Смесь для поверхностного легирования отливок Советский патент 1984 года по МПК B22D27/18 B22C3/00 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при поверхностном легировании отливок из железоуглеродистых сплавов.5

Известны леги рующие покрытия литейных форм и стержней для поверхностного легирования отливок с целью повышения их ударн..-абразивной износостойкости. Покрытие включает )0 железо, хром, углерод,,кремний, никель и связующее ij

Недостатком зтого покрытия является неудовлетворительное качество , легированного слоя, обусловленное is необходимостью расплавления покрытия теплом кристаллизующегося в форме металла. При недостаточном количестве тепла (мелкое литье) или низком перегреве металла покрытие расплавляется 20 только частично, в нем остаются неоплавленные зерна металла, слабо связанные между собой и с основным объёмом отливки.

.: ,25

Известно поверхностное легирова- ние отливок, при котором применяют пасты, содержащие экзотермические смеси, являющиеся дополнительным источником тепловой энергии. В состав таких паст входят окиси хрома, алюминия и фтористый литий. При контакте с жидким металлом в слое пасты за счет восстановления .алюминия и хрома , развивается температура, превышающая температуру кидкого металла. Ос- .. нрвная масса хрома из слоя пасты успе вает перейти в легируемый металл Н

Йёдостатком этого способа является его крайняя нестабильность протекания процесса и качества легированного слоя. Кроме того, часть восстановленнбго хрома остается в образующемся при реакции шлаке, а сам шпак вступает в химическое взаимодействие с формой, приводя к образованию нежелательных побочных продуктов, засоряющих отливку; в отливку также попадает окись алюминия.

Наибр ее близкой по составу и до-50 стигаемому результату к предлагаемой является смесь для поверхностного легирования отливок, содержащая порошки легирующих элементов в сочетании с железом, термит в виде порошка 55 и связующее в виде жидкого стекла. Термит включает окалину малоуглеродистого проката и алюминий 3j .

Недостатком данной смеси является образование в процессе реакции окиси алюминия, которая остается в поверхностном легирующем слое, ухудшая его качество, а также невозможность использования углерода как материала для насьш5ения поверхности отливок из-за интенсивного газообразования (формирования СО в результате взаимодействия углерода с железной окалиной

Цедью изобретения является улучшение качества легирования за счет растворения термитной составляющей -в noверхностном легированном слое.

Поставленная цель достигается , что в смеси для поверхностного легирования отливок, включающей порошки легируюпрх элементов в сочетании с железом, термит в виде порошка и .связующие в виде жидкого стекла, термит содерж цирконий в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.%) 88/12 и 81/19 соответственно, или титан в сочетаний с углеродом или бором в соотношении (мас.%) 80/20 и 69/31 соответственно при следующем соотношении компонентов смеси, мас.:

Легирующие порошки.

22-50

упомянутых металлов

Упомянутьй термит 48-75 5

Связующее ввиде

2,0-2,5

жидкого стекла

Смесь приготавливается в виде пасты или наносится на пластины. Пастой окрашивают поверхность формы, пластины устанавливают (заформовывают) на плоских поверхностях.

Наличие в смеси химического источника тепловой, энергии, включакнцего порошки титана или циркония, в смеси с бором или углеродом (смесей), взятые в стехиометрическом соотношении, соответствующем образованию карбида или борида титана, или циркония, приводит к улучшению качества легирования не только з.а счет вьщеления тепла при взаимодействии названных-элементов, но и за счет образования упрочняющих дисперсных частиц: боридов и карбидов титана или циркония, которые в процессе легирования распределяются в структуре легированного слоя иупрочняют его, а не нарушают сплошности .

