Композиционный состав порошкообразного материала для восстановления деталей бетоносмесителя

 

Изобретение относится к области нанесения покрытий и может быть использовано в машиностроении как для получения защитных износостойких покрытий на деталях машин, так и непосредственно для восстановления изношенных деталей бетоносмесителя. Композиционный состав включает смесь порошка на основе железа и порошка на основе никеля, при этом порошок на основе железа содержит, мас. %: углерод - 4,1-4,4, хром - 30-33, кремний - 3,5-4,0, марганец - 2,0-2,5, никель - 4,0-4,5, алюминий - 3,5-4,5, железо - остальное, а порошок на основе никеля содержит, мас. %: углерод - 0,6-1,0, хром - 16-17, кремний - 3,4-4,6, бор - 2,5-4,0, железо - не более 4, никель - остальное. Соотношение порошков на основе железа и никеля составляет соответственно 70-75% и 30-25%. Технический результат: способ позволяет наносить на детали материал требуемой толщины без использования газовой защитной среды с сохранением высокой износостойкости и коррозионной устойчивости при ударно-абразивном воздействии.

Изобретение относится к области нанесения покрытий и может быть использовано в машиностроении как для получения защитных износостойких покрытий на деталях машин, так и непосредственно для восстановления изношенных деталей бетоносмесителя.

Известен порошкообразный материал для нанесения защитного покрытия, который может использоваться и для восстановления изношенных деталей, состоящий из смеси двух порошков, на основе железа и никеля (см. патент РФ 2130506, С 23 С 4/04, 1999).

Недостатками известной композиции порошкообразного материала являются низкая прочность сцепления с основным металлом деталей машин, образование пористого слоя, незначительная толщина восстановления, а также то, что при его нанесении требуется использование защитных газов.

В основу изобретения поставлена задача создания композиционного состава порошкообразного материала, который может наноситься на восстанавливаемые детали бетоносмесителя требуемой толщины, без использования газовой защитной среды с сохранением высокой износостойкости и коррозионной устойчивости при ударно-абразивном воздействии на рабочие поверхности деталей бетоносмесителя.

Поставленная задача решается тем, что в композиционном составе порошкообразного материала, состоящем из смеси двух порошков на основе железа и никеля, порошок на основе железа содержит, мас.% состав: углерод - 4,1-4,4; хром - 30-33; кремний - 3,5-4,0; марганец - 2,0-2,5; никель - 4,0-4,5; алюминий - 3,5-4,5; а второй порошок на основе никеля имеет следующий состав мас. %: углерод - 0,6-1,0; хром - 16-17; кремний - 3,4-4,6; бор - 2,5-4,0 и железо не более 4, при этом порошок на основе железа в смеси составляет 70-75%, а порошок на основе никеля - 30-25%.

В связи с тем что первый порошок имеет основу железо и, соответственно, указанный выше мас.% состав, а второй порошок имеет никелевую основу и, соответственно, свой, указанный также выше мас.% состав, обеспечивается получение композиционного материала, который может работать в условиях абразивного износа при значительных ударных и динамических нагрузках на рабочих поверхностях деталей бетоносмесителя, в частности рабочих поверхностях лопаток.

Композиционный состав порошкообразного материала для восстановления деталей бетоносмесителя содержит два порошка. Первый порошок имеет основу железо и, соответственно, следующий состав, мас.%: Углерод - 4,1 - 4,4 Хром - 30 - 33 Кремний - 3,5 - 4,0 Марганец - 2,0 - 2,5 Никель - 4,0 - 4,5 Алюминий - 3,5 - 4,5 Железо - Остальное а второй порошок имеет никелевую основу и, соответственно, следующий состав, мас.%: Углерод - 0,6 - 1,0
Хром - 16 - 17
Кремний - 3,4 - 4,6
Бор - 2,5 - 4,0
Железо - Не более 4
Никель - Остальное
при этом порошок на основе железа в смеси составляет 70-75%, а порошок на основе никеля - 30-25%.

