СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ ЗЕРНИСТЫМ ПРИСАДОЧНЫМ МАТЕРИАЛОМ Российский патент 2008 года по МПК B22D19/10 B23P6/00 B23K25/00 

Изобретение относится к электрошлаковой наплавке (ЭШН) зернистым присадочным материалом и может быть использовано для получения литых, биметаллических и восстановления изношенных деталей.

Известен способ изготовления и восстановления деталей, включающий закрепление детали и кокиля, использование расходуемого или нерасходуемого электрода в расплаве шлаковой ванны с подачей туда зернистого присадочного материала (Кусков Ю.М. и др. Электрошлаковая наплавка / Под ред. А.Ф.Пименова. - М.: ООО «Наука и технологии». - 2001, с.67-74).

Недостатком способа является высокая трудоемкость изготовления присадочного материала из высоколегированных материалов.

В качестве ближайшего аналога выбран способ изготовления и восстановления деталей электрошлаковой наплавкой, включающей сборку кокиля и детали, использование расходуемого или нерасходуемого электрода в расплаве шлаковой ванны с подачей туда зернистого присадочного материала (Кусков Ю.М., Ксендзык Г.В. Применение зернистого присадочного материала при электрошлаковой наплавке (Обзор) // Современные способы наплавки и их применение, - Киев: ИЭС, 1982. - С.62-70.).

Недостатком способа является высокая трудоемкость изготовления присадочного материала из высоколегированных материалов, неравномерное распределение их в объеме шлаковой ванны, а также нерациональное их использование в связи с тем, что легируется весь объем отливки детали, а не ее рабочая часть. Кроме этого, если применяются два и более вида зернистых присадочных материалов, имеющих различный фракционный состав, то это приводит к их расслоению в дозаторе, что резко снижает качество наплавки. В этом случае необходимо применение двух и более дозаторов, что значительно усложняет технологический процесс наплавки, повышает ее трудоемкость, а также повышает вероятность снижения качества наплавки из-за сложности синхронизации работы нескольких дозаторов.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение качества наплавляемого металла и снижения себестоимости ЭШН за счет направленного и экономного легирования преимущественно рабочей поверхности детали и применения нелегированного или малолегированного зернистого присадочного материала, выполняющего лишь роль металла - связки для легирующих элементов.

Указанная техническая задача решается тем, что в способе электрошлаковой наплавки зернистым присадочным материалом, включающем сборку детали с кокилем, использование расходуемого или нерасходуемого электрода в расплаве шлаковой ванны с подачей в нее зернистого присадочного материала, в отличие от прототипа, после сборки детали с кокилем вдоль стенки последнего со стороны рабочей поверхности детали устанавливают легирующую пластину, используют нелегированный или малолегированный присадочный материал, который в процессе наплавки выполняет роль связки для легирующих элементов пластины, при этом подают его в зазор между электродом и пластиной.

В качестве легирующей пластины используют многокомпонентные материалы, полученные литьем или прессованием порошковой шихты со связующим, а в качестве зернистого присадочного материала - чугунную дробь или стружку.

Установка легирующей пластины со стороны рабочей поверхности детали обеспечивает направленное легирование именно этой поверхности, что обеспечивает, с одной стороны, получение высоких эксплуатационных свойств детали, а с другой - экономию легирующих элементов. При этом в качестве зернистого присадочного материала используются нелегированные или малолегированные дешевые и недефицитные материалы, выполняющие роль металла - связки для легирующих элементов, содержащихся в легирующей пластине. В качестве легирующих пластин могут быть использованы литые твердые сплавы типа стеллитов, включая стеллитоподобные, например сормайт, и высококарбидные славы или высоколегированные стали. Однако наиболее широкие возможности для направленного легирования и варьирования составом наплавленного металла дает технология изготовления легирующих пластин путем смешивания со связующим и прессования различных порошкообразных компонентов, таких как феррославы, порошки металлов, сплавов, минерального сырья и др. Все это обеспечивает повышение качества и снижение себестоимости ЭШН.

Примеры выполнения способа.

Пример 1. Проводят изготовление отливки ЭШН с применением зернистого присадочного материала и легирующей пластины. В качестве легирующей пластины используется литая пластина из сормайта, а в качестве зернистого присадочного материала - чугунная стружка (СЧ21-40). Наплавку осуществляют нерасходуемым электродом из вольфрама марки ЭВИ-1.

