Смесь для поверхностного легирования отливок

Авторы патента:

ЖУКОВ АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МЕРЖАНОВ АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВИЧ

ПАНИН ВЯЧЕСЛАВ ВАСИЛЬЕВИЧ

СНЕЖНОЙ РОСТИСЛАВ ЛУКЬЯНОВИЧ

НОВОХАЦКИЙ ВЛАДИМИР АКИМОВИЧ

ФРОЛЬЦОВ МИХАИЛ СТЕПАНОВИЧ

B22D27/18 - использование химических способов воздействия на поверхностный слой отливок, например, для повышения кислотоупорных свойств

B22C3 - Выбор составов для покрытия поверхности литейных форм, стержней или моделей

СМЕСЬ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ОТЛИВОК, включающая порошки легирующиХч элементов в сочетании с железом, термит в виде лорошка и связующее в виде жидкого стекла, отличающаяся тем, что, с цепью улучшения качества легирования за счет растворения термита в поверхностном легированном слое, термит содержит цирконий в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.%) 88/12 и 81/19 соответственно, или титан в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.%) 80/20 и 69/31 соответственно при следующем соотношении компонентов смеси, Mac.Z: Легирующие порошки упомянутых металлов 22-50 Предлагаемый термит 48,0-75,5 Связующее в виде жидкого стекла 2,0-2,5 S

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОЮ (1И

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧ КРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

22-50

48,0-75,5

Легирующие порошки упомянутых металлов

Предлагаемый термит

Связующее в виде жидкого стекла

2,0-2,5 Я

/ (21) 3577695/22-02 (22) 11.04.83 (46) 30. 11.84. Бюл. У 44 (72) А.А. Жуков, А.Г. Мержанов, В.В; Панин, P.Ë. Снежной, В.А. Новохацкий и М.С. Фрольцов (71) Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт приборостроения и Винницкий политехнический институт (53) 621.744.079:621.746.058(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 939155. кл. В 22 С 3/00, 1980.

2. Товадзе Ф.Н. и др. Металлотермическое поверхностное легирова-ние чугуна хромом. вЂ” "Литейное производство, Ф 1, 1964, с. 26-27.

3. Омельченко В.С. Экзотермический способ поверхностного легирования отливок. вЂ” "Литейное производство", 8 6, 1965, с. 4-5.

3(SO В 22 D 27/18, В 22 С 3/00 . (54) (57) СМЕСЬ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО

ЛЕГИРОВАНИЯ ОТЛИВОК, включающая порошки легирующих. элементов в сонета. нии с железом, термит в .виде порошка и связующее в виде жидкого стекла, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества легирования . за счет растворения термита в поверхностном легированном слое, термит содержит цирконий в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.Ж)

88/12 и 81/19 соответственно, или титан в сочетании .с углеродом или бором в соотношении (мас.Х) 80/20 и

69/31 соответственно при следующем .а соотношении компонентов смеси, мас.X: g . 1126367

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при поверхностном легировании отливок из железоуглеродистых сплавов. 5

Известны легирующие покрытия литейных форм и стержней для поверх, ностного легирования отливок с целью повышения их ударн. -абразивной . иэносостойкости. Покрытие включает )0 железо, хром, углерод, кремний, никель и связующее (1J .

Недостатком этого покрытия являет)ся неудовлетворительное качество легированного слоя, обусловленное необходимостью расплавления покрытия теплом кристаплизующегося в форме металла. При недостаточном количестве тепла (мелкое литье) или низком перегреве металла покрытие расплавляется 2б только частично, в нем остаются неоплавленные зерна металла, слабо связанные между собой и с основным объемом отливки.

Известно поверхностное легирова- - ние отливок, при котором применяют пасты, содержащие экзотермические смеси, являющиеся дополнительным источником тепловой энергии. В состав таких паст .входят окиси хрома, алюминия и фтористый литий. При контакте с жидким металлом в слое пасты за счет восстановления .алюминия и хрома . развивается температура, превышаю35 щая температуру жидкого металла. Основная масса хрома из слоя пасты успевает перейти в легируемый металл (2) .

Недостатком этого способа является ,его-крайняя нестабильность протека- .4О ния процесса и качества легированного слоя. Кроме того, часть восста. новленнбго хрома остается в образующемся при реакции шлаке, а сам шлак вступает в химическое взаимодействие.45 с формой, приводя к образованию неже" лательных побочных продуктов, засоряющих отливку; в отливку также попадает окись алюминия.

Наибрлее близкой по составу и до- о стигаемому результату к предлагаемой .является смесь для поверхностного легирования отливок, содержащая порошки легирующих элементов в сочета- нии с железом, термит в виде порошка H и связующее в виде жидкого стекла.

Термит включает окалину малоуглеродистого проката и алюминий (3) .

Недостатком данной смеси является образование в процессе реакции окиси алюминия, которая остается в поверхностном легирующем слое, ухудшая его качество, а также невозможность использования углерода как материала для насыщения поверхности отливок из"за интенсивного газообразования (формирования СО в результате взаимодействия углерода с железной окалиной), Цецью изобретения является улучше- . ние качества легирования за счет растворения термитной составляющей .в по- верхностном легированном слое.

