close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4078

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4078
(13)
C1
(51)
(12)
7
C 23C 8/00,
C 23C 26/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЯХ
(21) Номер заявки: a 19981135
(22) 1998.12.16
(46) 2001.09.30
(71) Заявитель: Белорусская
государственная
политехническая академия (BY)
(72) Авторы: Девойно О.Г., Федорцев В.А., Беляев Г.Я.,
Федорцев Р.В., Кардаполова М.А. (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусская
государственная политехническая академия (BY)
(57)
1. Способ получения износостойких покрытий на металлических изделиях, включающий нанесение на
упрочняемую поверхность изделий смеси порошков и последующее воздействие лазерным излучением, отличающийся тем, что воздействие лазерным излучением осуществляют при наложении на изделие постоянного магнитного поля с магнитной индукцией 1,0-1,8 Тл в зоне обработки, а в качестве смеси порошков используют порошки ферромагнитного и никелевого самофлюсующегося сплавов при следующем
соотношении, мас. %:
ферромагнитный сплав
50-70;
никелевый самофлюсующийся сплав
остальное.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ферромагнитного сплава используют ферромагнитный сплав железо-ванадий, а в качестве никелевого самофлюсующегося сплава -никелевый самофлюсующийся сплав ПГ-СР4.
(56)
Архипов В.Е. и др. Применение лазерной технологии в ремонтном производстве // Сварочное производство. – 1985. - № 1. - С. 7-8.
RU 2105826 С1, 1998.
Кожуро Л.М. и др. Динамика процесса переноса материала ферропорошка при электромагнитной наплавке. Защитные покрытия при изготовлении деталей машин и их ремонте: Тезисы докладов НТК. - Минск,
26-27 мая 1992 г. - С. 50-51.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению износостойких покрытий из порошковых материалов на деталях машин и технологической оснастки, изготовленных из сталей и железоуглеродистых сплавов.
Известен способ получения покрытий из самофлюсующихся твердых сплавов системы Ni - Cr - В - Si газопламенным напылением [1]. После газопламенного напыления покрытия указанного состава подвергают
оплавлению для получения монолитного сцепления покрытия с основой. С целью избежания объемного разогрева деталей в процессе оплавления в качестве источника нагрева используют луч лазера. Высокие скорости нагрева и охлаждения покрытия, имеющие место при лазерной обработке, кроме того способствуют
формированию специфической мелкодисперсной структуры с повышенным комплексом физикомеханических и эксплуатационных свойств.
Недостатком известного способа является объемный разогрев упрочняемой поверхности при напылении, который может привести к короблению изделий, особенно нежестких (тонкостенных, в виде листов, полос и т.д.), а
также повышенные энергозатраты на газотермическое напыление покрытия и экологические вредности, присущие
этому технологическому методу в целом.
BY 4078 C1
Известен способ получения покрытий на деталях электромагнитной наплавкой с использованием ферромагнетиков Fe-Va и Fe-Ti за счет химических реакций и механического перемешивания расплава поверхности детали и
материала ферропорошка, находящихся в магнитном поле [2].
Недостатком данного способа является образование переходного слоя с низкими физико-механическими свойствами при достижимой толщине электромагнитных покрытий всего 400-600 мкм, что является недостаточным
для практики с учетом припуска на окончательную механическую обработку.
Наиболее близким к заявляемому является способ, включающий нанесение на упрочняемую поверхность шликера с клеевой составляющей и последующее воздействие на него лазерным излучением [3].
Недостатком прототипа является повышенная пористость и шероховатость покрытия, которая возникает,
во-первых, из-за испарения и газообразования компонентов клеевой составляющей шликера и, во-вторых,
вследствие выгорания связки на границе зоны проплавления. Для ряда деталей, например матриц и пуансонов при производстве стеклянных и пластмассовых изделий, такая пористость является неприемлемой. Указанные особенности известного способа не позволяют формировать качественные покрытия на рабочих поверхностях типовых деталей машин и технологической оснастки, ибо технология прототипа реализуется
только в ремонтном производстве при упрочнении локальных участков восстанавливаемых поверхностей,
например гнезда под клапана в двигателях.
