UA46073C2 - Спосіб формування покриття на поверхні виробу - Google Patents
Спосіб формування покриття на поверхні виробу Download PDFInfo
- Publication number
- UA46073C2 UA46073C2 UA98063079A UA98063079A UA46073C2 UA 46073 C2 UA46073 C2 UA 46073C2 UA 98063079 A UA98063079 A UA 98063079A UA 98063079 A UA98063079 A UA 98063079A UA 46073 C2 UA46073 C2 UA 46073C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- layer
- melting
- thickness
- depth
- layers
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title abstract description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000004807 localization Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 70
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 31
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 24
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 22
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 17
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910001651 emery Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229910001284 inconels 939 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Спосіб формування покриття на поверхні виробу відноситься до області напилення металевих покриттів. Для забезпечення локалізації зони плавлення та регулювання її розмірів як по глибині, так і по ширині проплавлення напиленого шару, збільшення швидкості відведення тепла від оброблюваної деталі послідовно напилюють шари необхідного складу та товщини з наступним їх оплавленням висококонцентрованим джерелом тепла. При цьому щільність енергії в тепловій плямі і швидкість її переміщення регулюють до виникнення локальної ванночки розплавленого металу з глибиною, що перевищує товщину напиленого шару не менш ніж на 2 %, і шириною, що дорівнює 2-20-ти глибинам локальної ванночки. Як висококонцентроване джерело живлення використовують мікроплазму, електронний пучок у вакуумі, світловий чи лазерний промінь локально. Процес оплавлення може виконуватись як після нанесення кожного шару, так і одночасно двох чи більше напилених шарів.
Description
Опис винаходу
Винахід відноситься до нанесення покриттів на поверхню виробів і використовується при виготовленні 2 зношених деталей та вузлів в машинобудуванні .
Однією з самих складних і практично ще невирішених проблем в області покриттів лишається нанесення покриттів завтовшки 0,1...1,0мм, які мали б металевий зв'язок з поверхнею підложки, високу щільність та не погіршували б якостей матеріалу підложки.
Відомі способи наплавлення, газотермічний, вакуумний, інші методи напилення в наведеному діапазоні 70 товщин не ефективні. Так, відносно тонкі шари наплавленого металу - 2,0...3,0мм і більше отримують з допомогою дугової наплавки стрічковим електродом (Довідник зварювальника / Під ред. В. В. Степанова, М.:
Машинобудування - С. 459 - 460, 1983р.). Але при цьому рівномірність проплавлення основного металу і, відповідно, його частка в наплавленому металі змінюється в досить широкому інтервалі (10...5090). Крім того, величина зони термічного впливу в основному металі і рівень напруження та деформацій у багатьох випадках надто високі, в зв'язку з чим необхідна спеціальна термічна обробка готових деталей для відновлення їх якості.
Ще більш тонкі шари (від їмм і більше) наплавляють з подачею в ванну розплавленого металу мілкодисперсного порошку, але всі вище зазначені недоліки зберігаються і в цьому випадку, хоч і в меншій мірі (А.с. Мо 1531340, МКВб6 В2ЗК 9/16, Плазмотрон для наплавлення порошкоподібним матеріалом, Гладкий П. В. та ін., опубл. в БВ Мо 12, 1987р.).
В останні роки інтенсивно відбувається пошук засобів для наплавлення тонких шарів з використанням концентрованих джерел енергії - мікроплазми, електронного, світлового чи лазерного променя і таке інше. При цьому для наплавлення використовується порошок, що наноситься на поверхню насипом або в підготовлену кромку.
