Способ изготовления биметаллических изделий Советский патент 1978 года по МПК B22D19/16 

1

Изобретение относится к области наплавки заготовок и цеталей сплавами более легкоплавкими, чем материал за готовки изделия, частности к области наплавки цветных металлов на черные, черных на тугоплавкие и т.п. и может найти ujHpOKoe применение в маминостроении и приборостроении.

Известен способ наплавки, заключающийся в том, что поааерживают при различных, но постоянных для каждой ванны рабочих температурах, расплаты флюса и направляемого сплава в различных ваннах. Заготовку, предназначенную цля наплавки, нагревают в расплаве .флюса до температуры, меныгей температуры солидус сплава, затем погружают на определенное время в сплав. После намораживания слоя жидкого сплава, заготовку охлаждают во флюсовой ванее и на воздухе.

Этот способ имеет существенный нецостаток - ни.зкую скорость и качество очистки поверхности от окислов, обусловленных тем, что очистка поверхности заготовки происходит только после полного расплавления твердой корки флюса, нa fopoжeннoй

на поверхности при погружении в него холоцной .заготовки.

Известен также способ изготовления биметаллических и.зде.пий, включатапий нагрев и очистку поверхности .заготовки от

окислов, а .затем намораживание слоя расплава. При этом холодную заготовку погружают в расплав через слой жидкого флюса на определенное время и нагревают ее до температуры расплава. После излучения .заготовку охлаждают в защитной среде до температуры О, 8-О, 9 температуры солиду сплава и повторно погружают в расплав на 2-6 с. Расплав наАлавляемого сплава в плавильной ванне покрыт слоем активного покровного флюса.