Отметим также, что при этом имеют место снижение прочности сцепления сформированного покрытия с
основой изделия за счет не всегда качественного лазерного расплавления покрытия в местах выхода на подложку клеевой составляющей, а испарение клеевой составляющей в процессе оплавления шликера лучом лазера создает экологическую вредность при производстве изделий.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение качества покрытия, в частности за счет снижения
его пористости и шероховатости при сохранении высокого уровня износостойкости упрочненного слоя.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения износостойких покрытий на металлических изделиях, включающем нанесение на упрочняемую поверхность изделий смеси порошков и последующее воздействие лазерным излучением, воздействие лазерным излучением осуществляют при наложении на
изделие постоянного магнитного поля с магнитной индукцией 1,0-1,8 Тл в зоне обработки, а в качестве смеси порошков используют порошки ферромагнитного и никелевого самофлюсующегося сплавов при следующем соотношении, мас. %:
ферромагнитный сплав - 50-70
никелевый самофлюсующийся сплав - остальное.
При этом в качестве ферромагнитного сплава используют ферромагнитный сплав железо-ванадий, а в качестве никелевого самофлюсующегося сплава - никелевый самофлюсующийся сплав ПГ-СР4.
Реализация предлагаемого способа с указанным составом смеси порошков и последовательностью операций обеспечивает достижение поставленной задачи изобретения за счет следующих эффектов.
Использование смеси при содержании ферромагнитного сплава “железо-ванадий” (Fe-Va) в количестве
50-70 мас. %, обеспечивает (при постоянном наложении на изделие магнитного поля с магнитной индукцией
1,0-1,8 Тл в зоне обработки) образование устойчивого “каркаса-сетки” из частиц ферромагнетика, который
удерживает остальные частицы на упрочняемой поверхности изделия в процессе обработки.
Количество частиц порошка ферромагнетика Fe-Va менее 50 мас. % уменьшает удерживающую способность этого каркаса даже при верхнем значении заявленного предела магнитной индукции в зоне обработки.
Количество частиц порошка ферромагнетика Fe-Va более 70 мас. % резко уменьшает содержание никелевого самофлюсующегося сплава ПГ-СР4 в составе шликера, что сказывается на износостойкости формируемого покрытия.
Процесс воздействия лазерного излучения на нанесенную на поверхность смесь порошков должен проходить при постоянном наложении на изделие магнитного поля с магнитной индукцией в зоне обработки в
пределах 1,0-1,8 Тл, что обусловлено необходимостью обеспечить жесткость “каркаса-сетки” из частиц порошка ферромагнетика в период обработки.
При использовании уровня магнитной индукции меньше 1,0 Тл не обеспечивается достаточная жесткость
формируемого “каркаса-сетки” для удержания смеси порошков в зоне обработки в процессе его лазерного
расплавления.
Увеличение уровня магнитной индукции выше заявляемого значения 1,8 Тл не обеспечивает повышение эффективности процесса, а также увеличивает энергозатраты на реализацию способа.
За счет высокого градиента температуры в зоне воздействия лазерного луча участки нанесенного слоя смеси
порошков, прилегающие к ней, не разогреваются выше точки Кюри и не теряют своих магнитных свойств, что позволяет “каркасу” удерживать частицы порошка ферромагнетика магнитным полем на упрочняемой поверхности
изделия в процессе всей обработки покрытия.
Пример.
На предварительно очищенные дробеструйной обработкой от загрязнений и окисных пленок плоских образцах из стали 20 диаметром 20 мм и толщиной 7 мм и образцах диаметром 55 мм и толщиной 12 мм производили получение заявляемым способом покрытий, используя смеси порошков 5-ти составов.
