Способ изготовления массивных биметаллических изделий наплавкой Советский патент 1986 года по МПК B22D19/08 

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к получению биметаллических деталей с антифрикционными свойствами.

Цель изобретения - снижение затрат на форму-контейнер и наплавляемый материал при одновременном получении качестве тного биметаллического изделия .

Экономически выгодно и технически целесообразно основу крупногабаритных пар трения получать из сравнительно прочной конструкционной стали, а необходимые антифрикционные свойства - наплавкой на рабочие поверхности слоя бронзы.

На чертеже схематически изображено устройство для реализации предлагаемого способа получения, например, биметаллической шестерни.

На ст шьную заготовку 1 устанавливают дополнительную форму-контейнер 2 с зазором А, равным заданной толщине наплавляемого антифрикционного слоя. Цветной сплав 3 (бронзу) помещают в контейнер 4, соединяя его в общую наплавочную полость с зазором, нацример, посредством металло- провода 5, Необходимым требованием является герметичное соединение формы-контейнера с деталью и контейнера с наплавочной полостью, В условиях, когда наплавляемая деталь, форма-контейнер, контейнер и металлопроводы изготавливаются из сталей 3, 20, 35, герметизации обычно достигают на.поже- нием плотных сварных швов электродами (тица Э50).

В крьшке контейнера сверлят отверстие и приваривают газоотводящую трубу 6 с зацор 1ым устройством 7 на конце.

Наплавка антифрикционного слоя ita стальную деталь с предварительным нагревом до температуры ниже температуры солидуса и герметизацией при этой темцературе сопровождается ростом избыточного давления в наплавочной полости. Под его действием возможно разрушение контейнеров, увеличение зазора ( наплавки) на заполнение наплавочной полости.

Согласно предлагаемому способу герметизируют наплавочную полость в интервале температур от температуры солидуса цветного сплава до температуры смачивания цветным сплавом стальной основы.

12356472

Предварительными исследованиями кинетики растекания бронзы БрОС8-12 по стали установлено, что температура сор ершенного смачивания в систе5 ме достигается при нагреве до 1 100- 1150 С. Эту температуру принимают в качестве наибольшей величины температуры герметизации наплавочной полости. Ее же выбирают за предельную

10 температуру нагрева из тех соображе- m-iu, что более высокий нагрев не дает качественного изменения смачивания и растекания, экономически не оправдан и ведет к интенсивному укруп15 нению зерна стальных деталей, снижая их прочность. Перегрев также усиливает ликвидацию в бронзе и растворение железа, т.е. снижение антифрикционных свойств наплавленного сплава. Поэто20 му, при решении задачи смачивания, дальнейшее повьш1ение температуры нецелесообразно .

Опытами установлено, что принятая температура наплапки 1150 (t20°C)

25 обеспечивает получение, надежного соединения сталей 3, 20, 35, 45 и 40Х с цветными сплавами МНМц 20-20, БрОС 8-12, БрОС 8-21, (М -10-1, БрАМп9-2,

30

35

40

45

50

55

10-3-1,5 и др.

Отсутствие всяких флюсов при нап- лаике исключает засорение бронз не- N eTajij iH4ecKHMH включеният-ги и снимает жесткие требования по регулированию времени взаимодействия твердой и жидкой фаз .

Ирм наплавке предлагаемым способом давление газов в наплавочной полости не превышает атмосферного (с учетом погрешности измерений), после герметизации давление сразу же начинает падать, частично уравновешипая гидростатическое давление столба жидкой бронзы и разгружая стенки наплавочной полости. Причиной снижения давления в герметичной полости контейнера является интенсивное пз аимодгГ ствие твердых и жидких фаз с газовоГ; средой.

71ля систем сталт,, кото- не имеют в своем составе активного марганца, кинетика взлимодействия с газами сводится к активации поверхностей наплавочной полрс-.ти, что под- тверждкается Г{аличием смачивания и диффузионного соединения стали с бронзой, полученного согласно) предлагаемому способу.

Металлог рафическими и рентгено- с пек тральными ( iejuipa ь:1-1ям1| ттанов0

5

0

5

0

5

10-3-1,5 и др.

Отсутствие всяких флюсов при нап- лаике исключает засорение бронз не- N eTajij iH4ecKHMH включеният-ги и снимает жесткие требования по регулированию времени взаимодействия твердой и жидкой фаз .

Ирм наплавке предлагаемым способом давление газов в наплавочной полости не превышает атмосферного (с учетом погрешности измерений), после герметизации давление сразу же начинает падать, частично уравновешипая гидростатическое давление столба жидкой бронзы и разгружая стенки наплавочной полости. Причиной снижения давления в герметичной полости контейнера является интенсивное пз аимодгГ ствие твердых и жидких фаз с газовоГ; средой.

71ля систем сталт,, кото- не имеют в своем составе активного марганца, кинетика взлимодействия с газами сводится к активации поверхностей наплавочной полрс-.ти, что под- тверждкается Г{аличием смачивания и диффузионного соединения стали с бронзой, полученного согласно) предлагаемому способу.

