Способ изготовления двухслойных спеченных изделий Советский патент 1982 года по МПК B22F7/00 C23C3/04 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ СПЕЧЕННЫХ

ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к споссРбам получения двухслойных спеченных иэделий с упрочненной поверхностью, и может быть испо.ги зовано при изготовлении распылителей мазута.

Известен способ нанесения на металл покрытия из суспензии, включающий приготовление суспензии, нанесе- ю ние на изделие, сушку и спекание покрытия 1

Недостатком способа является невозможность его использования для получения двухслойных спеченных изде- jj ЛИЙ с высокой термо.стойкостью.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности н достигаемому эффекту является способ изготовления двухслойных спеченных изде- 20 ЛИЙ, включающий прессование основы изделия из порошка твердого сплава, нанесение покрытия из суспензии/ содержащей карбид титана, и спекание в вакууме при температуре 1250-1300 С. Способ позволяет получать изделия из твердых сплавов с жаропрочными и износостойкими поверхностными слоями {2 .

Однако его использование при из- ,,. готовленин изделий на железной основе не обеспечивает необходимой термостойкости, например, в условиях работы распылителей мазута.

Цель изобретения - повышение термостойкости изделий.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления двухслойных спеченных изделий, преимущественно на основе железа с добавкой металлов У1 группы, включаюп(ем прессование основы изделия, нанесение на основу покрытия из суспензии, содержащей карбид титана, и спекание в вакууме при температуре 1250-1300С, основу прессуют до пористости 1520%, в суспензию вводят порошок матернала основы изделия, а спекание проводят двухстадийно, причем первую стадию осуществляют при температуре 1150-1170С в течение 1,0-1,5 ч. При зтом спекание проводят в вакууме не ниже 5 10 ММ рт.ст.

Способ осуществляется следующим обраэ 4.

Из шихты на основе железа и металлов У1 группы состава, вес.%:%: хром 6-18 молибден 1-5; вольфрам I2; железо - остальное, прессуют основу изделия до пористости 15-20% для обеспечения протекания процесса пропитки поверхностных слоев основы изделия при ее достаточной механической прочности. Прессовки покрывают сусйензйей состава, Ъес.%: карбид титана 25-30; карбид бора 0,5-1,5; углерод 0,8-1,6; бор 1,5-2; хром молибден 2-3; железо - остальиое, слоем толщиной 300-500 мкм (суспензию готовят на основе водного золя двуокиси кремния, стабилизированного щелочным металлом, причем молярное отношение двуокиси кремния к щелочному металлу больше 4, а содержание двуокиси кремния - 2-3% от массы суспензии) . Покрытие сушат при температуре 200-300 С в вакууме при остаточном давлении 5 мм рт.ст. для устранения окисления, а также для дегазации и удаления летучих примесей.

Для улучшения смачиваемости жидкой фазой и восстановления окислов в по верхностных слоях прессовки с покрытием спекают в вакууме не выше 5 мм рт.ст. при температуре 1150-117.0°С, выдержке 1,0-1,5 ч с последующим нагревом до температуры 1250-1300°С при выдержке в течение 0,3-0,5 ч. Охлаждение изделий проводят вместе с печью. Нагрев в вакууме при температуре 1150-И70°С необходим для образования в слое .суспензии жидкой фазы, время выдержки 1,01,5 ч при этой температуре обеспечивает полноту процесса пропитки.

Последующий нагрев до температуры 1250-1300°С и выдержка в течение 0,30,5 ч создают условия для протекания процесса спекания основы изделия и устранения шероховатости покрытия из суспензии путем оплавления.

В результате капиллярной пропитки жидкой фазой поверхностных слоев основы изделия и диффузионного взаимодействия матрицы и покрытия получается широкая переходная зона между поверхностньли износостойким слоем и основой, которая нивелирует различие в коэффициентах термического расширения материалов основы и поверхностного слоя, в результате чего увеличивается прочность сцепления поверхностного слоя с основой. Остаточное давление 5-10 мм рт.тс. - максимально допустимое, при котором еще возможен процесс пропитки поверхностных слоев пористой основы издели жидкой фазой, образующейся в нанесенном слое суспензии. При остат.,очном давлении более 5 10 мм рт.ст. плохо восстанавливаются окисные пленки на поверхности капилляров пористой основы изделия, которые тормозят процесс пропитки и диффузии, что не дает возможности формирования переходной зоны с необходимым градиентом коэффициента термическохч раонирёния.