На основании экспериментальных исследований при напылении этих смесей порошков были подобраны режимы напыления. Так, при добавке алюминия образуется прочная оксидная пленка, что позволяет восстанавливать детали без применения защитных газов. Алюминий, являясь сильным раскислителем и нитридообразующим элементом, способствует одновременно удалению продуктов раскисления, что в свою очередь повышает качество напыления. В результате алюмотермической реакции образуется покрытие - алюминид никеля, отличающееся высокой стойкостью к окислению и температурой плавления 1500oС. Указанной смесью можно напылять слои значительной толщины без трещин. Износостойкость получаемого покрытия превосходит соответствующий показатель закаленной стали, марки Ст.45 в 3,5 раза.

При напылении частицы порошка нагреваются до температуры, при которой происходит экзотермическая реакция, сопровождающаяся дополнительным выделением тепла и повышением температуры. Количество теплоты определяется массой металла, и чем больше толщина покрытия и толщина детали, тем больше продолжительность и ниже скорость оплавления. Частицы при соприкосновении с напыляемой поверхностью образуют плотный износостойкий слой, прочность сцепления которого близка к оплавленным слоям. При напылении необходимо предварительно подогревать поверхности, особенно тех деталей, которые имеют сложную конфигурацию, не ниже 100-120oС, так как градиент изменения температуры (потеря тепла на воздухе) для этих деталей будет выше, чем у деталей простой конфигурации.

При напылении площадь непосредственного контакта как между самими частицами, так и между частицами и основным металлом весьма мала, что является одной из главных причин образования пористого слоя, прочность которого очень низкая. При воздействии на такой слой сравнительно низких нагрузок происходит его скалывание. Последующее оплавление дает возможность повысить плотность и прочность напыленного слоя.

При оплавлении покрытие необходимо нагревать до температуры, при которой происходит характерное "запотевание" слоя, выражающееся в появлении на оплавляемых участках блестящей поверхности.

Наличие жидкой фазы является одним из главных условий возможности протекания процесса оплавления. При этом для образования жидкой фазы не следует перегревать напыленные самофлюсующимися сплавами покрытия до полного расплавления.

Оплавленные покрытия данной композиции имеют мелкозернистую структуру и повышенную твердость ее составляющих с включением Аl2О3 и Al3Fe. Измельчению структуры способствует алюминий, входящий в состав порошка на железной основе, который является более сильным раскислителем, чем самофлюсующиеся бор и кремний.

При нагреве до оплавления алюминий реагирует с кислородом более интенсивно, предохраняя от выгорания бор и кремний и тем самым поддерживая процесс самофлюсования. В этом случае прочность сцепления снижается до 270 МПа, однако она вполне достаточна для интенсивной эксплуатации деталей, восстановленных плазменным напылением с последующим оплавлением в условиях ударно-абразивного воздействия на рабочие поверхности деталей бетоносмесителя.

Переходная зона у таких оплавленных композиций несколько шире. Это объясняется более высокой температурой оплавления при использовании этих сплавов. Основной металл у поверхности оплавления имеет мартенситную структуру с переходом к троститной. Исследования микроструктуры композиционного состава порошкообразного материала показали, что структура состоит из карбидов, боридов хрома в ледебуритно-аустенитной основе и отличается высокой твердостью.

При нагреве покрытия за счет расплавления легкоплавкой составляющей структуры - эвтектики - жидкая фаза появляется за 100 - 150oС до их полного расплавления. В то же время исходные составляющие структуры сплавов (твердый раствор и карбиды) остаются в твердом состоянии и сохраняют общую целостность покрытий. Возникшая жидкая фаза заполняет образовавшиеся при напылении поры, обеспечивая диффузию элементов, в результате чего происходит флюсование и окончательное формирование структуры покрытия. При этом самофлюсующиеся элементы бор и кремний диффундируют в основной металл, а железо из основного - в покрытие.

Восстановление изношенных деталей бетоносмесителя с использованием предложенной смеси производят следующим образом.

Берется порошок на основе железа со следующим содержанием, маc.%: углерод - 4,25; хром - 31,5; кремний - 3,75; марганец - 2,25; никель - 4,25; алюминий - 4,0; железо - остальное и порошок на основе никеля со следующим содержанием, мас.%: углерод - 0,8; хром - 16,5; кремний - 4,0; бор - 3,25; железо - не более 2,0; никель - остальное при процентном составе указанных порошков соответственно 70% и 30%. Порошки смешиваются, а фракционность каждого компонента в предложенной смеси составляет не более 100 мкм.

