Способ упрочнения рабочих поверхностей деталей, подвергающихся абразивному износу, в частности поверхностей шнековых транспортеров

 

Изобретение относится к области упрочнения поверхностей металлических конструкций, работающих в режиме абразивного износа, и может быть использовано при изготовлении и ремонте лопастей шнековых транспортеров. Упрочняемые поверхности, например рабочие поверхности шнековых транспортеров, подвергают облицовке упрочняющими пластинами из твердого сплава с предварительно нанесенным на сопрягаемую с упрочняемой поверхность слоя припоя, согласно изобретению, слой припоя наносят на пластину с отступлением по периметру от краев на 3,5-4 мм и после этого каждую упрочняемую пластину приваривают к упрочняемой поверхности по граням пластины, обеспечивая полное расплавление слоя припоя теплом сварочной дуги.

Изобретение относится к области упрочнения поверхностей металлических конструкций, работающих в режиме абразивного износа, и может быть использовано при изготовлении и ремонте лопастей шнековых транспортеров (шнеков).

Известны способы поверхностного упрочнения металлических конструкций, подвергающихся абразивному износу, заключающиеся в плазменно-дуговой наплавке, предусматривающие применение в качестве наплавляемого материала порошков, проволоки, а также их сочетания [1-4]. В указанных способах появляется возможность путем подбора химического состава порошков и проволоки создавать упрочняющий слой с практически любыми механическими свойствами. При этом толщина наплавляемого слоя лежит в пределах 2-4 мм, но может быть увеличена вторым и более слоями. Однако такого вида наплавка приводит к значительным деформациям поверхностей, потерям порошков до 50% и последующей обязательной финишной механической обработке ("в размер"), что также требует определенных производственных затрат.

Существуют также способы упрочнения поверхностей деталей путем плазменного напыления соответствующих материалов - плазменное напыление [5]. Однако при этом толщина покрытия не превышает долей миллиметра, а прочность сцепления нанесенного покрытия недостаточно высока.

Еще одним способом упрочнения деталей является способ, при котором на поверхность детали навивается лента заданного химического состава с последующим ее расплавлением электрической дугой [6]. Этим достигается получение биметаллической конструкции, однако, область применения этого способа ограничивается деталями типа тел вращения.

Известны способы упрочнения поверхностей деталей путем крепления к ним пластинок-накладок, изготовленных, как правило, методами порошковой металлургии. Для небольших поверхностей упрочнения, например, для режущего инструмента типа пил, фрез, сверл и т.д., крепление пластин может осуществляться диффузионной сваркой [7] , для чего требуется дорогостоящее специализированное вакуумное оборудование с соответствующими источниками нагрева, либо пайкой серебросодержащими припоями, что также требует применения газовых горелок, камер с контролируемой атмосферой, ВЧ-генераторов, машин для контактного нагрева и др. оборудования [8].

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ [9], согласно которому для восстановления винтовых или прессовых шнеков к рабочей поверхности шнека припаивают упрочняющее покрытие из твердого сплава с нанесенным на сопрягаемую с упрочняемой поверхность покрытия слоя припоя.

Такой способ крепления не требует последующей механической обработки, поскольку пластины покрытия изготавливаются с достаточной геометрической точностью. Однако существенным недостатком известного способа является трудность осуществления полной пропайки со всей площади сопрягаемых поверхностей шнека и пластины упрочняющего покрытия. Неполная пропайка указанной площади может привести к частичному выкрашиванию пластины.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества крепления упрочняющего покрытия к поверхностям деталей, подвергающихся абразивному износу.

Поставленная задача решается следующим образом. Упрочняемые поверхности, например рабочие поверхности шнековых транспортеров, подвергают облицовке упрочняющими пластинами из твердого сплава с предварительно нанесенным на сопрягаемую с упрочняемой поверхность слоя припоя, согласно изобретению, слой припоя наносят на пластину с отступлением от краев по периметру на 3,5-4 мм и после этого каждую упрочняемую пластину приваривают к упрочняемой поверхности по всем граням пластины, обеспечивая полное расплавление слоя припоя теплом сварочной дуги.

При многорядном укладывании упрочняющих пластин приварку каждой пластины осуществляют по двум противоположным граням.