Этот способ также имеет существенный недостаток - низкую скорость очистки поверхности заготовки от окислов и недостаточно высокое качество очистки. Объясняется это тем, что скорость очистки зависит от температуры нагрева поверхности заготовки и при температуре последней ниже температуры плавления флюса скорость очистки практически равна нулю, т.е. очистка не происходит. Только после повышения температуры поверхности до температуры активного действия флюса (как правило, выше температуры плавле1шн флюса на 5О-150 с) начинается интенсивная очистка поверхности. Время активного действия флюса составляет 5-3О% от полной длительности нагрева заготовки. Efce это приводит к получению недостаточно хорошо очищенной; поверхности и, в целом, обеспечивает 1шзкую среднюю скорость очистки поверхности. Следствием этого является ни кая производительность процесса очистки и низкое качество связи .заготовки с наплавленным сплаво.. Цель: изобретения - ул чшение связи между заготовкой и наплавленным слоем сплава. Поставленная цель достигается тем, что нагрев и очистку заготовок осуществляют электролитически в водном растворе солей и основании щелочных металлов, температу ра плавления окислов которых составляет 0,5-0, 8 температуры солидус наплавленно го сплава. Исследование в качестве флюса водных растворов солей или оснований щелочных металлов с температурой плавления окислов указа1даых щелочных металлов в интервале О, 5-0,8 температуры солидус расплава та же направлено на достижение указанной цели. При пропускании постоянного электрического тока через водный раствор флюса. и заготовку, погруженную в этот раствор, при строго определенном значении напряжения между заготовкой и водным раствором флюса на границе их раздела образуется устойчивая водородная оболочка и возникае тлеюгиий электрический разряд. При нагреве заготовки под напряжением равньгм или бол Ч1ИМ напряжения возбуждения процесса нагрева поверхность за готовки в восстановительной среде водорода под действием электрических разрядов интенсивно очишается в ре зультате разрушения окислов разрядами и восстановления окислов до чистых металлов Процесс очистки поверхности еше более интенсифицируется щелочным металлом, выделяющимся под действием электрических сил из водного раствора флюса на поверхность заготовки, который, ввиду высокой химичес кой активности, раскисляет поверхностный слой. Таким образом, помимо выигрыша в скорости нагрева заготовки в водном растворе флюса до необхооимой температуры, ,пропуска1ше электрического тока с напряже нием выше напряжения возбужде1Л1Я процесса нагрева в растворе, обеспечивает как гарантированное качество, так и высокую скорость подготовки поверхности к на мораживаш1Ю. Кроме того применение в качестве флюса водных растворов солей или оснований щелочных металлов (с температурой плавления О1шслов этих металлов, равной 0,5-0,8 температуры солидус наплавляемого сплава) приводит к образованию на поверхности заготовки пленки жидких окислов щелочных метал.г1ов, предохраняющих заготовку от вторичного окисления в процессе переноса последней из ванны с водным раст- вором флюса в ванну с pacплaвo. Вержний передел применяемых напряже1шй ограничиваетх:я величиной 1 ,5 напряжения возбуждения процесса нагрева заготовки в данном растворе флюса из соображений техники безопасности. Верхний предел температуры плавления окислов щелочных металлов, равный 0,8 темпераауры солидус сплава, обусловлен тем, что при погружении в расплав пленка окислов должна быть в жидком состоянии. В противном случае твердая пленка окислов исключает возможностьсмачивания поверхности заготов1ш расплавом и образования наплавленного слоя. Лимитный предел температуры плавления окислов щелочных металлов, равный 0,5 температуры солидус расплава, обусловлен необходимостью предотвратить интенсивное испарение окислов с ftoверхности нагретой в электролите заготовки.. Изготовление биметаллических изделий осуществляют следуквдим образом. noaaioT отрицательНЬ1Й потенциал, равный 1,0-1,5 напряжения возбуждения процесса нагрева в растворе флюса, на заготовку изделия; погружают заготовку в раствор на время, достаточное для очистки поверхности от тугоплавких, окислов и нагрева до 0,8--0,9 температуры солидус наплавляемого сплава; извлекают заготовку из раствора, отключают напряжение между заготовкой и ванной с водным раствором; погрзгжают заготовку в расплав наплавляемого сплава на 2-.б с. Пример. Получение цилиндрического биметаллического изделия. Заготовкой являетхзя стержень из Ст 20 .аиаметром40 iviM , на который нужно нанести слой бронзы марки ОЦС толпшной-5 мм. Подают на раствор К СО„ постоянное напряжение 240 В и выдерживают стержень в растворе 28 с под током 45О А. Затем извлекают стержень, отключают, напряжение и погружают нагретый до 820°С стержень в ванну с твердо-жидкой бронзой на 3 с. В результате получают слой наплавки высокого качества толщиной 5 мм за 38 с. Получение слоя наплавки стало возможным потому, что слой калия, образутощийся не поверхности заготовки в электролиге после окисления на воздухе превращается в окисел КоО с температурой плавления , т.е. 0,763 температуры солидус бронзы. Поэтому в момент погружения заготовка с температурой 800-820 С покрыта тонким слоем жидкого и последний . всплывает при погружении, не препятствуя смачиванию стали бронзой. Наплавка бронзы возможна также при использовании в качестве электролита соединения Cs СО и N«OH.Ha поверхности заготовки в этих случаях образу- ются со ответственно Се ,j О м сз 20рпл. 464 и 820®С Но необходим быстрый перенос заготовки из ванны с электролитом. В проанвном случае вся окись цезия может испариться и к моменту погружения заготовка не будет заишшена от окисления, что может привести к несмачиванию бронзой. Окисел натрия (т. пл. 0,8 температуры солидус бронзы) при длительном переносе заготовки может затвердеть ввиду охлаждения самой заготовки, что также может привести к несмачиванию заготовки бронзой. Предлагаемый способ обеспечивает в 56 раз более высокую скорость очистки поверхности по сравнению с известным. Важным преимуществом способа является возможность осуществления наплавки в обычной окислительной ат госфере. Способ делает возможной наплавку концевых частей заготовок изделий из любых, паже высокотеплопроводных металлов. Формула изобретения Способ изготовления биметаллических изделий, включающий нагрев и очистку заго.товки перед наплавкой на нее слоя сплава, отличающийся тем, что, с целью улуч1пе1шя связи кюжду заготовкой и наплавленным слоем сплава, нагрев и очистку за.готовки осуществляют электролитически в водном растворе солей и основашш щелочных Металлов, температура плавления окислов которых составляет 0,5-0,8 температуры солидус наплавляемого сплава.