Перед напылением предварительно подогревают поверхность детали до 110 Сo. При напылении частицы порошка нагреваются до температуры, при которой происходит экзотермическая реакция, сопровождающаяся дополнительным выделением тепла и повышением температуры. При оплавлении покрытие нагревают до появления на оплавляемых участках блестящей поверхности.

Исследования на износостойкость показали, что рабочие поверхности деталей бетоносмесителя, находящиеся в сопряжении с вышеуказанными оплавляемыми покрытиями, практически не подвергаются износу.


Формула изобретения

Композиционный состав порошкообразного материала для восстановления деталей бетоносмесителя, состоящий из смеси порошка на основе железа и порошка на основе никеля, отличающийся тем, что порошок на основе железа содержит, мас.%:
Углерод - 4,1 - 4,4
Хром - 30 - 33
Кремний - 3,5 - 4,0
Марганец - 2,0 - 2,5
Никель - 4,0 - 4,5
Алюминий - 3,5 - 4,5
Железо - Остальное
а порошок на основе никеля содержит, мас.%:
Углерод - 0,6 - 1,0
Хром - 16 - 17
Кремний - 3,4 - 4,6
Бор - 2,5 - 4,0
Железо - Не более 4
Никель - Остальное
при этом процентный состав порошков в смеси на основе железа и никеля составляет соответственно 70-75% и 30-25%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и ремонту машин, в частности к восстановлению изношенных внутренних цилиндрических и шлицевых и наружных цилиндрических поверхностей
Изобретение относится к многослойному защитному слою для защиты детали от коррозии и окисления при высокой температуре, а также от термической перегрузки, к способу покрытия детали многослойным защитным слоем, а также к покрытой многослойным защитным слоем детали, в частности, детали газовой турбины

Изобретение относится к новым химическим соединениям, в частности к хром-кобальт-иттриевому алюминиду состава Cr0,195 Аl0,49 Со0,137 Y0,178
Изобретение относится к области нанесения покрытий и может быть использовано в машиностроении для получения защитных покрытий на деталях машин, работающих в условиях повышенного износа

Покрытие // 2126458
Изобретение относится к области плазменных покрытия и может быть использовано для защиты элементов конструкций и изделий ракетно-космической техники (РКТ) от электростатических зарядов и обеспечения теплового режима их эксплуатации

Изобретение относится к способам получения металлополимерного конструкционного материала, преимущественно для летательных аппаратов
Изобретение относится к области нанесения покрытий газотермическими методами и может быть использовано во многих отраслях промышленности

Изобретение относится к изготовлению деталей газотурбинных двигателей, преимущественно авиационных, и может быть использовано для образования теплозащитных покрытий на деталях горячего тракта турбины

Изобретение относится к области производства катализаторов для избирательного восстановления окислов азота

Изобретение относится к области техники нанесения напылением разнообразных покрытий, которые могут использоваться в различных отраслях промышленности и, в частности, в области нанесения покрытий плазменным напылением при окраске различного рода строительных объектов, металлоконструкций, дорожных ограждений, нанесения разметки на дорожном полотне

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты деталей, работающих при высоких температурах, в том числе крупногабаритных деталей горячего тракта турбины
Изобретение относится к области защиты поверхности труднодеформируемых, высокореакционных металлов и сплавов перед горячей деформацией и может быть использовано для изготовления композиционных заготовок для горячей прокатки листов из титановых сплавов

Изобретение относится к машиностроению и может применяться для упрочнения поверхностей с нарезкой, работающих в условиях фрикционного износа

Изобретение относится к способам изготовления деталей с упрочненной рабочей поверхностью, в частности к способу получения многослойного покрытия на стальной или чугунной поверхности

Изобретение относится к износостойким элементам скольжения и может найти применение при изготовлении поршневых колец и гильз цилиндров для двигателей внутреннего сгорания
Изобретение относится к области газотермического напыления покрытий, в частности к способам напыления жаростойких и теплозащитных покрытий, и может быть использовано для защиты деталей, работающих в условиях повышенных температур, эрозии и агрессивных сред, преимущественно для защиты авиационных элементов турбомашин и газотурбинных двигателей (ГТД)

Изобретение относится к получению покрытия и может быть использовано при нанесении пористых, морфологически значимых покрытий на изделия из медицинской техники
Наверх