Раушская наб., 4/5Ф