Способ получения покрытий из металлических порошков Советский патент 1993 года по МПК B22F7/04 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам нанесения покрытий на поверхности деталей.

Целью изобретения является снижение энергозатрат при сохранении качества покрытия.

Цель достигается тем, что деталь со сформованным на ней слоем порошка отделяют от диэлектрической матрицы осевым перемещением относительно последней. Эту операцию осуществляют перед магнитно-импульсной напрессовкой, а саму деталь со слоем располагают в индукторе, внутренний диаметр рабочей полости которого соответствует наружному диаметру слоя. Однако отделению матрицы после кристаллизации и затвердевания легкоплавкого компонента препятствует соединение слоя

с матрицей в результате адгезии, что потребует приложения значительных осевых усилий для отрыва слоя. Приложение же больших усилий часто приводит к разрушению матрицы. Учитывая это, отделение матрицы от слоя производят до начала адгезии. т.е. перед кристаллизацией расплава, причем устанавливают необходимую скорость вращения о детали.

Выражение для определения скорости ft получают из следующего условия:

(1)

00

ел

00

00

где Рр - капиллярное давление на расплав;

Рц-давление центробежных сил на расплав легкоплавкого компонента.

Давление РР определяется из следующего выражения:

4 а cos в,„,

РР -HTZ- W .

где (Л- поверхностное натяжение расплава легкоплавкой составляющей;

в - угол смачивания расплавом тугоплавкой составляющей смеси;

dmax - максимальный диаметр капилляра, образованного порами, сформованными на детали порошковым слоем.

Давление центробежных сил Рц определяется из следующего выражения:

mu of- RM mu и

Рц

П1Ц

(3)

Sк I где гпц - масса порошка легкоплавкой составляющей;

RM - внутренний радиус матрицы;

S - площадь наружной поверхности порошкового слоя;

I - длина детали.

Подставив вместо Рц и Рр значения из выражений (2) и (3) в (1), окончательно получим выражение для определения требуемой скорости вращения:

а)у 2 УУГ а cos в Г.

dmax ГПц

Установка необходимой скорости вращения обусловлена необходимостью устранения вытекания и разбрызгивания под действием центробежных сил расплавленного металла из пор сформованного на детали слоя после отделения его от матрицы, Сохранение требуемого количества легкоплавкого компонента обеспечивает заданную толщину композиционного электропроводящего слоя, уменьшение которой снижает эффективность магнитно-импульсного воздействия и ухудшает качество покрытия.

Для облегчения преодоления сил трения шероховатой поверхности спеченного порошка о поверхность матрицы в период отделения от нее слоя, а также для снижения величины прикладываемого при этом осевого давления, высокий уровень которого вызывает разрушение матрицы, ей дополнительно сообщают тормозной момент.

Способ осуществляют следующим образом. В полость диэлектрической матрицы устанавливают деталь, а с торцов между подвижными крышками-пуансонами помещают порошковую шихту, состоящую из порошка металла покрытия, порошка цветного металла и раскислителя, например буры. Матрицу зажимают в центрах и сообщают вращение с одновременным приложением к ним осевой нагрузки.

Включают генератор ТВЧ и осуществляют индукционный нагрев шихты. В процессе разогрева и уплотнения порошка

центробежными силами одновременно осуществляют его непрерывное осевое доуп- лотнение. Дополнительное уплотнение производится движущимися навстречу друг

5 другу крышками-пуансонами под действием силовой нагрузки, прикладываемой к центрам. Скорость вращения матрицы с порошковой деталью задают исходя из условия обеспечения эффективности нагрева поЮ рошковой шихты токами высокой частоты.

После расплавления порошка цветного металла скорость вращения city устанавливают из соотношения (4). По достижении необходимой скорости вращения к детали

15 со слоем спеченного порошка и расплавом легкоплавкого компонента в порах прикладывают осевое усилие, которое позволяет отделить сформованный на детали слой от матрицы и переместить деталь с формован20

ным на ней слоем покрытия в индуктор для

45

50

магнитно-импульсного напрессовывания, В индукторе, диаметр рабочей полости которого соответствует наружному диаметру слоя покрытия, производят уплотнение 25 сформованного слоя импульсным магнитным полем.

Пример реализации способа. Наносят покрытие системы железо- графит-медь на наружную поверхность 30 стальной заготовки ступицы червячного колеса.

Параметры червячного колеса: материал ступицы - сталь 45; наружный радиус .ст. 28 мм; внутренний радиус ЯВн.ст.19 35 мм, ширина ступицы мм; материал покрытия (венца) - порошок железо-графит марки ЖГрЗ (80-82%) и медь марки ПМ1 (18-20%), наружный радиус ННар.вен.35 мм. Параметры передачи: модуль осевой 3 40 мм; число зубьев колеса 21; ширина зубчатого венца 54 мм; число заходов червяка 4; угол профиля 20; материал червяка - сталь 20Х (ГОСТ 4543-61).

