Способ обработки газотермических покрытий из самофлюсующихся сплавов
Изобретение относится к газотермическому нанесению покрытий из самофлюсующихся сплавов и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Целью изобретения является предотвращение трещинообразования и повышение твердости покрытий. Напыленное покрытие из самофлюсующегося сплава подвергают оплавлению при 1020-1040°С на воздухе, а охлаждают в две стадии -^ •сначала до 660-480°С в течение 1-2 ч и затем до 300-280°С в течение 3-4 ч. При этом в покрытии отсутствуют трещины и твердость достигает 53 ед.НРС. 1 табл.
союз СОВЕтских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s С 23 С 4/18
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ГВУ (21) 4760816/02 (22) 18.10.89 (46) 23.02.92. Бюл. N. 7 (75) А.В.Владимиров, В.П,Кочергин, В.А,Вилисов и В.А.Копысов (53) 621.793.7 (088.8) (56) 1. Антошин Е.В. Газотермическое напыление покрытий. — М„ Машиностроение, i974, с,62.
2. Хасуй А. Техника напыления. — M.: Машиностроение, 1975, с,65 — 71, (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ СПЛАВОВ
Изобретение относится к нанесению покрытия газотермическими методами, в частности к последующей обработке газотермических покрытий системы Ni Cr — Â-Si, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.
Известен способ обработки металлизированных покрытий из самофлюсующихся сплавов, включающий оплавление 60 — 8570 площади покрытия при чередовании оплавленных и неоплавленных участков (1), Недостатком известного способа является неравномерность распределения компонентов сплава по сечению покрытия, необеспечивающего равномерного износа по слою покрытия, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ обработки газотермических покрытий из самофлюсующихся сплавов, включающий проплавление покрытия при 1000 — 1100 С, последующее
„„5U,, 1713975 А1 (57) Изобретение относится к газотермическому нанесению покрытий из самофлюсующихся сплавов и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Целью изобретения является предотвращение трещинообразования и повышение твердости покрытий. Напыленное покрытие из самофлюсующегося сплава подвергают оплавлению при 1020-1040 С на воздухе, а охлаждают в две стадии— сначала до 660 — 480 С в течение 1-2 ч и затем до 300 — 280 С в течение 3 — 4 ч. При . этом в покрытии отсутствуют трещины и твердость достигает 53 ед.HRC. 1 табл. охлаждение покрытия до температуры, соответствующей наи бал ьшей .скорости процесса, аустенитного превращения
550 — 640 С, выдержку при этой температуре в течение 0,5...2 ч и охлаждение до нормальной температуры (2).
Недостатком данного способа является то, что при охлаждении покрытия на воздухе в интервале температур 540 — 480 С наблюдается наибольшее количество остаточных напряжений, приводящих к образованию трещин в результате резкого перехода .1" фазы покрытия в -фазу.с изменением параметров кристаллической решетки.
Целью изобретения является предотв.ращение трещинообразования и повышение твердости покрытия, Данная цель достигается тем, что согласно способу, включающему оплавленив при 1020-1040 С на воздухе и последующее охлаждение, оплавление осуществляют в течение 0,3 — 2 ч, а охлаждение производят в две стадии — сначала до 660-4800С в течеза счет растворения более мелких включений.
Охлаждение при температуре меньше
480 С создает высокие термические напряжения за счет неравномерного роста упроч45 няющей у-фазы в сплаве покрытия, быстрая кристаллизация которой создает высокие внутренние напряжения, в результате чего образуются в покрытии трещины.
При выдержках менее 1 ч процессы ори50 ентации упрочняющих фаз в сплаве протекают не полностью. Остаточные внутренние напряжения уменьшают срок эксплуатации иэделий с покрытиями.
Болев продолжительные выдержки нецелесообразны с экономической точки зрения (трата энергии, окисление поверхности, выгорание легирующих элементов, ухудшение структуры основы детали). ние 1-2 ч, а затем до 300 — 280 С в течение
3 — 4 ч.
Оплавление покрытия при 1020-1040 С и последующая выдержка при этой температуре в течение 0,3-2 ч обеспечивает проте- 5 кание диффузионных процессов между подложкой и покрытием, выравнивание концентраций легирующих компонентов сплава по сечению. Охлаждение покрытия в две стадии позволяет устранить образова- 10 ние трещин, возникающих при термообработке напылен ного покрытия, обеспечивает стабилизацию структуры покрытия по слою, а следовательно, выравнивание эксплуатационных свойств по толщине покрытия. 15
После оплавления деталь с покрытием охлаждается сначала до 660 — 480 С с выдержкой 1-2 ч, а затем до 300-280 С с нормализацией покрытия в течение 3 — 4 ч.