Так, з допомогою електронного променя при високій напрузі оплавляють шар металевого порошку (ніхрому) с 29 на стальній підложці з отриманням наплавленого шару завтовшки 0,3 мм, до складу якого входить від 15 до 4090 Ге) основного металу ("Арріїсайоп ої 500 КМ Ша Нідне МоМаде Е.В. о Зипасе Модісайоп ої еїееі11,
Тгапзасійопе ої УМУКІ, Мо. 126, Мо 1, 1997, р.171 - 172). Але і цей варіант використання висококонцентрованого джерела нагріву, як і інші відомі, що використовуються для оплавлення порошкових присадкуватих матеріалів, має загальні характерні недолікю, що у випадку нанесення тонких шарів призводить до погіршення якості о 30 наплавленого металу через нерівномірне покриття присадкуватим матеріалом поверхні основи. При оплавленні /|ч нанесеного таким способом порошку, останній має тенденцію збігатися в краплини, що призводить до нерівномірного по товщині наплавленого шару та його щільності. о
В роботі "Лазерне наплавлення порошків сплаву системи Мі-Ст-В-5і на мідь та її сплави", ж-л'"Автоматичне «о вварювання", Мо 9, 1997р., с. 45 - 47, наведений приклад наплавлення порошків з використанням лазерного
Зо променя. Цей засіб не виключає негативних явищ, що мають місце при отриманні покриттів методом оплавлення М порошків, розташованих на поверхні виробів, бо при цьому також спостерігається нерівномірне проплавлення основного металу, рідина збігається в краплини і при цьому маємо дуже неоднорідний хімічний склад поверхневого шару. «
За прототип запропонованого винаходу прийнятий спосіб формування покриття на поверхні виробів, що З 70 полягає в послідовному напиленні шарів необхідного складу та товщини з наступним їх оплавленням с ("Підвищення зносостійкості покриттів зі сплавів, що самофлюсуються, зі збереженням наслідкових параметрів
Із» початкового порошку", ж-л "Тертя та знос", Мо З, 1981р., с. 495 - 501). Спосіб передбачає оплавлення напиленого шару покриття газополум'яним джерелом тепла. Зона термічного впливу (ЗТВ) такого джерела на напилену поверхню дуже простора, при цьому оплавлення покриття проводиться без регулювання величини 45 зони термічного впливу. Це, в свою чергу, призводить до перегріву деталі та виникненню небажаних внутрішніх шк напружень і деформацій. Дотриматись стабільності глибини проплавлення при використанні такого джерела
Ге») енергії практично неможливо.
Відсутність контролю за переходом основного металу в розплавлену ванну не дозволяє контролювати його о частку в наплавленому шарі і отримувати його необхідний хімічний склад та механічні властивості. -і 20 Відома технологія має обмеження і на послідовності нанесення зносостійких шарів на поверхню виробів. Так, оплавлення верхнього шару, що має більш високу температуру плавлення, призведе до значного підплавлення с» нижніх шарів, а в деяких випадках і де неконтрольованого підплавлення поверхні виробів. Тому нанесення верхніх тугоплавких шарів на поверхню металу з меншою температурою плавлення за відомою технологією практично неможливе.
В основу винаходу поставлено задачу підвищення ефективності нанесення покриттів завтовшки від десятих
ГФ) часток міліметра і більше на поверхню деталей і механізмів з одночасним підвищенням їх експлуатаційних характеристик в способі формування покриття на поверхні виробів шляхом локального оплавлення напиленого о шару висококонцентрованим джерелом енергії та регулювання зони термічного впливу до розмірів, порівнених з товщиною напиленого шару, що дозволяє локалізувати зону плавлення та регулювати Її розміри як по глибині, 60 такіпо ширині проплавлення напиленого шару, збільшувати швидкість відведення тепла від оброблюваної деталі, а також забезпечує глибину проплавлення основного металу, достатню для надійного сплавлення з матеріалом покриття і присутність частки основного металу в об'ємі наплавленого в необхідних співвідношеннях.
Поставлена задача досягається тим, що в способі формування покриття на поверхні виробів, що полягає в послідовному напиленні шарів необхідного складу та товщини з наступним їх оплавленням, згідно з винаходом, 62 оплавлення виконують висококонцентрованим джерелом тепла, наприклад, мікроплазмою, електронним променем в вакуумі, світловим чи лазерним променем локально, при цьому щільність енергії в тепловій плямі і швидкість її переміщення регулюють до виникнення локальної ванночки розплавленого металу з глибиною, що перевищує товщину напиленого шару не менше, ніж на 295, і шириною, що дорівнює 2...20 глибинам локальної ванночки. Причому виконують оплавлення кожного шару після його нанесення або одночасно двох або більше напилених шарів.
Заявлений винахід відрізняється тим, що для оплавлення використовують не загальний нагрів (наприклад, газополум'яним джерелом тепла), при якому утруднено регулювання тепловнеску та величини зони термічного впливу, а висококонцентрований, котрий з відомого рівня техніки використовується для оплавлення, але не 7/0 локально, а при його дії на простору площу оброблюваного виробу, причому не на напилене покриття, а на порошок, нанесений на поверхню насипом, Ідо підлягає оплавленню. Інакше кажучи, відмінність винаходу полягає в використанні восококонцентрованого джерела нагріву (оплавлення) з локальною дією та регулюванням параметрів металевої ванночки, причому щільність енергії в тепловій плямі та швидкість її переміщення встановлюють такими, щоб з'явилась ванночка з мінімальними розмірами, що співвідносяться з 7/5 Товщиною напиленого шару. Розповсюдження тепла в окремих локалізованих зонах запобігає перегріву виробу та виконанню в ньому деформуючих напружень, так як у цьому випадку ЗТВ висококонцентрованого джерела просто не встигає охопити просторі зони виробу. В той же час концентрація тепла достатня для розплавлений верхнього шару, навіть тугоплавкого, до виникнення локальної ванночки розплавленого металу, захоплюючи і основний метал, з розмірами, при яких забезпечуються необхідні експлуатаційні характеристики виробу.
Забезпечення взаємозв'язку розмірів товщини напиленого шару з розмірами ванночки у взаємодії з локалізацією останньої дозволяє забезпечити мінімальний внесок тепла в розплавлену ванночку при максимальній швидкості його відводу до виробу, та оплавляти більш тугоплавкий напилений зар, ніж основний метал, при цьому лише підплавляючи нижній шар та метал виробу. Це суттєво розширює технологічні можливості способу у порівнянні з відомими: більш тугоплавкі та зносостійкі матеріали можуть бути нанесені у сч вигляді шарів наплавки без побоювання деформування чи пошкодження виробу в процесі оплавлення.
Так, великий інтерес викликає нанесення тонких електроконтактних покриттів (чи антифрикційних), і) наприклад, із міді та її сплавів на вироби із алюмінієвих чи інших легких сплавів. У цьому випадку легкі литі чи штамповані дешеві деталі можуть працювати в умовах складних тяжких навантажень.
Регулювання розмірів ванночки забезпечує також оплавлення основного металу на глибину, при якій со
Зо Виключено турбулентне перемішування металу наплавки і основного, які мають місце у відомому винаході, і в той же час дозволяють регулювати долю основного металу в наплавленому шарі та отримувати матеріал - покриття зі заздалегідь заданими хімічним складом та механічними властивостями. о
Під час експериментів було встановлено, що щільність енергії в тепловій плямі та швидкість її перемішання виявляється оптимальними для формування бездефектних покриттів та створення можливості регулювання їх ісе) властивостей при формуванні локальної ванночки, параметри якої співвідносяться з товщиною напиленого шару «Е і визначаються в залежності від виду висококонцентрованого джерела, основного металу і напиленого шару, а також вимог, що пред'являються до складу та властивостей покриття, яке формується під час оплавлення,
Зокрема, глибина ванночки розплавленого металу повинна перевищувати товщину напиленого шару на величину не менше 295, а ширина ванночки повинна бути витримана в межах 2...20-ти її глибин. «
Відтворення процесу оплавлення при глибині ванночки, що не досягає вказаної величини (10295 товщини шщ с напиленого шару), не забезпечує гарантованого проплавлення напиленого та основного металу, достатнього для виникнення стабільного металевого зв'язку робочого шару з основним матеріалом. ;» У випадку формування ванночки шириною, меншою за 2 її глибини, наплавлений шар має надто хвилясту поверхню, а у випадку її ширини, більшої 20-ти глибин ванночки, має місце нерівномірний розподіл рідкого металу відносно межі сплавлення, що також призводить до формування напливів у вигляді випуклих валиків. ї5» Суть винаходу пояснюють наведені схеми, які відтворюють формування наплавленого шару при різних співвідношеннях розмірів розплавленої металевої ванночки та товщини наплавленого шару (Фіг.1а-с), і характер
Ме, проплавлення при одно- та багатошаровому напиленні (Фіг.2а-4). о В загальному випадку реалізація запропонованого способу наведена на фіг.1а. На поверхні виробу 1 газотермічним, вакуумним чи іншим способом наносять шар 2 необхідного складу та товщиною Пп. З допомогою ш- висококонцентрованого джерела тепла 3, наприклад, мікроплазмового факелу, електронного пучка в вакуумі, сю світлового чи лазерного променя нанесений матеріал оплавляють до появи наплавленого шару 4.
При розміщенні висококонцентрованого точкового джерела тепла З на поверхні шару 2, що переплавляється, підведення достатньої потужності (та при умові ізотропності матеріалу) ванночка розплавленого матеріалу 5 набуває форми полусфери з радіусом га. У даному випадку глибина проплавлення На дорівнює радіусу га. При дискретному варіанті переміщення джерела тепла З кроком 5, також рівним га (що загально прийнято та (Ф, приоритетно по техніці наплавки), для забезпечення гарантованого сплавлення з основним металом необхідно ка забезпечити, щоб На не менше, ніж на 2956 було більшим за п, як це наведено на кресленні та підтверджено експериментальними дослідженнями. Ширина наплавленого валика в такому ідеальному варіанті дорівнює 2га 6во 05 2На - 2,04п.
Таким чином, для мінімальної витрати теплової потужності пріоритетне, як випливає з розглянутого, дотримуватись таких співвідношень: ширина наплавки В - дорівнює або більше 2Н; глибина проплавлення Н - не менша 1,02; 65 крок З (перекриття валиків) - менше або дорівнює г.
Як підтверджено експериментами, наведені співвідношення достовірні не тільки у випадку дискретного переміщення, а і для джерела тепла, що рівномірно рухається.
Допустимі межі зміни співвідношень ширини і глибини наплавки будуть визначатись появою дефектів формування наплавленого шару. Так, у випадку гострого фокусування електронного чи світлового променя, коли починається інтенсивне випаровування ванночки в точці її нагріву, глибина проплавлення різко збільшується, а діаметр ванночки (ширина ванночки, або ширина наплавки) зменшується: Нь » й » гь. У цьому випадку для гарантованого сплавлення шару з основним металом необхідно підвищити долю його проплавлення значно більше, ніж на 295. Окрім цього, дефекти кристалізації б, як то: тріщини, пори, несплавлення і таке інше не переплавляються і тому необхідно зменшити крок З ю. Обидва ці фактори негативно впливають на якість /о наплавленого шару.
При "розмитій" тепловій плямі (фіг.1с) допускається значне підвищення го» Но при збереженні мінімального проплавлення. Це збереження пов'язане з появою специфічного дефекту, що виникає при сполученні деяких пар металів (напиленого і основного). Цей дефект обумовлений стягуванням рідкого металу в нерівномірні сферичні утворення 7, наведені на фіг.1с.
При правильно вибраних співвідношеннях (в межах одного порядку величин) го» Но 2» 1 - 10 для заданих комбінацій матеріалів нанесений шар відрізняється виключно високою якістю поверхневого сплавлення з основним металом.
Описаний спосіб може бути застосований для отримання як одношарових (фіг.2а), так і для багатошарових покриттів (фіг.25). Багатошаровий варіант буває необхідним, наприклад, для зменшення до мінімуму частки основного металу в металі зовнішнього шару покриття, а також у випадку, коли необхідно створити проміжний демпферний шар для зниження дії залишкових напружень.
Для отримання складних композицій легування металу буває необхідно нанести два або більше шарів покриття різного складу та проплавити їх одночасно (фіг.2с зображає шари з товщиною ПП. та п»2).
Другий варіант отримання композиційних покриттів полягає в нанесенні напиленого шару з використанням с
Суміші тугоплавких часток (позначених на фіг.24 позицією 8), наприклад, карбіду вольфраму, що дозволяє отримувати на робочій поверхні виробу зносостійкий зовнішній шар з високою твердістю, яка забезпечується о присутністю часток карбіду вольфраму.
Приклади реалізації винаходу
З метою підвищення зносостійкості мідних електродів машин контактного зварювання на їх робочу поверхню со Мікроплавмовим способом наносили шар порошкоподібної суміші М1 та хрому. (Реалізація способу схематично зображена на фіг.2а). Товщина присадкуватого матеріалу дорівнювала приблизно 150...200мм. Діаметр робочої - поверхні електроду дорівнював бмм. Переплавлення нанесеної таким чином присадки виконували електронним (СУ пучком в вакуумі. Параметри наплавки при цьому були такими: прискорююча напруга - ЗОКВ, струм пучка - 45мМА, вид розкручення дискретно скануючого променя - спіраль Архімеда, амплітуда сканування - бмм, тобто ее, дорівнювала діаметру робочої частини електроду, кількість точок зупинки пучка на траєкторії сканування - 16. «І
Глибина переплавленого шару при цьому становила 0,35мм. Із партії зміщених електродів в залежності від співвідношення в порошковій присадці міді та хрому твердість наплавки знаходилась у межах 165...185Н8 одиниць.
Запропонований спосіб використано також для виправлення поверхневих дефектів лиття при виготовленні « лопаток газових турбін (реалізація цього варіанту винаходу наведена на фіг.2а). Після підготовки поверхні в шщ с дефектних зонах лопатки наждачним кругом мікроплазмовим способом на підготовлену поверхню лопатки із й сплаву ЧС70 було нанесено порошкоподібну присадку "Інконель-939". Хімічний склад основного матеріалу "» лопатки та присадкуватого порошку наведено в таблиці 1: їв г 7 хстюєнтвв, -50) - -28ивтявоовІов
Ф Іннельезе 48225 вого я оМе ви! («в) .
Дисперсність часток присадки складала 60...1б60мкм. Товщина нанесеного шару присадки на зонах -і дефектних місць становила 160...350мкм. Наплавку виконували електронним пучком у вакуумі. Параметри при «с» цьому були такі: прискорююча напруга - ЗОкВ; струм пучка - 25мМА; швидкість зварювання - 20м/год. Контур дискретного сканування пучка був у вигляді прямої лінії, перпендикулярної напрямку переміщення виробу.
Амплітуда переміщення променя становила б мм, а кількість точок зупинки променя на цій прямій становила 8.
Регулювання тепловнеском у кожній точці зупинки променя виконувалось регулюванням часу затримки променя в залежності від товщини присадки в даному місці переплаву і у відносних одиницях становило в межах від 1 до (Ф) 4-х. Після виготовлення мікрошліфів результати виміру мікротвердості показали, що основний метал в стані ко після наплавки мав твердість 170...180Окгс/мм 2, а твердість зони переплавленої присадки, починаючи від межі сплавлення до поверхні переплавленого шару збільшувалась в напрямку до поверхні в інтервалі бо 386...454кгс/мм 2, Переплавлений шар мав мікродисперсну щільну структуру без наявних дефектів.
Під час оптимізації параметрів проплавлення були виготовлені зразки з різною глибиною проплавлення нанесеного шару присадки та основного металу. Регулювали глибину проплавлення, змінюючи струм пучка електропроменевої гармати в інтервалі 20...35мА при прискорюваній напрузі ЗОКВ та швидкості зварювання 20м/год. Оцінку якості формування зони проплавлення при співвідношенні глибини проплавлення та ширини в 65 інтервалі 2...20Н виконували після наплавлення при дискретному управлінні тепловнеском та без сканування променя. При цьому змінювали місцеположення локальної плями відносно верхньої площини проплавлення, а також регулювали параметри скважності, тобто змінювали час включення та відключення променя. Одночасно для збереження рівномірної ширини зони проплавлення в продольному напрямку в усіх експериментах величина перекриття зони проплавлення від одиничне діючого джерела нагріву підтримувалась постійною і дорівнювала радіусу зони проплавлення в конкретній точці.
Результати металографічних досліджень на мікрошліфах, огляду та мікрометражу проплавлених зразків зведено до таблиці 2. 70 Ток Товщина шару Ширина зони Твердість, Характеристика поверхні оплавлення та мікрометражу пучка, іпри-садки, й, |проплавленн (оплавлення без кгс/імм2 мікрошліфів
А МКМ ян сканування променя, мо зпунм рідкої фази на краї ванночки, присадка розбризкана, твердість висока, перемішування з основним металом практично не має місця проплавлення основного металу рівномірна, перемішування з основним металом присадки незначне, ширина проплавлення стабільна, твердість стабільна
Й проплавлення основного металу у вигляді прямої лінії, перемішування присадки з основним металом незначне, твердість та ширина зони проплавлення стабільні сил поверхневого натягу збігається до країв чи формується у сеІ вигляді валика посеред зони оплавлення, великий розбіг твердості та ширина оплавлення (о)
Таким чином встановлено оптимальний діапазон параметрів проплавлення присадки та основного металу в межах 2...20Н, при якому досягнуто якісне формування поверхні переплаву, спостерігається стабільна твердість поверхні обробки та мінімальне перемішування присадки з основним металом. о
Реалізація запропонованого способу у випадку проплавлення двох шарів нанесеної присадки була - перевірена на прикладі наплавки поверхні шибера, що використовується як запорна арматура газоперекачувальних станцій (здійснення цього випадку способу наведено на фіг.2Б,с). Враховуючи той факт, о що шибера виготовляють зі сталі 30 х 13 чи 40 х 13 і після закалювання вони мають недостатньо високізначення (о твердості (28...30од.НЕКс) та корозійної стійкості було запропоновано підвищити ці показники за рахунок нанесення на робочу поверхню порошкоподібного присадкуватого матеріалу та його наступного переплавлення. ч
Оскільки шибер експлуатується при тиску до 70батм., а випробувальний тиск має значення ще вищі і досягає 1000батм., було прийнято рішення для запобігання розтріскування чи сколів поверхневого шару з високою твердістю, створити при переплаві проміжний демпфіруючий шар, який по складу та твердості мав би бути « дю вирівнювальним між основним метаном та зовнішнім робочим шаром переплавленої присадки, В якості з матеріалу нижнього шару було використано порошок ПГСОР-З3 слідуючого складу: Ст - 15,59; Ре - 2,590; ЗІ - 2,895; с в - 2,590; С - 0,6595; Мі - основа. Під час експериментів ця присадка, нанесена мікроплазмовим способом :з» товщиною 150...200мкм, мала задовільну щільність, відсутність мікророзтріскування в наплавленому шарі та твердість З36...40од.НКс, що на 8...10 одиниць більше, ніж твердість основного металу в термозміцненому стані.
