ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ЧУГУНА ДЛЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК C22C37/10 C23C4/06 B22F1/00 

Порошковый материал на основе чугуна для газотермического напыления относится к составам для нанесения антифрикционных износостойких покрытий с целью восстановления изношенных деталей и узлов, например чугунных цилиндров газомотокомпрессоров, и может быть использован в области машиностроения.

Известно применение порошковых чугунов в качестве материала для восстановления изношенных деталей и узлов, в том числе и цилиндров газомотокомпрессоров. Одним из наилучших порошковых чугунов является легированный чугун Пр-4Н15Д7 по ТУ14-127-204-82 (см. Порошки металлические легированные для защитных покрытий. Тула, НПО «Тулачермет», 1984, 9 стр., справочник «Чугун» под ред. А.Д.Шермана и А.А.Жукова, 1991, стр.93-124).

Достоинством покрытий из чугунов, в том числе и легированных, нанесенных газотермическим напылением, являются их удовлетворительные антифрикционные свойства в условиях смазки маслами, а также их относительно невысокая стоимость.

В то же время, в условиях трения чугунного поршня по чугунному цилиндру выявилась их недостаточная износостойкость, а следовательно, и небольшой ресурс. Так, ресурс цилиндров газомотокомпрессоров, восстановленных газотермическим напылением порошком Пр-4Н15Д7 рабочего зеркала, не превышает 2000 часов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является порошок легированного чугуна ПР-ЧН15Д7, содержащий, мас.%: углерод - 2,2...3,0; хром - 1,7...2,3; кремний - 2...3,0; марганец - 0,5...1,5; медь - 5,8...7,8; никель - 15,5...17,5, железо - остальное (см. ТУ 14-127-204-82), выпускаемый НПО «Тулачермет».

Покрытие, нанесенное газотермическим напылением указанного чугуна, по твердости не превышает НВ190 и практика его применения для ремонта износостойкого зеркала цилиндров выявила следующие результаты:

- недостаточная износостойкость особенно при температурах выше 350°С, проявившая себя в образовании рисок и других очаговых зон износа, как правило, в верхней части цилиндров, где наблюдается дефицит смазки;

- высокого содержания никеля (15,5...17,5 мас.%) и небольшого содержания хрома (1,7...2,3 мас.%) в чугуне, по-видимому, недостаточно для активной защиты зеркала цилиндра в агрессивной среде продуктов сгорания от образования прогарных трещин в местах образования очаговых зон.

Задачей настоящего технического решения является повышение износостойкости, жаростойкости, а следовательно, и ресурса восстановленных изделий.

Поставленная задача решается за счет того, что порошковый материал для газотермического напыления антифрикционных износостойких покрытий на основе железа, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, дополнительно содержит бор и повышенную долю хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод - 2,5...3,9; кремний - 2,0...2,5; хром - 8,0...10,0; марганец - 0,8...1,9; никель - 14,0...16,0; медь - 5,0...8,0; бор - 1,4...1,8; железо - остальное.

Состав чугуна выбран из следующих соображений. По сравнению с прототипом увеличено содержание хрома до 10 мас.%, так как хром резко увеличивает жаростойкость всего покрытия. Дальнейшее увеличение содержания хрома приводит к ухудшению возможности механической обработки резанием, в том числе и резцами с твердосплавными пластинами, при шлифовании или хонинговании часто образуются шлифовочные трещины. Дополнительно введен бор в количестве 1,4-1,8 мас.%, обладающий хорошими рафинирующими свойствами. Он активно препятствует образованию оксидов на зеркале цилиндров и этим способствует повышению эксплуатационных свойств покрытия. Дальнейшее повышение содержания бора в покрытии не ведет к росту указанных свойств. При содержании бора менее 1,4 мас.% его свойства проявляются не столь активно.

Покрытия, нанесенные газотермическим напылением из предлагаемого материала, были испытаны на износостойкость на машине трения МИ-1М по схеме диск - колодка в масле, где диски были напылены предлагаемым материалом, а колодка изготовлена из материала поршневого кольца (отбеленного чугуна), испытания проводили при нагрузке 100 кг в течение 12 часов. Кроме того, были проведены испытания стандартных образцов на жаростойкость в печи при t=350°C в течение 500 часов. Результаты испытаний приведены в таблице №1 и 2.

Из таблиц 1 и 2 видно, что предлагаемое покрытие по износостойкости и жаростойкости значительно превосходит покрытие прототипа, нанесенное таким же газотермическим методом напыления. Коэффициенты трения у предлагаемого материала и у прототипа близки. Испытания предлагаемого материала, напыленного на внутреннюю поверхность чугунных силовых цилиндров газокомпрессора марки 10ТКМ, показали существенный рост их ресурса.

Таблица №1Наименование порошкаИзменение веса, гКоэффициент тренияТвердость НВПР-ЧН15Д7 Ближайший аналогдиск0,280,008170-185колодка0,016Предлагаемые материалыС содержанием Сч. - 8%
В - 1,4%диск0,0920,009205-215колодка0,012С содержанием Сч. - 10%
В - 1,8%диск0,0750,01220-235колодка0,014С содержанием Сч. - 7%
В - 1,2%диск0,130,009195-202колодка0,02С содержанием Сч. - 12%
В - 2%диск0,0420,012240-252колодка0,015Примечание: Величина изменения веса и коэффициента трения приведена средняя по испытаниям 5 пар образцов.

Таблица №2Наименование покрытияПривес, «г»ПримечаниеПР-ЧН15Д7
прототип0,42÷0,58Появление цветов побежалостиС содержанием
Сч.-8%
В-1,4%0,01÷0,018Цвет покрытия не изменилсяС содержанием
Сч.-10%
В-1,8%0,012÷0,018Цвет покрытия не изменилсяС содержанием
Сч.-7%
В-1,2%0,12÷0,14Цвет покрытия изменился незначительноС содержанием
Сч.-12%
В-2%0,01÷0,015Цвет покрытия не изменился

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам материалов для нанесения антифрикционных износостойких покрытий методами газотермического напыления. Порошковый материал на основе чугуна, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, никель, медь для повышения износостойкости, жаростойкости и ресурса восстановленных изделий, дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод - 2,5-3,9, кремний - 2,0-2,5, хром - 8,0-10,0, марганец - 0,8-1,9, никель - 14,0-16,0, медь - 5,0-8,0, бор - 1,4-1,8, железо - остальное. 2 табл.

Порошковый материал на основе чугуна для газотермического напыления антифрикционных износостойких покрытий на основе железа, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор и повышенную долю хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод2,5-3,9Кремний2,0-2,5Хром8,0-10,0Марганец0,8-1,9Никель14,0-16,0Медь5,0-8,0Бор1,4-1,8ЖелезоОстальное