Заготовку ступицы червячного колеса

закрепляют на оправке и устанавливают в полости матрицы радиусом мм и шириной 90 мм. С торцов матрицы располагают крышки-пуансоны. В зазор между ступицей и матрицей помещают порошковую шихту из указанных металлических порошков .и небольшого количества легкоизмельченного порошка буры.

Конечная пористость после осевого уплотнения устанавливают равной 0,4 (,4). Необходимая весовая доза засыпки порошка железа ЖГрЗ ,816 кг, при этом весовая доза порошка меди ПМ1 ,233 кг при толщине композиционного слоя мм. Для расчета величины S (скин-слоя) принимают ,17.1080м , ,мЛ f 20 кГц. Исходя из данных расчета мм ,8 мм, следовательно, весовая доза Рц выбрана верно.

Сборку помещают в индуктор, подключенный к генераторуТВЧ-ЛПЗ-2-67М, и приводят во вращение с угловой скоростью об/мин, одновременно к порошковому слою прикладывают осевое давление, равное 10 МПа.

В индукторе генераторе ТВЧ осуществляют нагрев порошковой шихты до температуры 1200°С, а после распыления медного порошка скорость вращения детали устанавливают исходя из соотношения (4V Для расчета принимают Спов.нат 2,3 Дж/м ; cos полученный экспериментально dmax 10 3м;гпц Рц 0,233кг;8 2лНм1 14,5., тогда

СОу у 4 Цпов.нат. COS в 5Г - dmax ГП Rw

116,8 рад/с 1115,5 об/мин.

Согласно предложенному неравенству, выбирают й 1000 об/мин.

Как только скорость вращения детали со сформованным на ней слоем достигает значения 1000 об/мин, последнюю перемещают по оси вращения из матрицы и индуктора генератора ТВЧ в индуктор МИУ, диаметр полости которого был равен 85 мм. Нажатием кнопки Разряд МИУ Импульс- А производят магнитно-импульсную обработку энергией 4 кДж, после чего вращение прекращают.

Как и по известному способу, на ступице червячного колеса было получено двухслойное покрытие, состоящее из композиционной компактной и пористой (пористость 16-20%) частей. Прочность сцепления покрытия со стальной ступицей, так же как и в известном способе, составляла 140-160 МПа.

Таким образом, как видно из примера, для магнитно-импульсной обработки сформованного на детали порошкового слоя по предложенному способу при прочих равных

условиях потребовалась энергия 4 кДж, которая существенно меньше энергии 9 кДж, используемой в известном способе для получения аналогичного покрытия. Таким образом, изобретение обладает следующими технико-экономическими преимуществами:

- процесс получения покрытий из металлических порошковой осуществляется при максимальной эффективности магнитно-импульсного напрессовывания;

- значительно повышается долговечность технологической оснастки (матрицы). Формула изобретения

Способ получения покрытий из металлических порошков, включающий помещение детали в полость матрицы и размещение на ней порошковой смеси покрытия, нагрев порошка до расплавления

легкоплавкой составляющей смеси, уплотнение и охлаждение до кристаллизации рас- плава при одновременном вращении матрицы и магнитно-импульсное напрессо- вывание сформованного порошкового слоя

на деталь, от-личающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат при сохранении качества покрытия, перед охлаждением скорость вращения матрицы устанавливают из следующего соотношения

Wy 2 утг а COS0 i .

dmax Т1ц

где coy - скорость вращения матрицы:

а- поверхностное натяжение расплава легкоплавкой составляющей смеси;

$-угол смачивания расплавом материала тугоплавкой составляющей смеси; I - длина детали;

ймакс - максимальный диаметр капилля- ра, образованного порами, в сформованном на детали порошковом слое;

ггщ - масса порошка легкоплавкой составляющей смеси,

а перед магнитно-импульсным напрессовы- ванием деталь со сформованным на ней слоем отделяют от матрицы, приложением к матрице тормозящего момента.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам нанесения покрытий на поверхности деталей. Цель изобретения - снижение энергозатрат при сохранении качества покрытия. В полость матрицы помещают деталь и размещают на ней порошковую смесь. Матрицу вращают с одновременным приложением осевой нагрузки, при этом осуществляют индукционный нагрев. После расплавления легкоплавкой составляющей порошковой смеси скорость вращения матрицы устанавливают из выбранного соотношения, после чего посредством приложения тормозящего момента деталь отделяют от матрицы и проводят магнитно-импульсное напрессование. Способ позволяет снизить расход электроэнергии и многократно использовать биметаллические матрицы.