Слой припоя наносят на упрочняющую пластину толщиной 0,1-0,2 мм гальваническим способом или в виде фольги.

При этом припой наносится не на всю поверхность пластины, а только на ее центральную часть, ограниченную зоной, отстоящей на 3,5 - 4 мм от граней по всему периметру. Затем пластина устанавливается на поверхность упрочняемой детали и осуществляется ее обварка по периметру электродуговой сваркой. Наличие свободной от припоя зоны между пластиной и поверхностью детали необходимо для предотвращения попадания припоя в сварочную ванну, что может привести к нежелательному изменению ее химического состава и соответственно к ухудшению физических свойств. Режим электродуговой сварки пластины и упрочняемой детали устанавливают таким образом, чтобы тепла, выделяемого электрической дугой и передаваемой сварочной ванне, было достаточно для полного расплавления припоя и последующего его растекания по всей поверхности пластины, контактирующей с упрочняемой поверхностью. Наличие такого припоя полностью исключает отслоение частей пластины от основы, т.е. упрочняемой поверхности, даже при наличии в ней трещин.

Толщина слоя припоя определяется из следующих соображений. При сварке (пайке) разнородных металлов, а в данном случае это может быть упрочняемая деталь и спеченный порошковый материал-пластина, с использованием прослоек из других материалов, в данном случае припоя, прочность соединения зависит не только от прочности соединяемых материалов и прослойки - припоя, но и от геометрических размеров прослойки [10] . Прочность всего соединения может значительно превышать прочность материала промежуточного слоя (припоя) вследствие эффекта "контактного упрочнения". Расчет, выполненный для стандартных размеров пластин (40х35х2 мм) и припоя, состоящего из чистого олова толщиной 0,1 - 0,2 мм, показывает, что при статическом растяжении происходит сдерживание чрезмерных пластических деформаций прослойки более прочными соседними металлами. Результаты, полученные при упрочнении реального шнека, подтверждают расчеты. Опытный шнек передан в промышленную эксплуатацию.

Сопоставительный анализ заявляемого способа и прототипа показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что слой припоя наносят на упрочняемую пластину с отступлением от краев по периметру на 3,5 - 4 мм и после этого каждую пластину приваривают к упрочняемой поверхности по граням пластины, обеспечивая полное расплавление слоя припоя теплом сварочной дуги.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило сделать вывод, что оно явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Возможность широкого использования заявляемого способа при упрочнении конструкций, работающих в режиме абразивного износа, обеспечивает ему критерий "промышленная применимость".

Источники информации: 1. Вайнерман А. Е. и др. Плазменная наплавка металлов. - Л.: Машиностроение, 1969 г.

2. Сб. "Плазменные методы обработки металлов" - Л.: ЛДНТП, 1977 г.

3. Соснин Н.А. и др. Плазменные покрытия (технология и оборудование).- СПб, ДНТП, 1992 г.

4. Авторское свидетельство N 1811456, Б.И. N 15, 1994 г.

5. Клубникин В.С. и др. Плазменное напыление покрытий в активных средах. - Л.: ЛДНТП, 1990 г.

6. Авторское свидетельство N 524636, Б.И. N 3, 1976 г.

7. Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. - М.: Машиностроение, 1976 г.

8. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов.- Киев, Машгиз, 1959 г.

9. Заявка ФРГ N 3234710, кл. B 23 K 1/12, опубл. 22.03.84 г (прототип).

10. Кочергин А.К. и др. Сварка давлением уплотнительных поверхностей арматурыю.- Л.: ЛДНТП, 1972 г.

Формула изобретения

Способ упрочнения рабочих поверхностей, подвергающихся абразивному износу, в частности поверхностей шнековых транспортеров, включающий облицовку их упрочняющими пластинами из твердого сплава с предварительно нанесенным на сопрягаемую с упрочняемой поверхность слоя припоя, отличающийся тем, что припой наносят на упрочняющую пластину с отступлением от краев по периметру на 3,5 - 4 мм и после этого каждую пластину приваривают к упрочняемой поверхности по граням пластины, обеспечивая полное расплавление слоя припоя теплом сварочной дуги.