Способ получения покрытий из самофлюсующихся сплавов на чугунных изделиях

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ СПЛАВОВ НА ЧУГУННЫХ ИЗДЕЛИЯХ(71) Заявитель Белорусская государственная поли- (73) Патентообладатель Белорусская государственная политехническая академиятехническая академия(57) Способ получения покрытий из самофлюсующихся сплавов на чугунных изделиях, включающий подготовку рабочей поверхности изделия, плазменное напыление покрытия и его оплавление, отличающийся тем, что подготовку поверхности осуществляют путем ее пластического деформирования посредством обкатки шариком диаметром 8-10 мм при скорости обкатывания 80-100 м/мин и подаче 0,05-0,12 мм/об с последующим лазерным оплавлением обработанной поверхности и ее дробеструйной очисткой, наносят плазменным напылением подслой из термореагирующего самофлюсующегося сплава толщиной 0,08-0,1 мм, затем рабочий слой из самофлюсующегося сплава толщиной 0,5-0,7 мм, а оплавление нанесенного покрытия осуществляют с выдержкой его в расплавленном состоянии в течение 3-5 секунд.(56) 1. Хасуй А. Техника напыления. Перевод с японского.-М. Машиностроение, 1975.-С. 38-40, 55, 58-63. 2. Сташевская Е.Н. Металлографический анализ покрытий после испытаний на трение//Машиностроение,вып. 3.-Мн. Высшая школа, 1976 (прототип). Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению покрытий из самофлюсующихся сплавов на чугунных изделиях. Известен способ получения покрытий из самофлюсующихся сплавов на стальных деталях машин типа тел вращения 1, который заключается в том, что подготовку поверхности под напыление осуществляют путем дробеструйной обработки и последующего нагрева изделия до температуры 310 С, а затем при вращении детали с частотой 30-50 об/мин производят напыление на ее поверхность самофлюсующегося никелевого сплава плазменной или газоплазменной горелкой с последующим оплавлением напыленных слоев. Недостаток способа заключается в значительной пористости получаемых газотермических покрытий,особенно на чугунных изделиях, так как на их упрочняемых поверхностях всегда имеет место свободный графит, являющийся источником порообразования как в процессе предварительного подогрева изделия, так и при оплавлении покрытия. Прототипом заявляемого способа служит способ восстановления-упрочнения рабочих поверхностей чугунных деталей 2, включающий подготовку поверхности дробеструйной обработкой, напыление никелевого самофлюсующегося сплава (например, ПГ-СР 4) газотермическим методом и его последующее оплавление. Недостатком прототипа является повышенная пористость покрытия, возникающая при термическом воздействии на деталь, из-за присутствия на поверхности чугунного изделия свободного графита. При этом имеет место относительно невысокая стойкость такого покрытия к ударным нагрузкам (вследствие высокого градиента свойств на границе покрытие-основа) и пониженная прочность сцепления покрытия с основой (в зонах контакта покрытия с выходами на поверхность подложки частиц свободного графита), что в целом ограничивает область применения известного способа для упрочнения чугунных изделий. Решаемой задачей изобретения является повышение стойкости рабочих поверхностей чугунных изделий при одновременном снижении пористости формируемого покрытия. 2560 1 Поставленная задача достигается тем, что в способе получения покрытий из самофлюсующихся сплавов на чугунных изделиях, включающем подготовку рабочей поверхности изделия, плазменное напыление покрытия и его оплавление, подготовку поверхности осуществляют путем ее пластического деформирования посредством обкатки шариком диаметром 8-10 мм при скорости обкатывания 80-100 м/мин и при подаче 0,05-0,12 мм/об с последующим лазерным оплавлением обработанной поверхности и ее дробеструйной очисткой, наносят плазменным напылением подслой из термореагирующего самофлюсующегося сплава толщиной 0,08-0,1 мм, затем рабочий слой из самофлюсующегося сплава толщиной 0,5-0,7 мм, а оплавление нанесенного покрытия осуществляют с выдержкой его в расплавленном состоянии в течение 3-5 секунд. Реализация способа с указанной последовательностью операций обеспечивает достижение поставленной задачи за счет следующих эффектов. Обкатка исходной поверхности шариком диаметром 8-10 мм при указанных выше режимах обработки приводит к интенсивному пластическому деформированию металлической матрицы чугуна в приповерхностных слоях, сопровождающимся выкрашиванием графитовых включений, снижая в этой зоне их содержание в свободном виде. Использование в качестве деформирующего элемента шарика с диаметром более 10 мм нецелесообразно,так как при этом происходит снижение эффективности выкрашивания частиц свободного графита. Уменьшение диаметра шарика менее 8 мм приводит к нежелательному увеличению шероховатости поверхностного слоя, а также к его перенаклепу. Лазерное оплавление (переплав) тонкого обкатанного поверхностного слоя обеспечивает полное растворение остатков свободного углерода в материале основы и формирование в условиях