В результате экспериментальных исс- 20 ледований выявлено, что в интервале 660480 С в покрытии происходят фазовые превращения. т.е. (Nl, Сг, Ге, $фз(С, В)я
tj-фаза растворяется в у-эвтектической составляющей сплава, в результате чего воз- 25 никают большие термические напряжения с экзотермическими реакциями, приводящие при охлаждении на воздухе к трещинам и браку изделий с покрытиями. Ступенчатое охлаждение покрытия с выдержкой на пер- 30 вой ступени и нормализацией по объему покрытия позволяет снизить скорость фазовых превращений в нем, а следовательно, избежать трещинообразования.
Выдержка при более высокой темпера- 35 туре выше 660 С не дает положительного эффекта, так как образуется грубая структура покрытия, упрочняющие фазы распределяются неравномерно, происходит их рост
На второй стадии охлаждение производят до 280 — 300 С. В этом интервале температур остаточные напряжения равномерно распределяются по покрытию, обеспечивая ему повышенную твердость и износостойкость за счет стабилизации упрочняющих фаз. При охлаждении покрытия от температур выше 300 С происходит искажение кристаллических решеток фаз и сохранение остаточных напряжений. При уменьшении температуры охлаждения ниже 280 С не происходит стабилизации упрочняющих фаз. Заявляемый интервал времени нормализации покрытия при заданных температурах обеспечивает стабилизацию фаэ, позволяя повысить твердость покрытия и снизить остаточные напряжения. С уменьшением или увеличением интервала времени нормализации покрытия его структура не приобретает той мелкозернистости, которая образуется при нормализации в заданных интервалах температур и времени, уменьшая твердость покрытия, сохраняет остаточные напряжения.
Указанный интервал времени нормализации при заданных температурах обеспечивает стабилизацию упрочняющих фаз, позволяя повысить твердость покрытия. С уменьшением или увеличением интервала времени нормализации етруктура покрытия не приобретает той мелкозернистости, которая образуется при нормализации в заданных интервалах температур и времени, уменьшая твердость покрытия и увеличивая возможность образования трещин.
Сйособ осуществляют следующим обра- . зом.
Порошок Пà — ХН80С4РУ на стальную ленту сталь 08кп, шириной 15 мм плазменным напылением на установке УПУ вЂ” ЗД. Режимы напыления: ток дугового разряда
280-320 А, напряжение 50-70 В, дистанция напыления 100 — 120 мм, расход плазмообразующего газа (аргон-азот) 30 — 70 л/мин.
Толщина нап ыленного слоя составляет 0,81 мм. Фазовый состав напыленного покрытия определяют с помощью рентгенограмм, снятых в железном излучении при 25ОC.
Образцы в форме пластин с покрытием из самофлюсующегося сплава ХН80С4РУ оплавляют в печи ТЭП-1 по предлагаемому и известному способу. Измерение температуры от 1010 до 1100 С производят термопарой ППР (платина-платина-родий).
Выдержка в печи регистрируется секундомером и составляет от 0,2 до 2,2 ч, Изменение переходов фазового состава покрытия в процессе оплавления определяют методом дифференциально-термического анализа и высокотемпературным рентгенофаэовым
1713975 анализом. Интервалы фазовых переходов в покрытии; определенные двумя независимыми методами, совпадают.
Распределение фаз в сплаве излучают на рентгеноспектральном анализаторе 5 !
ХА5. Термообработанные при различных режимах образцы в перпендикулярном сечении шлифа бомбардируют пучком электронов с энергией 15 кВ. Ток зонда составляет примерно 100 mA, а его диаметр 10
3 мкм. Регистрацию интенсивности линий кремния производят с помощью кристалла
РЕТ, а бора — кристалла МУР. В качестве стандартных образцов (Cr, Ni, Fe) используют чистые металлы. Содержание элементов. 15 в анализируемой фазе определяют по формуле
lo6 э
Собр = Ссо, ico где 1обр leo интенсивности аналитической 20 рентгеновской линии в анализируемом образце и стандартном образце;
Собр, Ссо — СОдЕржаНИЕ ОПрЕдЕЛяЕМОГО элемента в анализируемом и стандартном образцах. 25
Статическую обработку результатов измерений, исправление измеряемых интенсивностей на "мертвое время" регистрирующей системы и на фон проводят в режиме реального масштаба времени 30 на микроЭВМ ДЗ вЂ” 28, непосредственно подключенной к микроанализатору, Данные рентгеноспектрального анализа сравнивают с данными, полученными на металлографическом микроскопе "НЕОФОТ вЂ” 2". 35
После оплавления изделие с покрытием охлаждают в печи ТЭП вЂ”.1 до 480 — 670 С и производят последующую выдержку в течеwe 0,8-2,2 ч. В результате в интервале температур 470-600 С в покрытии возникают 40 высокие внутренние напряжения, которые приводят к возникновению трещин в покрытии. Для уменьшения внутренних напряжений в покрытии иэделие выдерживают в интервале 470-660 С температур в течение 45
1-2 ч,обеспечивая покрытию хорошее качество — отсутствие трещин.