Пример 1. Шихту состава, вес.%« хром 12; углерод,1,0; железо - остальное, смешивают, прессуют основу изделия при давлении 5 т/см для получения 20% пористости прессовки и покрывают суспензией состава, вес.%:карбид титана 25; карбид . бора 0,5; углерод 0,8; бор 1,5; хром 9; молибден 2; железо - остальное. Двуокиси кремния, на основе вод-j Ijoro золя которой приготовлена суспензия, содержится 2% от массы суспензии. Покрытие сушат при температуре 250°С в вакууме при остаточном давлении 5 мм рт.ст. Спекание проводят в вакууме при остаточном давлении 5 10 мм рт.ст. по следующему режиму: нагревают до температуры

5 1170-С, выдерживают 1 ч, нагревают до температуры 1300С, выдерживают 0,5 ч и охлаждают.

Полученное спеченное изделие имеет следующие свойства термостойкость

0 98 циклов теплосмен (70€-100С) до разрушения, твердость поверхностного слоя по Виккерсу 1200 кгс/мм, толщина поверхностного термостойкого износостойкого слоя вместе с переходной зоной 1,3 мм, относительная износостойкость 4,3 (эталон-сталь 45, испытанная в гидроабразивной среде по схеме Штауфера).

П р и м е р 2. Основу изделия получают по технологии, приведенной

0 в примере 1, и покрывают суспензией состава, вес.%1 карбид титана 30; карбид бора 1,5; углерод 1,6; хром 18; бор 1,5; молибден J,0; железо остальное. Двуокиси кремния содержится 3% от массы суспензии. Покрытие сушат при температуре 300°С в вакууме при остаточном давлении 5 мм рт.ст. Спекание проводят в вакууме при остаточном давлении

0 6-10 мм рт.ст. по следующему режиму: нагревают до температуры И50С, выдержи зают 1,5 ч, нагревают до температуры 1250С, выдерживают 0,3 ч и охлаждают вместе с печью.

Полученное спеченное изделие имеет следующие свойства: термостойкость 24 цикла теплосмен (700-100°С) до разрушения слоя, относительная износостойкость 4,6 (эталон-сталь 45, испытанная в гидроабразивной среде

по схеме Штауфера). Из примера видно, что спекание в вакууме при оста-точном давлении мм рт.ст. не обеспечивает полноты пропитки, поэтому термостойкость образцов низка я.

Пример 3, По технологическому процессу, указанному в примере 1, получают основу изделия и крывают суспензией состава,вес.%: - карбид титана 21,St карбид бора 1,0; углерод 1,2; бор 1,5; хром 13,5; молибден 2,5; железо остальное.

Спекание проводят в вакууме при Д5 остаточном давлении 9-10 мл рт.ст.

режиму: нагревают до температуры 1160С, выдерживают 1,3 ч, нагревают до температуры 1275°С, вьадержйвают 0,4 ч, охлаждают вместе с печью.

Полученное спеченное изделие имеет следующие свойства; термостойкость 110 циклов теплосмен до, разрушения, толщина поверхностного термостойкого износостойкого слоя вместз с переходной зоной 1,5 мм, твердость поверх«остного слоя по Виккерсу 1260 кгс/см относительная износостойкость 5,1.

Применение предлагаемого способа для. изготовления распылителей мазут;ных форсунок позволяет повысить их дйлговечность в 5-6 раз. Предполагаемый экономический эффект от использования предлагаемого способа при изготовлении спеченных распылителей мазута на предприятиях Белглавэнерго составит 100 тыс. руб, в год.

.Формула изобретения

Способ изготовления двухслойных спеченных изделий, преимущественно на. рснбве железа с добавками металлов yt группы, включающий -прессование основы изделия, нанесение на основу покрытия из суспензии, содержащей карбид титана, и спекание в вакууме при температуре 1250-1300°С, отличающийс.я тем, что, с целью повышения термостойкости, основу прессуют до пористости 15-20%, в суспензию вводят порошок материала основы изделия, а спекание проводят двухстадийно, причем первую стадию осуществляют при температуре 1150-1170 С в течение 1,0-1,5 ч.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Патент Японии 48-9925, кл. 24 Н 4, 1973.