Способ получения металлического покрытия из ферромагнитного порошка

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНОГО ПОРОШКА(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Хейфец Михаил Львович Чемисов Владимир Борисович Грецкий Николай Леонидович Премент Геннадий Борисович Толстиков Сергей Константинович(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(56)721305, 1980.1445 С 1, 1996.2016718 1, 1994.1747538 А 2, 1992.2528 2, 2005. Кожуро Л.М., Чемисов Б.П. Обработка деталей машин в магнитном поле. Мн. Навукатэхнка, 1995. - С. 5-7.(57) Способ получения металлического покрытия из ферромагнитного порошка, включающий нанесение на заготовку ферромагнитного порошка в переменном по величине магнитном поле путем его подачи в рабочий зазор между полюсным наконечником и заготовкой с последующим расплавлением импульсами электрического тока и упрочнением покрытия, отличающийся тем, что упрочнение выполняют посредством поверхностного пластического деформирования накатным инструментом, затем на заготовку осуществляют наплавку углеродистой проволоки и снимают слой нанесенного покрытия до глубины,на которой получена максимальная поверхностная твердость нанесенного покрытия, достигаемая за счет обратной диффузии. Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения металлических покрытий. Найдет применение в машиностроении и машиноремонте для восстановления и упрочнения деталей. Известен способ получения металлических покрытий путем дуговой наплавки углеродистой проволоки в среде защитных газов 1. Наплавку ведут короткой дугой на постоянном токе обратной полярности с использованием источников питания с жесткой внешней характеристикой. Недостатком известного способа является низкая твердость наплавленного металла 160200 НВ 2 при применении углеродистых наплавочных проволок марки Нп-25, Нп 30, Нп-35. Наиболее близким техническим решением является способ получения покрытия ферромагнитным порошком в переменном по величине магнитном поле путем его подачи в рабочий зазор между полюсным наконечником и заготовкой с последующим расплавлением импульсами электрического тока и поверхностно-пластическим деформированием(ППД) накатным инструментом 3. Зерна порошка ферробора марки ФБ-1 подаются в за 10016 1 2007.12.30 зор между деталью и сердечником электромагнита, образуя токопроводящие цепочки, которые расплавляются под действием энергии проходящего по ним разрядного тока и наносятся на поверхность с последующим поверхностно-пластическим деформированием накатным инструментом. Однако этот способ имеет следующие недостатки неравномерность и пористость покрытия, ограничение толщины наплавленного слоя (до 0,6 мм). Эти недостатки вызваны неравномерностью образующихся токопроводящих цепочек порошка, которые, расплавляясь, наносятся на поверхность детали в виде точечных вкраплений, что приводит к образованию пор. Задачей предлагаемого способа является повышение качества покрытия за счет снижения пористости и неравномерности, а также увеличение толщины наносимого покрытия. Заявляемый способ получения металлических покрытий включает нанесение на заготовку ферромагнитного порошка в переменном по величине магнитном поле путем его подачи в рабочий зазор между полюсным наконечником и заготовкой с последующим расплавлением импульсами электрического тока и упрочнением покрытия. Упрочнение выполняют посредством поверхностного пластического деформирования накатным инструментом, затем на заготовку осуществляют наплавку углеродистой проволоки и снимают слой нанесенного покрытия до глубины, на которой получена максимальная поверхностная твердость нанесенного покрытия, достигаемая за счет обратной диффузии. Сопоставимый анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного новыми операциями и режимами их осуществления, а именно тем, что после нанесения ферромагнитного порошка с поверхностно-пластическим деформированием на заготовку осуществляют наплавку углеродистой проволоки с последующим снятием слоя величиной, определяемой максимальной поверхностной твердостью наносимого покрытия, достигаемой за счет обратной диффузии. Благодаря данным отличиям происходит заполнение пор в слое нанесенного порошка расплавом проволоки, что значительно уменьшает количество пор и неравномерность наносимого покрытия, а также увеличивается толщина наносимого покрытия. Предлагаемый способ реализован следующим образом. На заготовку - вал с номинальным диаметром 50 мм при длине 100 мм, изготовленного из Стали 20, - проводят нанесение ферромагнитного порошка ферробора