На стальную подложку в виде прямоугольной пластины устанавливают медный водоохлаждаемый кокиль, засыпают тонкий слой песка (для исключения сплавления наплавки с подложкой) и вдоль стенки кокиля, со стороны предполагаемой рабочей поверхности детали, закрепляют легирующую пластину. Затем засыпают флюс (АН-348) и нерасходуемым вольфрамовым электродом наводят шлаковую ванну, после чего между электродом и пластиной из дозатора подают чугунную стружку и осуществляют процесс ЭШН. При этом электрод в процессе наплавки подымают со скоростью, равной скорости подъема шлаковой ванны. После наплавки отливка (25×30×40 мм) легко отделяется от подложки.

Анализ химического состава показал, что количество легирующих элементов, перешедших из расплавленной легирующей пластины в отливку, плавно убывает от ее рабочей поверхности вглубь материала. Испытание на абразивную износостойкость по ГОСТ 23.208-79 показали, что износостойкость рабочей поверхности отливки в 2,5 раза выше, чем не рабочей.

Пример 2. Проводят восстановление бил молотковых мельниц ЭШН с применением зернистого присадочного материала и легирующей пластины. Предварительно изношенные била отрезают на вертикальном ленточнопильном станке для получения ровной торцевой поверхности, одинаковой массы и размеров. Для изготовления легирующих пластин используют порошки ПХ23Н18, вольфрама и ферромарганца. Исходя из требуемого химического состава наплавки (установлен экспериментально в процессе лабораторных исследований) рассчитывают и отвешивают требуемое количество вышеназванных легирующих компонентов, осуществляют их сухое смешивание, а затем вводят связующее (жидкое стекло). Полученную вязкотекучую массу прессуют в специальной пресс-форме и сушат в печи при температуре 300°С в течение часа.

Изношенное било закрепляют в специальной установке для ЭШН вертикально, а сверху устанавливают медный водоохлаждаемый кокиль. Вдоль стенки кокиля со стороны рабочей поверхности била устанавливают легирующую пластину, затем вводят расходуемый электрод (стальная полоса 110×20 мм из обычной малоуглеродистой стали), засыпают флюс и осуществляют процесс ЭШН. В процессе наплавки с помощью дозатора между электродом и легирующей пластиной подают заданное количество чугунной дроби марки ЧДЛ.

Анализ химического состава восстановленных бил показал, что рабочая часть била толщиной порядка 15 мм представляет собой легированный чугун, плавно переходящий в сталь. Причем наибольшее количество легирующих элементов (порядка 70%) находится именно в этой части, чем обеспечивается ее высокая износостойкость.

Производственные испытания восстановленных бил, наплавленных известными и предлагаемым способами показали, что износостойкость последних в 1,5-2 раза выше, а себестоимость в 1,3-1,5 раза ниже.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления и восстановления деталей ЭШН зернистым присадочным материалом с использованием легирующих пластин, по сравнению с известными способами, обеспечивает повышение качества наплавляемого металла и снижение себестоимости ЭШН

Изобретение может быть использовано для получения литых, биметаллических и восстановления изношенных деталей. После сборки детали с кокилем вдоль стенки последнего со стороны рабочей поверхности детали устанавливают легирующую пластину. Используют расходуемый или нерасходуемый электрод в расплаве шлаковой ванны с подачей в нее нелегированного или малолегированного зернистого присадочного материала, который в процессе наплавки является связкой для легирующих элементов пластины. Подают зернистый материал в зазор между электродом и пластиной. Используют легирующую пластину, содержащую многокомпонентные материалы, полученную литьем или прессованием порошковой шихты со связующим. В качестве зернистого присадочного материала используют чугунную дробь или стружку. Изобретение позволяет повысить качество наплавляемого металла и снизить себестоимость наплавки за счет направленного и экономного легирования рабочей поверхности детали и применения нелегированного или малолегированного зернистого присадочного материала, выполняющего роль металла - связки для легирующих элементов. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ восстановления деталей электрошлаковой наплавкой, включающий сборку детали с кокилем, использование расходуемого или нерасходуемого электрода в расплаве шлаковой ванны с подачей в нее зернистого присадочного материала, отличающийся тем, что после сборки детали с кокилем вдоль стенки последнего со стороны рабочей поверхности детали устанавливают легирующую пластину, используют нелегированный или малолегированный зернистый присадочный материал, который в процессе наплавки выполняет роль связки для легирующих элементов пластины, при этом подают его в зазор между электродом и пластиной.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют легирующую пластину, содержащую многокомпонентные материалы, полученную литьем или прессованием порошковой шихты со связующим, а в качестве зернистого присадочного материала используют чугунную дробь или стружку.