Способ изготовления массивных биметаллических изделий наплавкой

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (S) (111 (59 4 В 22 D l9/08 списочник изоБРКткниЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3742044/22-02 (22) 17.05.84 (46) 07, 06 . 86 . Бюл. 11 21 (71) Научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения Производственного объединения "Уралмаш" (72) В.Д.Кудинов, Л.P .Козоровицкая, В.В.Яковлев,, М.Н.Сивков, В.И.Кононенко, А.Л.Сухман, В.Н.Галактионов, Г.И.Шишкин и И.В.Нетеса (53) 621.74.046(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 562393, кл . В 22 D 19/08, 19?5. (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАССИВНЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ НАПГАВКОЙ преимущественно на основе системы "сталь+бронза", включающий установку на твердую стальную заготовку формы-контейнера, размещение в ней наплавляемой бронзы, предварительный нагрев и герметизацию, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью снижения затрат на форму-контейнер и наплавляемый материал при одновременном получении качественного. биметаллического изделия, герметизацию производят в интервале температур от температуры солидуса наплавляемой бронзы до температуры смачивания этой бронзой стальной заготовки иэделия.

12 3567ti

Изобретение относится к машиностроению, в частности к получению би— металлических деталей с антифрикцион— ными свойствами.

Цель изобретения — снижение затрат на форму-контейнер и иаплавляемый ма— териал при одновременном получении качественного биметаллического иэделия .

Экономически выгодно и технически целесообразно основу крупногабаритных пар трения получать иэ сравнительНо прочной конструкционной стали, а необходимые антифрикционные свойства — наплавкой на рабочие поверхнос— ти слоя бронзы.

На чертеже схематически изображено устройство для реализации предлагаемого способа получения, например, биметаллической шестерни.

На стальную заготовку 1 устанавливают дополнительную форму-контейнер 2 с зазором А, равным заданной толщине наплавляемого антифрикционного слоя. Цветной сплав 3 (бронзу) помещают в контейнер 4, соединяя его в общую наплавочную полость с зазором, например, посредством металлопровода 5. Необходимым требованием является герметичное соединение формы-контейнера с детальн и контейнера с наплавочной полостью. В условиях, когда наплавляемая деталь, форма †контейнер, контейнер и металлопроводы изготавливаются из сталей 3, 20, 35, герметизации обычно достигают наложением плотных сварных швов электрода— ми (типа 350) .

В крышке контейнера сверлят отвер— стие и приваривают гаэоотводящую трубу 6 с запорным устройством 7 на конце.

Наплавка антифрикционного слоя »а стальную деталь с предварительным нагревом до температуры ниже температуры солидуса и герметиэацией при этой температуре сопровождается ростом избыточного давления в наплавочной полости. Под его действием возможно разрушение контейнеров, уволив чение зазора (толщины наплавки) иа заполнение нзплавочной полости.

Согласно предлагаемому способу герметизируют наплавочную полость в интервале температур от температуры солидуса цветного сплава до тем— пературы смачивания цветным сплавом стальной основы.

10!

Для систем сталт,+бронза"„ котоptIp не имект в своем составе активного марга«ца, кииетика в.аимс1действия с гаэ,IIH сводится к активации поверхностей ваплаво гной пс1л с: и, то под— тверждается наличиеM c ìë÷èttttíèÿ и диффузионного соединения стали с бронзой, полученного сс глас и. ирсдлагаемсн)ч t нос о(5у

31еталлографичес кими и ревтгettoспектральиысми ис< ",е :; ва виями установ50

Пр едварител ьными исследования ми кинетики растекания бронзы БрОС 8-12 по стали устаногчено, что температура совершенного смачивания в системс достигается при нагреве до 1100о

1150 С. Эту температуру принимают в качестве наибольшей величины температуры герметизации наплавочной полости. Ее же выбирают за предельную температуру нагрева из тех соображений, что более высокий нагрев не да— ет качественного изменения смачива— ния и растекания, экономически не оп— рандан и ведет к интенсивному укрупнеиин зерна стальных деталей, снижая их прочность. Перегрев также усиливает ликвидацию в бронзе и растворение железа, т,е. снижение антифрикпионных свойств наппавленного сплава. Поэтому, при решении задачи смачивания, дальнейшее повышение температуры не— целесообразно.

Опытами установлено, что ItpHHRTBII температура наплавки 1150 (1 20 С) обеспечивает получение надежного соединения сталей 3, 20, 35, 45 и 40Х с I,ветиыми сплавами МН11ц 20-20, БрОС

8-12, БрОС 8-21, БрОФ-10-1, БрАМп 9-2, БрАЖИп 10-3-1, и др.

Отсутствие всяких флюсов при нап— лавке Hcêëê÷àåò засорение броиэ немоталли Jескими вклкчеииями H снимает жесткие требоваиия ио регулированию времени взаимодействия твердой и жидксэй фаз .

При наплавке предлагаемым способом давление газов в наилавочной полости ие превышает атмосферного (с: учетом погрешиос.ти измерений?, после герметизации давление сра3v же начинает падать, частично уравновешивая гидрос тати-,еское давление столба жидкой бронзы и разгружая стенки наплавочной полости. Причиной сиижс.вия давления в I ерметичиой полости контейнера яв— ляется интенсивное взаимодействие твердых и жидких фаэ с га овои1 средой.