марки ФБ-1 с размерами зерен 0,2-0,4 мм. Вращающийся вал со скоростью 0,105 м/с устанавливают в центрах токарного станка 16 К 20, а устройство для реализации способа нанесения ферромагнитного порошка - в резцедержателе. Вибрацию полюсного наконечника с амплитудой 1 мм, отдаленного от сердечника электромагнита воздушным зазором, и переменное по величине магнитное поле в рабочем зазоре создают электромагнитной катушкой, питаемой выпрямленным током по однополупериодной схеме. При этом автоматически самим устройством обеспечивается синхронизация изменения магнитного потока в рабочем зазоре с вибрацией полюсного наконечника таким образом, что величина магнитной индукции в рабочем зазоре уменьшается при движении полюсного наконечника к поверхности заготовки и падает до минимального значения, определяемого величиной остаточной намагниченности полюсного наконечника и заготовки в момент импульсного механического воздействия полюсного наконечника на поверхность заготовки. Полюсный наконечник и заготовку подключают к разноименным полюсам сварочного трансформатора ТД-500 через вентиль В 200, обеспечивающий однополупериодное выпрямление напряжения. Соотношение фазового угла между напряжением, питающим электромагнитную катушку для создания вибрации и переменного магнитного потока, и напряжением,питающим сварочный трансформатор, выбиралось таким, что моменту импульсного механического воздействия полюсного наконечника на поверхность заготовки соответствует падение напряжения до нуля во вторичной цепи сварочного трансформатора. Сварочный трансформатор работает в режиме малых токов при минимальном значении величины на 2 10016 1 2007.12.30 копленной энергии, соответствующей току короткого замыкания в 150 А. Ширина полюсного наконечника вдоль образующей шейки вала составляет 30 мм. Первоначальный рабочий зазор между полюсным наконечником и деталью при обесточенной электромагнитной катушке составляет 0,4 мм. При вращении вала в рабочий зазор непрерывно подается ферромагнитный порошок с расходом 17 г/мин, который, расплавляясь,распределяется по поверхности детали и подвергается поверхностно-пластическому деформированию накатным инструментом. Диаметр шарикового накатника составляет 5 мм,а усилие деформирования Р 1240 Н, подача 0,22 мм/об. После нанесения ферромагнитного порошка с последующим поверхностно-пластическим деформированием на шейки валов наплавляют углеродистую проволоку Нп-30 диаметром 1,6 мм. Наплавку ведут короткой дугой на постоянном токе обратной полярности с использованием источника питания с жесткой внешней характеристикой. Режимы наплавки напряжение дуги 20 В, сварочный ток 150 А, скорость наплавки составляет 0,01 м/с, подача или шаг наплавки 4 мм/об., вылет наплавочной проволоки 15 мм, скорость подачи наплавочной проволоки 0,035 м/с, расход углекислого газа 0,6 м 3/ч. Затем снимают слой полученного покрытия твердосплавным инструментом Т 15 К 10 на глубину 0,5 мм, определяемой экспериментально, которая соответствует максимальной поверхностной твердости наносимого покрытия, достигаемой за счет обратной диффузии. По предлагаемому способу и прототипу были изготовлены и исследованы несколько образцов. Количество пор в покрытии определяли металлографическим способом на ПМТ-3, для чего изготовляли шлифы из образцов по ГОСТ 2.308-79. Неравномерность нанесения покрытия определяли визуально и на микроскопе МИМ-7. Поверхностную твердость образцов измеряли на твердомере Роквелла. Результаты испытаний приведены в таблице. Результаты испытаний показали, что применение заявляемого способа нанесения металлических покрытий по сравнению с прототипом обеспечивает следующие преимущества увеличение толщины наносимого покрытия до 0,91,1 мм снижение пористости и неравномерности поверхности покрытия при сохранении поверхностной твердости покрытия ( 60 ). Твердость поверхности нанесенного покрытия,Ферромагнитный порошок ферробора марки ФБ 1 Количество пор на поверхности покрытия после механической обработки,10016 1 2007.12.30 Источники информации 1. Ивашко , Куприянов И.Л., Шевцов А.И. Электротермическая технология нанесения защитных покрытий. - Мн. Наука и техника, 1996. - 375 с. 2. Кузнецов Б.В., Ефимов В.И., Шелег В.К., Белявин К.Е. Сварка металлов плавлением ведомственное справочное издание. - Мн. НИКТИ СП, 1997. - 290 с. 3. Чистосердов П.С., Чемисов Б.П. и др. Технология размерно-чистовой и упрочняющей обработки Учебное пособие для студентов техн. спец. вузов. - Мн. Университетское,1993. - 188 с. (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4