Под действием этого тепла йроисходит расплавление легирующих компонентов, а карбиды или бориды перехЪдят в легированнь1й слой металла, дополнительно упрочняя его. Оптимальное отн шение смеси титана или циркония с бо ром или .углеродом к массе легирую1Щ1Х компонентов составляет 0,94-3,43 I При соотношении термитной составляющей больше 3,54 нарушается стабильность воспламенения ее, поскольку уменьшается вероятность соприкосновения частиц термитной составляющей, соотношение меньшее чем 0,92 нецелесообразно из-за обеднения общего состава смеси легирующими элементами. Пример ы. Для приготовления смеси применяют следующие исходные материалы: порошки железа, феррохрома (ХР 000) и электродного боя - легирующие компоненты, порошки титана .1и циркония в смеси с бором или ламповой сажей, взятые в стехиометричес-2о ность изобретения для поверхностного

ком соотношении, соответствующем образованию заданного борида или карбида термирная составляющая. Порошки термитной составляющей имеют размер частиц 20-100 мкм, углерод - в виде лам-25 повой сажи ПМ-15. Для сравнения готовят смесь с кла сическим термитом з , используют окалину малоуглеродистого проката и порошок алюминия. Упомяяутые компоненты перемешиваю всухую, затем добавляют связукнцее TfKf yioe. стекло, перемешивают вновь и формируют из смеси легирующие пластины, которые 3|атем просушивают при 280 С. Пластины устанавливают на дно формы и заливают жидкой сталью марки 25Л. Варианты использованных смесей приведены в таблице, где в опытах 1-36 применяют смеси в соотвнтствии с изобретением, в опытах 37-38 в соответствии с прототипом. G учетом возможных погрешностей и колебаний в условиях технологичес ких процессов литейного производства учтены некоторые отклонения от стехиометрического состава, .которые и отмечены в т.аблицс. Исследование металла отливок пока зывает, что легированный слой имеет

;легирования по сравнению с базовым объектом, за который принят прототип, заключается в повышении качества легированного слоя, в возможности структуру литого металла,- что свидетельствует о полном расплавлении металлических составляющих и переходе в. раствор компонентов, участвукицих ,в реакции, и продуктов реакции (за исключением тугоплавких карбидов и боридов). Переход от легированного поверхностного слоя к основному металлу - плавный4 Исключения составляют эксггеримёнты по вариантам 37 и 38. В обоих случаях в легированном слое набл1одаются скоагулированные грубые включения А1лО. В экспериментах по варианту 38 слой плохо формируется, поражается раковинами, крупными и мелкими порами. Технико-экономическая эффективповерхностно легировать как толстостенные, так и тонкостенные отливки-. В процессе горения экзотермической термитной смеси не образуется шпаковой фазы, в отличие от прототипа, в jjoTOpoM классический железо-алюминиевый термит при горении образует окисел алюминия, загрязняющий легйрованньй поверхностный слой отливок. В предлагаемом рещении происходит бескислородное горение, продуктами реакции являютс:я не окислы, а карби-г. ды или бориды, т.е. высокотвердые ме аллические фазы, не загрязнякщие поверхностный слой, а наоборот, упрочняющие его. Эти карбиды и бориды являются тугоплавкими соединениями. В про- цессе поверхностного легирования отливок они образуют прочный тугоплавкий скелет, который препятствует растворению образующегося поверхностного слоя в жидком металле и унЬсу этого слоя во внутреннюю часть отливки.

8

Продолжение таблицы

СМЕСЬ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ОТЛИВОК, включающая порошки легирующиХч элементов в сочетании с железом, термит в виде лорошка и связующее в виде жидкого стекла, отличающаяся тем, что, с цепью улучшения качества легирования за счет растворения термита в поверхностном легированном слое, термит содержит цирконий в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.%) 88/12 и 81/19 соответственно, или титан в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.%) 80/20 и 69/31 соответственно при следующем соотношении компонентов смеси, Mac.Z: Легирующие порошки упомянутых металлов 22-50 Предлагаемый термит 48,0-75,5 Связующее в виде жидкого стекла 2,0-2,5 S

с прототипом)

37(с термита в соответствии

38 с прототипом

42,2Fe+18,5XpOOO 2,3

A2,2Fe+16,5XpOOO+2C 2,3