Износостойкая футеровка Российский патент 2021 года по МПК B02C17/22 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты деталей машин и конструкций, работающих в особо тяжелых условиях при воздействии различных видов изнашивания. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в значительном повышении износостойкости защищаемых деталей машин и конструкций. Достижение указанного результата обеспечивается тем, что для защиты от изнашивания применяется износостойкая футеровка, которая состоит из стальной пластины с твердыми износостойкими вставками.

Пластина футеровки представляет собой листовой прокат из низкоуглеродистой, хорошо сваривающейся стали, например, стали 20. Толщина пластины 10-20 мм. В пластине имеются сквозные отверстия под износостойкие вставки. Вставка цилиндрической формы выполнена из вторичного твердого сплава на основе карбида вольфрама с кобальтом, содержащего дополнительно никель в количестве 5-15% (мас.). Вставки расположены в пластине в шахматном порядке, с таким расчетом, чтобы поперечное сечение вставок занимало 25-40% поверхности пластины. Верхняя часть вставки выступает над поверхностью пластины на 2-3 мм. В нижней части вставки имеется уплотняющий буртик, диаметр которого больше диаметра отверстия пластины на 0,2-0,5 мм.

В машиностроении для защиты деталей машин от изнашивания находит широкое применение упрочняющая наплавка поверхности деталей и конструкций, преимущественно способом электродуговой сварки. В качестве наплавочных материалов применяют чаще всего аустенитные и мартенситные стали, а также высокохромистые стали и сплавы. (Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление / Пер. с яп. В.Н. Попова. Под ред. B.C. Степина, Н.Г. Шестеркина. - М.: Машиностроение, 1985. С. 19-34).

Наплавки из аустенитных сталей, например из высокомарганцовистой стали Гадфильда, хорошо противостоят ударным нагрузкам, но плохо работают при абразивном изнашивании. Остальные наплавочные материалы лучше работают в контакте с абразивными материалами, но из-за повышенной хрупкости не выдерживают значительных ударных нагрузок. Общим недостатком наплавки износостойкого слоя непосредственно на поверхность деталей машин и конструкций является необходимость предварительного нагрева защищаемых изделий и высокая вероятность возникновения в этих изделиях деформаций, трещин и других дефектов.

Этот недостаток устраняется при применении износостойких футеровок, закрепленных на защищаемых поверхностях деталей машин и конструкций. В качестве таких футеровок часто применяют биметаллические листы с основанием из пластичной хорошо сваривающейся стали, на поверхность которого наплавлен износостойкий слой, например, из высокохромистого сплава на железной основе. Из таких листов вырезают футеровки требуемой формы и закрепляют их на защищаемых поверхностях сваркой или механическим креплением, например, винтами. Такие биметаллические листы производят многие зарубежные фирмы, например, Castoline Eutectic (Швейцария).

(Биметаллические плиты CDP). Электронный ресурс: https://www.wearservice.ru/catalog/bimetallicheskie-plity-cdp

Известна футеровка, состоящая из слоя пластичной стальной основы и слоя износостойкого чугуна. Толщина пластичной основы в 4-6 раз превышает толщину износостойкого слоя. Пластичная основа и износостойкий слой образуют биметаллическую пару, изготовленную литьем (А.с. №1636048, В02С 17/22. Опубл. 23.03.91).

Известна футеровочная плита, состоящая из стальной основы волнового профиля, и армирующих вставок в виде усеченных конусов из белого аустенитного чугуна. Армирующие вставки закреплены в стальной основе с шагом простановки, равным 2-3 диаметрам вставок заподлицо с рабочей поверхностью. (Патент №2016658, В02С 17/22. Опубл. 30.07.94)

Наиболее близкая по конструктивному оформлению футеровка (прототип) содержит плиты из прочного пластичного материала со вставками из износостойкого материала на рабочей поверхности плиты, размещенными по всей ширине каждой плиты в шахматном порядке. Поперечное сечение вставок имеет форму трапеции, большое основание которой заглублено в тело плиты. В качестве износостойкого материала используют износостойкий чугун, модифицированный ультрадисперсной керамикой.

Футеровку изготавливают следующим образом. Вначале изготавливают вставки. Затем их устанавливают соответствующим образом несколькими ярусами в полость литейной формы и заливают сталью. Благодаря трапецеидальному поперечному сечению вставок образуется монолитная конструкция плиты с прочно закрепленными в ней вставками (Футеровка. Патент №2170142, В02С 17/22. Опубл. 10.07.2001)

Общим недостатком рассмотренных выше запатентованных футеровок является низкая износостойкость при ударных нагрузках. Это является следствием повышенной хрупкости чугуна, применяемого в качестве материала износостойких вставок, а также вероятного наличия литейных дефектов в литой основе футеровок.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в значительном повышении износостойкости футеровки.

Достижение указанного результата обеспечивается тем, что для защиты от изнашивания применяется износостойкая футеровка, которая состоит из прочной и пластичной пластины с твердыми износостойкими вставками. Пластина, являющаяся основанием футеровки, представляет собой листовой прокат толщиной 10-20 мм со сквозными отверстиями под износостойкие вставки. Материал пластины - низкоуглеродистая, хорошо сваривающаяся сталь, например, Ст.20. Высокая прочность, пластичность и вязкость стали обеспечивает сопротивление футеровки ударным нагрузкам. Хорошая свариваемость стали позволяет надежно закреплять футеровку на защищаемой поверхности деталей и конструкций способом сварки. Вставка цилиндрической формы выполнена из вторичного твердого сплава на основе карбида вольфрама с кобальтом, содержащего дополнительно никель в количестве 5-15% (мас.). Дополнительное легирование вторичного твердого сплава никелем повышает его прочность и вязкость, а следовательно, и сопротивление ударным нагрузкам. Вставки расположены в пластине, с таким расчетом, чтобы суммарное поперечное сечение вставок занимало 25-40% поверхности пластины. Практический опыт и расчеты показывают, что при суммарном поперечном сечении вставок менее 25% существенно увеличивается абразивное изнашивание пластины, а при суммарном поперечном сечении более 40% резко снижается прочность пластины и ее сопротивление удару. Верхняя часть вставки выступает над поверхностью пластины на 2-3 мм. Выступающие над поверхностью стальной пластины вставки создают на поверхности пластины полости, которые заполняются частицами изнашивающей среды, что в дальнейшем уменьшает абразивный износ пластины. При высоте выступов вставок менее 2 мм полости на поверхности пластины практически не задерживают частицы изнашиваемой среды. При высоте выступов более 3 мм увеличивается расход твердого сплава без существенного уменьшения абразивного износа пластины. В нижней части вставки имеется уплотняющий буртик, диаметр которого больше диаметра отверстия пластины на 0,2-0,5 мм. Наличие такого буртика позволяет надежно закрепить вставку в пластине путем запрессовки с созданием натяга. Если диаметр буртика будет отличаться от диаметра отверстия на величину менее 0,2 мм, снизится величина натяга и надежность закрепления вставок в пластине. При отличии диаметра буртика от диаметра пластины на величину более 0,5 мм значительно увеличивается давление запрессовки без повышения надежности закрепления вставок.

Конструкция предлагаемой футеровки поясняется следующими фигурами.

Фиг. 1 - Пластина с износостойкими вставками.

Фиг. 2 - Сечение А-А, фиг. 1.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны:

поз. 1 - пластина из прочного пластичного материала,

поз. 2 - вставки из износостойкого материала,

поз. 3 - уплотняющий буртик.

Износостойкую футеровку изготавливают следующим образом. Из порошка вторичного твердого сплава ВК с добавкой никеля по классической порошковой технологии (холодное прессование и спекание) изготавливают износостойкие вставки. Из листового проката лазером вырезают пластину требуемой конфигурации и в пластине выполняют сквозные отверстия. Износостойкие вставки запрессовывают в отверстия пластины.

Изобретение может быть использовано для защиты деталей машин и конструкций, работающих в особо тяжелых условиях при воздействии различных видов изнашивания. Износостойкая футеровка содержит твердые износостойкие цилиндрические вставки с уплотняющим буртиком из вторичного твердого сплава на основе карбида вольфрама с кобальтом, размещенные в сквозных отверстиях прочной и пластичной пластины из низкоуглеродистой и хорошо свариваемой стали по всей ширине в шахматном порядке. Изобретение позволяет обеспечить эффективное сопротивление футеровки ударным нагрузкам. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Износостойкая футеровка содержит пластину из прочного пластичного материала, представляющую собой листовой прокат 10-20 мм и выполненную со сквозными отверстиями, расположенными в шахматном порядке по всей ширине плиты, в которые установлены вставки из износостойкого материала, в качестве которого используют вторичный твердый сплав на основе карбида вольфрама с кобальтом, при этом износостойкие вставки имеют цилиндрическую форму с уплотняющим буртиком и размещены в плите таким образом, чтобы суммарная площадь рабочей поверхности составляла 25-40% от рабочей поверхности плиты.

2. Износостойкая футеровка по п. 1, в которой в качестве прочного пластичного материала используют низкоуглеродистую сталь.

3. Износостойкая футеровка по п. 1, в которой вторичный твердый сплав на основе карбида с кобальтом дополнительно содержит 5-15% никеля.

4. Износостойкая футеровка по п. 1, в которой верхний торец износостойкой вставки выступает над поверхностью пластины на 2-3 мм, а диаметр уплотняющего буртика на 0,2-0,5 мм больше диаметра отверстия в пластине.