Оплавленные и термообработанные при 660-470 С образцы в форме пластин из
Ст.3 размерами 20х80х1,мм с покрытием 50 плоскости с одной стороны толщиной 1 мм из Ni- Cr-В-Si сплава испытывают на уровень остаточных напряжений методом изгиба, При равномерном распределении остаточных напряжений изгиб образцов по 55 окружности 4 мм на 135 сопровождается появлением радиальных трещин. Отсутствие радиальных трещин на изогнутом образце показывает, что остаточные напряжения распределены равномерно и искажений кристаллических решеток фаз нет.
На второй стадии охлаждение производят в печи ТЭП вЂ” 1 от 660-470 до 310-270 С с нормализацией по покрытию в течение
2,8 — 4,2 ч. В результате исследований при охлаждении в интервале температур 300280 С происходит равномерное распределение остаточных напряжений по покрытию, обеспечивая ему высокую твердость.
В таблице представлены результаты исследований покрытий на трещиноустойчивость и твердость. Испытания покрытия на твердость производят на приборе ТК-214 по шкале С(В).
Из таблицы видно, что при увеличении температуры охлаждения выше 300 С е покрытии сохраняются остаточные напряжения, при этом твердость его уменьшается.
При уменьшении температуры охлаждения ниже 280 С твердость покрытия падает за счет того, что при этих температурах не происходит стабилизация упрочняющих фаз.
С уменьшением или увеличением интервала времени нормализации твердость покрытия уменьшается, Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает устранение трещинообразования при термообработке напыленного покрытия, стабилизацию состава покрытия по слою, а следовательно, выравнивание эксплуатационных свойств по толщине покрытия, повышение его твердости,. повышение качества и надежности упрочненных деталей.
Формула изобретения
Способ обработки гаэотермических покрытий иэ самофлюсующихся сплавов, включающий оплавление при 1020 — 1040 С на воздухе и последующее охлаждение, о тл. и ч а ю шийся тем, что, с целью предотвращения трещинообразования и повышения твердости покрытий, оплавление осуществляют в течение 0 3 — 2,0 ч, а охлаждение осуществляют в две стадии, сначала до 660 — 480 С в течение 1 — 2 ч, а затем до 300 — 280 С в течение 3 — 4 ч.
1713975
Охла ение о 20 С*
Время выдержки, ч
Твердость, HRC*
0,2-2,2
1030
1040
1,5 — 2,0
550
480
550
480
Температура, С
Оплавление
1100 (по известномуу способу}
1020
I стадия охлаждения от
1020 — 1040 до
600 (по известному способу)
660
470
I I стадия охлаждения (термообработки
0,2-2,2
0,2
0.3
1,0
2,0
2,2
0,2
0,3
1,0
2,0
2,2
0,2
0,3
1,0
2,0
2,2
0,2-2,2
0,8-2,2
1,0
1,5
2,0
1,0
1,5
2,0
1,0
1,5
2,0
0,8 — 2,2
1,0
1,5
2,0
1,0
1,5
2,0
0,8-2,2
Распределение компонентов по толщине покрытия
Неравномерное
Равномерное
Неравномерное
Равномерное
Неравномерное
Равномерное
Неравномерное
4 °
Равномерное
Неравномерное
Неравномерное
51
52
53
53
54
51
51
52
53
53
48
46
52
52.
53
49
48
53
53
52
51
53
52:
53
53
46, 511
53
52
53
53
46, наличие трещин в(+— есть) +
+
+
+
+
+
+
+
+ образование трещин при изгибе на
135 +- есть
+
+
+
+ .
+
+
1713975
Продолжение таблицы
Составитель А, Владимиров
Техред M,Mîðãåíòàë Корректор G. Кравцова
Редактор Н.Рогулич
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 663 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