Металлог рафическими и рентгено- с пек тральными ( iejuipa ь:1-1ям1| ттанов.

лена диффуз 1я углерода из стали к зоне соединения с бронзой и обезугле- роженная прослойка на поверхности наплавочной полости. Вероятно, в присутствии меди углерод стали окисляется кислородом и в виде СО создает свое парциальное давление в полости вплоть до температуры наплавки. При охлаждении с этой температуры давление в наплавочной полости начинает понижаться за счет снижения количества газов, а также за счет перехода СО в COj . Поэтому важно на этой ста1

дии произвести герметизацию наплавочной полости, чтобы избежать окисле- ния, и создать некоторое обжатие криталлизующегося сплава стенками наплавочной полости. Экспериментально установлено, что за счет герметизации качество бронзы приближается к сплавам вакуумной выплавки,в них полностью отсутствуют газовые пузыри и неметаллические рклк1чения, поверхности получаются чисты.-ш.

В извест)1ых способах активация наплавляемых стальных поверхностей и защита от окисления при нагреве осуществляются ({шюсом, который плавится примерно при 600°С и при дальнейшем нагреве сначала растекается по стали, а после расплавления бронзы удаляется с наплавляемой поверхности и всплывают через слой бронзы Образуюпшеся продукты, несмотря на их резкое отличие по плотности от металлических сплавов, удаляются не полностью и тем хуже, чем ближе температура нагрева к температуре соли- дуса. В присутствии бора и углерода в бронзе проявляются электрические- сложные сплавы железо-бор-углерод- медь, которые при охлаждении коагулируют в округлые включения и, обладая твердостью около 600 iiV, сильно за- трудняют последующую обработку и ухудшают антифрикционные свойства. На крупных деталях с массой в несколко тонн известные способы дают отрицательные результаты.

Испытания способа проводятся при наплавке двух натурных образцов сферических подпятников дробилок. Для сравнения изготавливаются два опытных подпятника в натуральную величину известным способом.

Основу подпятников изготавливают литьем из сга-чи 35J1. Она представляет собой рас1чирян)1цийся конус с флан20

25

30

f52356474

нем внизу. Внутренняя рабочая поверхность выполняется по форме сферы с радиусом 1000 мм.

Дополнительную форму изготавляют 5 из листа Ст.З, устанавливают на основу с зазором по сфере, равным 10 мм, и приваривают плотными сварныьш швами. Сверху над зазором помещают контейнеры со слитками бронзы БрОС 8-12 10 и соединяют их металлопроводами с полостью зазора в общую наплавочную полость тоже посредством плотных сварных швов. Для контроля давление газов в наплавочной полости и ее последующей герметизации используется газоотводящая труба от верхней части одного из контейнеров. На трубу устанавливается самопишущий мановакуу- метр и трехходовой кран, сообщающий наплавочную полость с атмосферой или герметизирующий ее.

Прочность сварных швов и стенок наплавочной полости рассчитывается на избыточное давление газов от 6 атм и .гидростатическое давление столба жидкой бронзы высотой 600 мм.

На случай возможных деформаций масса бронзы в контейнерах превышает необходимое для заполнения полости зазора количество в два раза и, составляет 672 кг.

Нагрев (наплавка) осуществляется в тep п чecкoй печи общего назначения с размеров рабочего пространства 6 4 4 м.

35

0

5

0

5

Нагрев ведут со скоростью 50-80°С в час с контролем температуры по контактным хромель-алюмелевым термопарам. Их устанавливают по две штуки на каждое изделие. Регистрацию температуры производят с помощью самопишущего потенциометра.

На первой стадии нагрева наплавочная полость через трубу соединена с атмосферой, и расширяю1циес;я в полости зазора и контейнера газы свободно выходят в окружающую среду. При отсутствии такого газообме 1а, т.е. при герметизации полости до нагрева, опытами установлено наличие избыточного давления в полости до 6 атм /для системы сталь+бронза НрОС 8-12.

Нагрев изделий при наплавке анти- фрикиионнг)г-о слоя по предлагаемому сгюсобу ведут с герметизацлеГ одного изделия при температх ре солидуса бронзы БрОС 8-12, составляющеГ ,

а другого - при температуре смачивания, определяемой экспериментально.

Последующая обработка биметаллических изделий показала, что соединение стали с бронзой носит вьфажен- ный диффузионный характер, пор и отслоений не обнаружено. Структура бронзы крупнозернистая. Прочность

Редактор О.Бугир

Составитель В.Николаев

Техред О.Горгвай Корректор И.Муска

Заказ 3043/10Тираж 757Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

г г.

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

диффузионного соединения выше прочности бронзы: при испытаниях на разрыв образцов-свидетелей диаметром

10 мм разрушение во всех случаях происходит по бронзе при показателях предела прочности, текучести, удлинения и сжатия, соответствующих показателям бронзы БрСО 8-12 в исходном

литом состоянии.