Для забезпечення більш високої зносостійкості зовнішнього робочого шару до складу порошку ПГСР-З було 1» 15 додано порошку карбіду вольфраму М/С у вигляді механічної суміші із співвідношенням інгредієнтів 8095 ПГСР-З та 2095 МУС. Карбід вольфраму було вибрано тому, що у випадку його використання для нанесення зносостійких (о) покриттів він забезпечує твердість на рівні 55...650д.НКс. При одношаровому нанесенні такої суміші порошків з о наступним їх переплавленням у вакуумі була отримана якісна щільна наплавка без дефектів з твердістю 48...550д.Нгс. -і 20 При зміцнювальному наплавленні поверхні шиберу мікроплазмовим способом на підготовлену поверхню с» послідовно наносили шар порошку ПГСР-З та карбіду вольфраму завтовшки до 1000мкм. Вакуумний переплав такої комбінації шарів присадки виконували електронним променем у вакуумі у відповідності зі схемою, наведеною на фіг.2а. При цьому параметри процесу були такими: прискорююча напруга - ЗОкВ; струм пучка - 45МА; швидкість зварювання - 2Ом/год. Дискретна розверстка пучка була у вигляді прямої, перпендикулярної до напрямку переміщення виробу під час наплавлення. Кількість точок зупинок променя на траєкторії сканування
ГФ) дорівнювала 16 при амплітуді сканування 6...Змм. Час затримки пучка в точці дискрету у відносних одиницях 7 дорівнював одиниці, тобто тепловнесок був рівнозначним. Результати дослідження мікрошліфів показали, що за таких параметрів глибина проплавлення основного металу була мінімальною і складала 80...100мкм, а твердість во переплавленого шару на поверхні становила 45...52од.НКс. При високій щільності матеріалу переплавленої присадки, наявності безперервного металевого зв'язку робочого шару з основним металом та наведеної картини розподілу твердості по глибині зміцнювального шару створюються умови, сприятливі для сприйняття значних зовнішніх навантажень, в тому числі і в режимі малоциклового навантаження.
Варіант нанесення більш тугоплавкого металу на поверхню виробу, що має більш низьку температуру плавлення, було випробувано при виготовленні апаратних зажимів. Прийнятне, такі зажими виготовляють з бо технічно чистого алюмінію з привареними мідними пластинами по всій площі контакту. При такому виготовленні апаратних зажимів вдається уникнути появи електролітичної корозії, особливо під час попадання вологи. Але при такому конструктивному вирішенні витрачається занадто багато міді, оскільки товщина мідної пластинки становить 1,5...2,0мм. Під час реалізації запропонованого способу на поверхню пластини з алюмінію марки АДО завтовшки 10мм мікроплазмовим способом було нанесено порошок із міді М1 дисперсністю 50...8О0мкм. Товщина шару становила не більше 15О0мкм. Формування монолитного шару міді на алюмінію виконували електроннопроменевим переплавом у вакуумі при швидкості бОм/год., прискорюючій напрузі ЗОКВ та струмі променя 45мМА. Амплітуда лінійної дискретної розвертки складала 1їО0мм. Глибина проплавлення основного матеріалу, як було встановлено на мікрошліфах, не перевищувала 5Омкм, а твердість на поверхні складала 7/0.105..115НКс. На межі переходу між поверхневим шаром та основним металом практично була відсутньою сітка інтерметалів, а поверхня оплавленої зони мала вигляд мілкохвилястої з глибиною впадин 5...10мкм. При закріпленні такого зажиму за допомогою 4-х силових болтів допоміжна обробка такої поверхні не обов'язкова.
Це свідчить про те, що в умовах серійного виробництва зажимів по запропонованому способу може бути досягнута значна економія міді.