2
BY 4078 C1
На подготовленную поверхность образцов насыпали слой смеси порошков толщиной 0,8-1 мм, который
представлял собой смесь порошков ферромагнитного сплава железо-ванадий и никелевого самофлюсующегося сплава ПГ-СР4 (соотношение компонентов смеси порошков в мас. % указано в нижеприведенной сводной таблице опытов).
На данные образцы со слоем смеси порошков накладывали постоянное магнитное поле с помощью специального устройства, имеющего плоский магнитный полюсный наконечник и используемого для магнитноабразивного полирования, которое в целом позволяло создавать на изделии магнитное поле с магнитной индукцией 0,8-2,0 Тл в зоне обработки.
Затем слой смеси порошков на образцах подвергали воздействию непрерывного лазерного излучения, для
чего использовалась лазерная установка непрерывного действия ЛГН-702 мощностью 800 Вт.
Режимы обработки: скорость перемещения лазерного луча - 200 мм/мин, диаметр лазерного луча - 2,5
мм и коэффициент перекрытия дорожек лазерной обработки - 0,8 обеспечивали проплавление слоя смеси
порошков на упрочняемых образцах.
Обработанную лучом лазера поверхность образцов I-го типа оценивали по параметру шероховатости Ra на
профилографе-профилометре модели 252, а затем шлифовали и полировали, чтобы оценить пористость покрытия с помощью микроскопа МИМ-8М в поляризованном свете.
Обработанную лучом лазера поверхность образцов II-го типа после шлифования проверяли на износостойкость на машине торцового трения по методике, аналогичной методике, известной из работы (Васильев
В.П. О методике ускоренной оценки износостойкости металлов // Заводская лаборатория. - 1976. - Ч.2, № 3. С. 337-339).
Испытания образцов на износостойкость проводили на следующих режимах: давление Р = 1,24 МПа,
скорость скольжения V = 2 м/с, время испытаний - 3 часа, среда - масло индустриальное 20. Контртело трубки из твердого сплава ВК-8. Оценка величины износа проводилась на профилографе-профилометре модели 252 по глубине вытертой лунки.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
Состав смеси
порошков,
мас. %
Fe-Va
ПГ-CP4
40
60
50
50
60
40
70
30
80
20
Прототип
Магнитная
индукция в зоне
обработки,
Тл
0,8
1,0
1,4
1,8
2,0
—
Шероховатость покрытия Ra,
мкм
Пористость,
%
Величина износа,
мкм
35
25
20
26
40
60-80
10
5
4
6
12
25
9,5
5,5
5,0
5,5
7,5
8,0
Как видно из таблицы, предложенный способ получения износостойких покрытий на металлических изделиях обеспечивает значительное снижение шероховатости и пористости формируемых покрытий при сохранении высокого уровня износостойкости упрочненного слоя изделий.
Выход за пределы предложенного состава смеси порошков и магнитной индукции в зоне обработки приводит к возрастанию шероховатости и пористости покрытия, а также увеличивает износ образцов.
Источники информации:
1. Кардополова М.А., Спиридонов Н.В., Станкевич О.Н. Влияние режимов лазерной обработки на
микроструктуру // Машиносторение: Республ. Межвед. сб. - Вып. 10. - Мн.: Выш. школа, 1985. - С. 120.
2. Кожуро Л.М., Гальго В.И., Романова Т.Н. Динамика процесса переноса материала ферропорошка при
электромагнитной наплавке // Защитные покрытия при изготовлении деталей машин и их ремонте. Тезисы
докладов НТК. - Минск, 26-27 мая 1992 г. - С. 50-51.
3. Архипов В.Е., Биргер Е.М. Применение лазерной технологии в ремонтном производстве. Сварочное
производство. - 1985. - № 1. - С. 7-8.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
128 Кб
Теги
by4078, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа