Способ наплавки износостойких покрытий Российский патент 2025 года по МПК B23K9/04 B23P6/00 

Изобретение относится к восстановлению изношенных поверхностей деталей методом электродуговой наплавки в среде защитного газа аргон, в частности может быть использовано при восстановлении деталей из белого высокохромистого чугуна, сплавов на основе чугунов.

Актуальность изобретения заключается в возможности применения данного способа наплавки, при ремонте горно-обогатительного оборудования иностранного и отечественного производства, а также ответственных деталей и изнашивающихся запчастей, изготовленных из белого высокохромистого чугуна применяемых в различных отраслях промышленности.

Известен способ наплавки (Способ многослойной наплавки чугуна на железоуглеродистую основу изделия. SU 1676763 А1. 1991.09.15.), по этому способу осуществляют многослойную наплавку чугуном для создания переходной зоны с постепенным повышением твердости к поверхности наплавки и получения таким способом в последних слоях наплавки структуры отбеленного чугуна, обладающего высокой износостойкостью и стойкостью против трещинообразования. Для получения переходной зоны наплавляют слой одного материала - чугуна, в котором изменяется содержание одного легирующего элемента (в предлагаемом способе - AI). Недостатком данного способа является ограниченная износостойкость наплавленного покрытия, низкая твердость наплавленного слоя.

Наиболее близким к изобретению по способу нанесения является способ наплавки износостойких покрытий (RU 2429954 С2 27.09.2011) который принят за прототип, по этому способу электродуговой наплавки в защитных газах по слою флюса на сталь износостойких покрытий системы железо-алюминий с содержанием алюминия 10-40% (мас. %), при котором в качестве присадочного материала используют алюминиевую проволоку или проволоку из алюминиевых сплавов. Наплавку проводят по слою флюса, содержащего оксид хрома и криолит при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид хрома (III) - 25-35; криолит - 65-75.

Недостаток данного способа является применение криолита, материала минерального происхождения, что несёт дополнительное удорожание способа, а также данным способом невозможно восстанавливать глубокие места износа.

Цель изобретения - повышение износостойкости и экономичности восстановленных деталей из белого высокохромистого чугуна с неравномерным износом рабочей поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что предложен способ электродуговой наплавки многослойных износостойких покрытий системы железо-алюминий, на восстанавливаемой чугунной детали, включающий проведение наплавки с использованием проволоки на основе железа и проволоки на основе алюминия, при этом наплавку проводят в защитных газах при режимах, обеспечивающих получение покрытия содержащего 10-40 мас. % алюминия, отличающийся тем, что износостойкое покрытие получают последовательной наплавкой двух присадочных материалов в несколько этапов. Деталь подготавливают, очищают от различных загрязнений и лакокрасочного покрытия, помещают в печь для предварительного нагрева и прогревают до температуры высокого отжига от 600°С в течение 15 минут. На нагретую деталь из белого чугуна, ручной дуговой сваркой с использованием неплавящегося электрода под защитой инертных газов наносится первичный слой из материала Х23Ю5Т. На неостывший слой Х23Ю5Т, при температуре поверхности не ниже 600°С, наносится поверхностный защитный слой из материала AlSi 4043. Восстановленную деталь помещают в разогретую до 600°С печь, для медленного остывания вместе с печью до комнатной температуры.

Фиг. 1. Электронно-микроскопическое изображение наплавленного слоя с точечными спектрами.

Фиг. 2. Химический состав наплавленного материала в точках исследования

Фиг. 3. Твердость полученных слоев

Восстановление деталей из белого чугуна проводили последовательной наплавкой двух присадочных материалов в несколько этапов. На первом этапе деталь подготавливили, очистили от различных загрязнений и лакокрасочного покрытия, поместили в печь для предварительного нагрева и нагрели до температуры высокого отжига от 600°С в течение 15 минут. На втором этапе на нагретую деталь из белого чугуна, с помощью ручной дуговой сварки с использованием неплавящегося электрода под защитой инертных газов (TIG метод) наносится первичный слой из материала Х23Ю5Т, данным материалом выравнивается изношенная поверхность и геометрические размеры детали. На третьем этапе на неостывший слой Х23Ю5Т, при температуре поверхности не ниже 600°С, наносится поверхностный защитный слой из материала AlSi 4043 на режимах, обеспечивающих формирование интерметаллида алюминия, системы FeAl и Fе₃Аl. На четвертом этапе восстановленную деталь помещают в разогретую до 600°С печь, для медленного остывания вместе с печью до комнатной температуры. В результате чего получается поверхностное износостойкое покрытие с высокой твердостью 62 HRC, что на 24 % больше исходного материала. Твердость восстанавливаемого материала составила 50 HRC.

Пример реализации способа: Деталь, изготовленная из белого высокохромистого чугуна марок ASTM A532IIIA, А05 с глубиной износа от 3 мм по всей поверхности и до 25 мм локально очистили от загрязнений, ржавчины механической зачисткой абразивными инструментами или металлическими щетками. После зачистки деталь поместили в печь для медленного нагрев до температуры высокого отжига от 600 °С до 800 °С. После нагрева детали её переместили на сварочную поверхность. Восстановление изношенной поверхности выполняли методом TIG. Сначала заполнили глубокие места износа при помощи проволоки из присадочного материала Х23Ю5Т диаметром 2 мм, перемещая горелку со скоростью от 1 до 2 мм/сек, проволока подается в сварочную ванну перед дугой, угол между наконечниками подачи проволоки составляет 50°, а угол подачи между наконечниками и подложкой составляет 25°. Напряжение дуги регулируется от 13 до 15 В самостоятельно таким образом, чтобы поддерживалась величина сварочного тока постоянной в диапазоне от 90 до 120 А в соответствии с визуальной оценкой ширины наплавочной ванны.

Наплавку материала Х23Ю5Т производят до момента выравнивания геометрической формы изношенной поверхности из белого высокохромистого чугуна. В процессе наплавки, при помощи инфракрасного пирометра или термопары, отслеживается температура поверхности восстанавливаемой детали, и при необходимости при помощи нагревательных устройств поддерживается в интервале не ниже 600°С.

Следующей операцией производится наплавка материала AlSi 4043. На ещё не остывшую деталь, наплавка осуществляется тем же методом ТIG, с применением проволоки AlSi 4043 диаметром 1,4 мм перемещая горелку со скоростью от 1,5 до 2,5 см/с, проволока подается в сварочную ванну перед дугой, угол между наконечниками подачи проволоки составляет 50°, а угол подачи между наконечниками и подложкой составляет 25°. Напряжение дуги напряжения от 13 до 15 В, среднее значение тока 80 А.

По завершению наплавки AlSi 4043, восстановленная поверхность визуально осматривается на наличие дефектов, при отсутствии дефектов деталь помещают в нагретую до 600°С печь, для совместного медленного остывания вместе с печью.

Металлографический анализ поперечного шлифа наплавленной поверхности, приведенный на фиг. 1. показал, что в первом и во втором слое наплавленных на белый чугун материалов не наблюдается дефектов в виде трещин, на поверхности детали, при наплавке материала AlSi 4043 на материал Х23Ю5Т получено твердое интерметаллическое покрытие системы Fe₃Al. В табл. 1 приведен анализ химических элементов, содержащихся в наплавленном слое на границе раздела материалов Х23Ю5Т с 4043. Спектры 1-3 соответствуют верхнему наплавленному слою из материала AlSi 4043.

Анализ твердости наплавленного материала, подтвердил, что полученный интерметаллидный слой материала твёрже подложки на 20% от первоначальной твердости, данные по послойной твердости показаны на фиг.3.

Таким образом, показана перспективность использования технологии синтеза «на месте» на поверхности изношенных деталей из белого чугуна покрытия на основе интерметаллида Fe₃Al путём применения дуговой сварки TIG и присадочных проволок из сплавов Х23Ю5Т и 4043.

Изобретение относится к восстановлению наплавкой изношенных поверхностей деталей из белого высокохромистого чугуна методом электродуговой наплавки в среде защитного газа. Износостойкое покрытие получают последовательной наплавкой в защитных газах двух присадочных материалов с использованием присадочных проволок на основе железа и алюминия. Осуществляют предварительный нагрев детали в печи до температуры высокого отжига от 600 до 800°С в течение 15 минут. На нагретую деталь наносят первый слой покрытия методом ручной дуговой сварки в инертных газах с использованием неплавящегося электрода и присадочной проволоки Х23Ю5Т до выравнивания геометрической формы изношенной поверхности. На неостывший первый слой при температуре поверхности не ниже 600°С наносят второй поверхностный защитный слой из присадочной проволоки AlSi 4043. Восстановленную деталь помещают в разогретую до 600°С печь для медленного остывания вместе с печью до комнатной температуры. Способ обеспечивает высокую износостойкость восстановленной детали из белого чугуна с неравномерным износом поверхности. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

Способ восстановления детали из белого чугуна наплавкой износостойкого покрытия, включающий подготовку детали путем очистки от загрязнений и лакокрасочного покрытия и осуществление наплавки с получением износостойкого покрытия, отличающийся тем, что износостойкое покрытие получают последовательной наплавкой в защитных газах двух присадочных материалов с использованием присадочных проволок на основе железа и алюминия, при этом осуществляют предварительный нагрев детали в печи до температуры высокого отжига от 600 до 800°С в течение 15 минут, затем на нагретую деталь наносят первый слой покрытия методом ручной дуговой сварки в инертных газах с использованием неплавящегося электрода и присадочной проволоки Х23Ю5Т до выравнивания геометрической формы изношенной поверхности, после чего на неостывший первый слой при температуре поверхности не ниже 600°С наносят второй поверхностный защитный слой из присадочной проволоки AlSi 4043, а затем восстановленную деталь помещают в разогретую до 600°С печь для медленного остывания вместе с печью до комнатной температуры.