Claims (2)
1. Спосіб формування покриття на поверхні виробу, що полягає в послідовному напиленні шарів необхідного ор складу та товщини з наступним їх оплавленням, який відрізняється тим, що оплавлення виконують висококонцентрованим джерелом тепла, при цьому щільність енергії в тепловій плямі і швидкість її переміщення регулюють до виникнення локальної ванночки розплавленого металу з глибиною, що перевищує товщину напиленого шару не менш ніж на 2 95, і шириною, що дорівнює 2-20-ти глибинам локальної ванночки.
2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що як висококонцентроване джерело живлення використовують сч мікроплазму, електронний пучок у вакуумі, світловий чи лазерний промінь локально.
З. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що виконують оплавлення кожного шару після його нанесення або (о) одночасно двох, або більше напилених шарів. (зе) у «в) (Се) «
- . и? щ» (о) («в) -і сю» іме) 60 б5
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA98063079A UA46073C2 (uk) | 1998-06-15 | 1998-06-15 | Спосіб формування покриття на поверхні виробу |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA98063079A UA46073C2 (uk) | 1998-06-15 | 1998-06-15 | Спосіб формування покриття на поверхні виробу |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA46073C2 true UA46073C2 (uk) | 2002-05-15 |
Family
ID=74207564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UA98063079A UA46073C2 (uk) | 1998-06-15 | 1998-06-15 | Спосіб формування покриття на поверхні виробу |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA46073C2 (uk) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2637437C2 (ru) * | 2015-12-21 | 2017-12-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ формирования волокнистого композиционного покрытия |
-
1998
- 1998-06-15 UA UA98063079A patent/UA46073C2/uk unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2637437C2 (ru) * | 2015-12-21 | 2017-12-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ формирования волокнистого композиционного покрытия |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6037287A (en) | Laser clad pot roll sleeves and bushings for galvanizing baths | |
US8828312B2 (en) | Dilution control in hardfacing severe service components | |
Sexton et al. | Laser cladding of aerospace materials | |
US6197386B1 (en) | Method for applying a coating by means of plasma spraying while simultaneously applying a continuous laser beam | |
Lailatul et al. | Surface modification of duplex stainless steel with SiC preplacement using TIG torch cladding | |
EP0194050B1 (en) | A welding apparatus and method for depositing wear surfacing material on a substrate | |
GB1587235A (en) | Surface alloying and heat treating processes | |
Quintino | Overview of coating technologies | |
CN113199104A (zh) | 一种提高铝/钢搭接接头强度的旋转激光自熔钎焊方法 | |
US4019011A (en) | Method of and apparatus for hard facing poppet valves | |
UA46073C2 (uk) | Спосіб формування покриття на поверхні виробу | |
AU660240B2 (en) | Process for recharging a part by means of a plasma transferred arc | |
KR920010493B1 (ko) | 내마모성금속의 육성(肉盛)용접방법 | |
RU2105826C1 (ru) | Способ нанесения упрочняющего покрытия на металлические или металлосодержащие поверхности | |
Gasser et al. | Remelting of surface coatings on steel by CO2 laser radiation | |
Díaz et al. | Laser Powder Welding with a Co-based alloy for repairing steam circuit components in thermal power stations | |
RU218110U1 (ru) | Устройство для лазерного нанесения металлокерамического покрытия | |
Dwivedi et al. | Surface modification by developing coating and cladding | |
JPH03248777A (ja) | AlまたはAl合金表面の肉盛溶接方法 | |
WO2023243728A1 (ja) | アーク溶接継手の製造方法、アーク溶接継手、及び自動車部品 | |
WO2022035350A1 (ru) | Способ лазерно-дуговой наплавки плавящимся электродом в среде защитных газов | |
FI114401B (fi) | Menetelmä kuparin ja kupariseosten pinnoittamiseksi | |
Giordano et al. | Comparison of stellite hardfacing by laser and traditional techniques | |
RU2215821C2 (ru) | Способ получения металлического покрытия | |
RU2112815C1 (ru) | Способ получения покрытий из самофлюсующихся порошковых материалов на изделиях из железоуглеродистых сплавов |