Поставленная цель достигается тем, I что в смеси для поверхностного легирования отливок, включающей порошки легирующих элементов в сочетании с железом, термит в виде порошка и .связующие .в виде жидкого стекла, термит

cogepmyr цирконий в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.7) 88/12 и 81/19 соответственно, или титан в сочетании с углеродом или бором в соотношении (мас.Ж) 80/20 и

69/31 соответственно при следующем соотношении компонентов смеси, мас.7:

Легирующие порошки упомянутых металлов 22-50

Упомянутый термит 48-75 5

Связующее в виде жидкого стекла 2,0-2,5

Смесь приготавливается в виде пасты или наносится на пластины. Пастой окрашивают поверхность формы, пластины устанавливают (заформовывают) на плоских поверхностях.

Наличие в смеси химического источника тепловой энергии, включающего порошки титана нли циркония, в смеси с бором или углеродом (смесей), взятые в стехиометрическом соотношении, соответствующем образованию карбида или борида титана„или циркония, при" водит к улучшению качества легирования не только за счет выделения тепла при взаимодействии названных элементов, но и за счет образования упрочняющих дисперсных частиц: боридов и карбидов титана или циркония, которые в процессе легирования распреде-. ляются в структуре легированного слоя и упрочняют его, а не нарушают сплошности .

Под действием этого тепла йроис ходит расплавление легирующих компонентов, а карбиды или бориды переходят в легированный слой метапла, дополни67

3 11263 тельно упрочняя его. Оптимальное отношение смеси титана или циркония с бором или углеродом к массе легирующих компонентов составляет 0,94-3,43.

При соотношении термитной составляющей больше 3,54 нарушается стабильность воспламенения ее, поскольку уменьшается вероятность соприкосновения частиц термитной составляющей, соотношение меньшее чем 0,92 нецелесообразно из-за обеднения обе щего состава смеси легирующими элементами.

Пример ы. Для приготовления смеси применяют следующие исходные материалы: порошки железа, феррохрома (KP 000).и электродного боя вЂ” леI гирующие компоненты, порошки титана .3и циркония в смеси с бором или лам,повой сажей, взятые в стехиометричес- 0 .ком соотношении, соответствующем образованию заданного борида или карбидавЂ” термирная составляющая. Порошки терьятной составляющей имеют размер частиц 20-100 мкм, углерод - в виде лам-25. повой сажи ПИ-15.

Для сравнения готовят смесь с классическим термитом (3), исисльэуит окалину малоуглеродистого проката- и порошок алюминия. 30

Упомяяутые компоненты перемешивают всухую, затем добавляют связующеевЂ” жидкое стекло, перемешивают вновь и формируют из смеси легирующие пла-. стины, которые затем просушивают при

О 35

280 С.. Пластины устанавливают на дно формы и заливают жидкой сталью марки 25Л.

Варианты использованных смесей приведены в таблице, где в опытах

1-36 применяют смеси в соотвнтствии с изобретением, в .опытах 37-38 в соответствии с прототипом.

С учетом возможных погрешностей и колебаний в условиях технологичес 45 ких процессов литейного производства учтены некоторые отклонения от стехиометрического состава, .которые и отмечены в таблице.

Исследование металла отливок показывает, что легированный слой имеет структуру литого металла,. что свидетельствует о полном расплавлении металлических составляющих и переходе в раствор компонентов, участвующих .в реакции, и продуктов реакции (sa исключением тугоплавких карбидов и боридов) . Переход от легированного поверхностного слоя к основному металлу вЂ” плавный.

Исключения составляют эксперимен ты по вариантам 37 и 38. В обоих случаях в легированном слое наблюдаются скоагулированные грубые включения

А120 . В экспериментах по варианту

38 слой плохо формируется,. поражается раковинами, крупными и мелкими порами. г

Технико-экономическая эффективность изобретения для поверхностного легирования по сравнению с базовым объектом, за который принят прототип, заключается в повышении качест" ва легированного слоя, в воэможности поверхностно легировать как толстостенные, так и тонкостенные отливки -.

В процессе "горения" экзотермической ,термитной смеси не образуется шпако вой фазы, в отличие от прототипа в ротором классический железо-алюминие-, вый термит при горении образует окисел алюминия, загрязняющий легированный . поверхностный слой отливок.

Ф .

В предлагаемом реждении происходиТ бескислородное горение, продуктами реакции являются не окислы, а карби-, ды или бориды, т.е. высокотвердые металлические фазы, не загрязняющие поверхностный слой, а наоборот, упрочняющие его.

Эти карбиды и бориды являются тугоплавкими соединениями. В процессе поверхностного легирования отливок они образуют прочный тугоплавкий скелет, который препятствует растворению образующегося поверхностного слоя в жидком металле и уносу этого слоя во внутреннкно часть отливки.

2,0 вляющая, мас. состав, мас.Х

48(80TTi + 20 сажа) 2 48(79Т +21 сажа) 38Fe+12Хр000

1.1 126367 и

2,3 и

2,3

2,5 и и и

2,3 и и и

1 7F e+5 Хр000

2,5 и и и и

2,3

«и»

2,32,5 и и и и и