сверхбыстрого нагрева и охлаждения так называемого отбеленного чугуна. Дробеструйная обработка поверхности изделия после лазерной обработки обеспечивает очистку поверхности от шлаковых выделений и окисных пленок. Нанесение подслоя из термореагирующего самофлюсующегося сплава (ПГ-10 НХ 16 СРЗ) толщиной 0,080,1 мм необходимо для повышения прочности сцепления напыленного покрытия с чугунной основой за счет дополнительного разогрева порошка в процессе его напыления. Минимальная толщина подслоя из такого порошка обусловлена требованиями обеспечения сплошности подслоя, а максимальная - экономической и технической целесообразностью. Пределы толщины напыляемого рабочего (основного) слоя самофлюсующегося сплава (ПГ-СРЗ) в пределах 0,50,7 мм выбраны из условия обеспечения достаточного припуска ( с учетом припуска на его механическую обработку и допуска на износ готового изделия). Разбежка заявляемой толщины соответствует достигаемой точности при напылении деталей сложной конфигурации. В процессе оплавления напыленного покрытия происходит раскисление окисных пленок, образовавшихся на поверхности детали, и частиц порошка при напылении, за счет самофлюсующихся добавок бора и кремния с образованием монолитного сплавления покрытия с основой. Заявляемая выдержка покрытия в расплавленном состоянии необходима для полного протекания процесса раскисления. Уменьшение времени оплавления приводит к снижению адгезионной прочности покрытия с основой, так как не успевают произойти раскислительные процессы. При увеличении времени выдержки покрытия в расплавленном состоянии заметно усиливаются процессы диффузии железа основы в покрытие, снижающие его твердость. Кроме того, происходит процесс отжига отбеленного слоя чугуна с выделением графита в свободном состоянии, что в конечном итоге приводит к повышенной пористости. Сохранение частично отбеленного слоя под твердым напыленным покрытием обеспечивает получение относительно плавного градиента изменения физико-механических свойств по глубине слоя, что особенно важно для деталей, работающих при ударных нагрузках и при циклическом нагружении, к которым относят детали штамповой оснастки. Заявленная разбежка времени выдержки покрытия в расплавленном состоянии обусловлена возможной точностью ее выдержки. Пример. Проводим поверхностное упрочнение чугунных полых пуансонов пресс-форм стеклоизделий (типа чашек Петри), изготовленных из специального жаропрочного чугуна марки ЖЧСШ-5,5 (ГОСТ 7769-63),содержащего углерода - 3,1-3,6 и серы - 0,02-0,03 . Поскольку ППД рабочей части пуансона (длиной 15-20 мм и диаметром 90 мм) проводим специальным обкатником, установленным на суппорте токарно-винторезного станка модели 16 К 20. Усилие обкатки составляло 50 кгс, что соответствовало рекомендациям, приведенным в работе Проскурякова Ю.Г. (Технология упрочняюще-калибрующей и формообразующей обработки металлов. - М. Машиностроение, 1971. с 121-125). Следует отметить, что в процессе ППД на поверхности изделия образовывался слой мелкопористого графита, который выполнял роль сухой смазки, что позволяло производить обкатку без использования смазочно-охлаждающей жидкости (режимы ППД представлены в таблице). Лазерное оплавление поверхности проводили на технологической лазерной установке на базе технологического лазера непрерывного действия ЛГН-702. 2 2560 1 Режимы лазерной обработки составляли ность излучения - 800 Вт диаметр лазерного луча - 1,5 мм скорость перемещения лазерного луча по поверхности детали - 400 мм/мин коэффициент перекрытия дорожек лазерной обработки - 0,8, что в целом обеспечивало проплавление поверхностного слоя. После лазерной обработки производили дробеструйную очистку поверхности колотой чугунной дробью с размерами частиц 1,5-2 мм. Газотермическое напыление покрытия на изделие производили при закреплении его во вращающемся зажимном устройстве при использовании установки плазменного напыления 1586 и плазмотрона ПП-25, при этом само зажимное устройство и неупрочняемую часть изделия закрывали специальным экраном от частиц порошка. В качестве плазмообразующего газа использовали азот. Толщина напыленных слоев (как подслоя, так и рабочего) контролировались штангенциркулем. Сразу после напыления производили оплавление покрытий газоплазменной горелкой типа Москва, начиная с наружных поверхностей пуансона и оканчивая цикл в центре его торцовой рабочей поверхности. Время выдержки температуры покрытия в расплавленном состоянии контролировалось автоматическим пирометром. Чистовую обработку покрытия производили на токарно-винторезном станке модели 16 К 20 резцом, оснащенным вставкой твердого сплава Гексонит-Р, а затем полировали. Результаты проведенных опытов представлены в сводной таблице. Параметры покрытия Толщина Толщина опы- шар., обкатки, подачи, подслоя, основного та мм м/мин мм/об мм слоя Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3 Отслаивание покрытия при напылении Сколы покрытия при работе Пористость покрытия До появления цветов побежалости на стеклоизделии