12 > э64 7 лена диффузия углерода из стали к зоне соединения с бронзой и обеэуглероженная прослойка на поверхности наплавочной полости. Вероятно, в присутствии меди углерод стали окисляет- 5 ся кислородом и в виде C() создает свое парциальное давление в полости нплоть до температуры наплавки. При охлаждении с этой температуры давление в напланочной полости начинает 10 понижаться за счет снижения количества газов, а также за счет перехода

СО в СО, . Поэтому важно на этой стадии произвести герметизацию напланоч— ной полости, чтобы избежать окисления, и создать некоторое обжатие кристаллиэующегося сплава стенками наплавочной полости. Зкспериментально ус— тановлено, что за счет герметизации качество бронзы приближается к спла- 20 вам вакуумной выплавки, н них полностью отсутствуют газовые пузыри и неметаллические вклн>чения, понерхнос— ти получаются чистыми.

В известных cIIoco(>Bx активация 25 наплавляемых с TBslьных поверхностей и защита от окисления при нагреве осуществляются флюсом, который плавится примерно при 600 С и при дальнейшем нагреве сначала растекается по стали, а после расплавления бронзы удаляется с напланляемой поверхности и всплывают через слой бронзы.

Образуюд(неся продукты, несмотря на их резкое отличие по плотности от ме35 таллических сплавов, удаляк>тся не полностью и тем хуже, чем ближе температура нагрева к температуре солидуса. В присутствии бора и углерода н бронзе проявляются электрические сложные сплавы железо †б-углеродмедь, которые при охлаждении коагулируют в округлые включения и, обладая твердостью около 600 Н"», сильно затрудняют последующук> обработку и

45 ухудшают антифрикпионные свойства.

На крупных деталях с массой в несколь ко тонн известные способы дают отрицательные результаты.

Испытания способа проводятся при наплавке двух натурных образцов сферических подпятникон дробилок ° Для сравнения изготавливаются дна опытных подпятника н натуральную величину известным способом.

Основу полпятников изготавливают литьем из с гани З.э. 1. Она представляет собой рас>.>иря» п(ийся конус с фланцем внизу. Внутренняя рабе чая поверхностьь выполняется цо форме сферы с радиусом 1000 мм.

„ 1ополнительную форму изгoTBBJTRY)T из листа Ст. 3, устанавливают на основу с зазором по сфере, равным 10 мм, и принаринают плотными с варнымн шна— ми. Сверху над зазором помещают контейнеры со слитками бронзы bp00 8 -12 и соединяют их металлопроводами с полостью зазора в общую наплавочную полость тоже посредством плотных сварных швов. Для контроля давление газов в наплавочной полости и ее последующей герметизации используется газоотводящая труба от верхней части одного из контейнеров. На трубу устанавливается самопишущий мановакууметр и трехходовой кран, сообщающий напланочную полость с атмосферой или герметизирующий ее.

Прочность сварных швов и стенок наплавочной полости рассчитывается на избыточное давление газов от 6 атм и гидростатическое давление столба жидкой бронзы высотой 600 мм.

На случай возможных деформаций масса бронзы в контейнерах превышает необходимое для заполнения полос.ти зазора количество в два раза и. составляет 672 кг.

Нагрев (наплавка) осуществляется в термической печи общего назначения с размеров рабочего пространства

6" 4 ° 4 м.

Нагрев ведут со скоростью 50-80 С и час с контролем температуры по контактным хромель-алюмелевым термопарам. Их устанавливают по дне штуки на каждое иэделие. Регистрацию температуры производят с помощью самопишущего потенциометра.

На первой стадии нагрева напланочная полость через трубу соединена с атмосферой, и расширяющиеся в полости зазора и контейнера газы свободно выходят н окружак>щук среду. При отсутствии такого газообмена, т,е. при герметизации полости до нагрева, опытами установлено наличие избыточного давления в полости до 6 атм для системы "сталь+бронза НрОС 8-12".

Нагрев изделий при напланке антифрикипонногп слоя по предлагаемому

cr! особу ведут с герше тиза пней одного и >>(елия при температуре с >липуса бронзы ВРОС 8 — 12, состав»я>ч>(ей> 9 (1" С, 1235647 а другого - при температуре смачивания, определяемой экспериментально.

Составитель В. Николаев

Техред О.Горгвай Корректор И.Иуска

Редактор О.Бугир

Заказ 3043/10 Тираж 757

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб, д . 4/5

Подпис ное ч .

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная, 4

Последующая обработка биметаллических иэделий показала, что соединение стали с бронзой носит выраженный диффузионный характер, пор и отслоений не обнаружено, Структура бронзы крупнозернистая. Прочность диффузионного соединения выше прочности бронзы: при испытаниях на разрыв образцов-свидетелей диаметром 10 мм разрушение во всех случаях происходит по бронзе при показателях предела прочности, текучести, удлинения и сжатия, соответствующих показателям бронзы БрСО 8-12 в исходном питом состоянии,