СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ
APPLICATION METHOD OF WEARPROOF COATINGS ONTO STEEL PRODUCTS

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению покрытий погружением в расплав.
Использующийся способ для нанесения защитных металлических покрытий на стальные и чугунные изделия погружением в расплав алюминия или его сплавов включает предварительное активирование поверхности изделия с последующим погружением в находящийся в ванне расплав алюминия или его сплавов, при этом активирование ведут потоком твердых частиц остроконечной формы размером 0,3-0,5 мм при скорости их подачи 100-120 м/с с последующей обработкой твердыми частицами глобулярной формы размером 1,0-2,0 мм при скорости подачи до 60 м/с. Температуру расплава поддерживают в пределах 660-780°C. Технический результат: снижение расхода алюминия и его сплавов, а также повышение коррозийной стойкости получаемых покрытий, RU 2202648 С2, 29.05.2001.
Покрытия на основе алюминия не могут применяться в качестве износостойких на стальных изделиях, т.к. абразивное изнашивание и ударные нагрузки, действующие при эксплуатации изделий, для защиты которых разрабатывался предлагаемый способ, приведут к их моментальному разрушению.
Известен способ нанесения упрочняющих покрытий из износостойких сплавов ФБХ-6-2, ПР-С27, являющихся хромистыми заэвтектическими чугу-нами, на стальные детали сельскохозяйственных машин. Нанесение покрытий производят методом погружения в расплав при температуре 1280°С. Перед наплавкой заготовки подогревают до температуры 780-800°С и покрывают расплавленным флюсом из ванны состава 60% буры и 40% борного ангидрида (Бетеня Г.Ф. Повышение долговечности почворежущих элементов сельскохозяйственной техники наплавкой намораживанием. - Мн.: БелНИ-ИНТИ, 1986. - 44 с.).
Недостатком данного способа является то, что он позволяет наносить покрытия только из чугунов различных составов при температурах их плавления, что недостаточно для сталей различных марок, поскольку он не обеспечивает необходимой температуры плавления, которая должна находиться в диапазоне 1560-1650°С. Кроме того, при нанесении флюса должен быть обеспечен нагрев изделия до высокой температуры (780-800°С) с помощью ТВЧ-источника, что, во-первых, является достаточно энергоемким процессом, а часто просто невозможно по причине необходимости применения индуктора сложной формы и больших габаритов, повторяющего контуры крупного изделия.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности получения покрытий из сталей различных марок износостойких составов, замене энергоемкого и ограниченного конструктивно для деталей сложной формы и больших габаритов способа нанесения флюса более простым и экономичным, снижении энергоемкости технологического процесса.
Способ нанесения износостойких покрытий погружением в расплав включает в себя предварительную очистку покрываемой поверхности изделия от окалины и технологических загрязнений, нанесение на очищенную поверхность изделия слоя флюса - буры технической методом газопорошковой наплавки, погружение изделия в расплав стали, выдержку в расплаве в течение времени, необходимого для получения требуемой толщины покрытия, извлечение изделия с покрытием из расплава с последующим медленным охлаждением.
Поставленная задача решается следующим образом. Нанесение флюса на покрываемые поверхности производят методом газопорошковой наплавки с подачей флюса в порошковом виде в газовый факел при плавлении порошка в нем и последующем его нанесении на поверхность изделия в расплавленном виде. Нанесение производят с разогревом обрабатываемой части изделия до температуры 450-600°С при использовании пропан-бутановой газовой смеси, что обеспечивает образование равномерного стеклофазного слоя флюса на поверхности изделия. В предлагаемом способе нанесение флюса методом газопорошковой наплавки заменяет высокочастотный нагрев изделия до больших температур с погружением в ванну с расплавленным флюсом, что полностью исключает расход электроэнергии на данной стадии технологии.
Погружение изделия (или его части, на которую наносится защитное покрытие) в расплав происходит после предварительного подогрева до 200-300°С, что достигается выдержкой изделия над зеркалом расплава в течение необходимого времени. Подогрев изделия перед нанесеним покрытия необходим для исключения образования воздушной прослойки на поверхности холодной заготовки в объеме расплава, ведущей к образованию пор и несплошностей в покрытии. Предварительный подогрев изделия перед погружением в расплав производят в том случае, когда операции по нанесению флюса и получению покрытия разделены во времени по технологическим соображениям и изделие по этой причине остывает до температуры окружающей среды.
Способ предназначен для нанесения износостойких покрытий из сталей для отливок марок 35 ГЛ, 35ХГСЛ, 80ГСЛ, 110Г13Л и подобных им, предназначенных для деталей, работающих в условиях повышенного износа и ударных нагрузок, на стальные изделия различного назначения, а также для восстановления изношенных поверхностей на различных деталях машин.
Продолжительность выдержки изделий в расплаве изменяют в пределах от нескольких секунд до десятков секунд, что зависит от теплопроводности и теплоемкости материала изделия, его массы, соотношения объемов материала изделия под слоем расплава и над расплавом (в случае нанесения покрытия на часть поверхности изделия), конфигурации покрываемых поверхностей изделия. Погружение изделия в расплав с выдержкой в нем происходит в течение времени, необходимого для нагрева изделия или части изделия, на которую наносится покрытие, до температуры, при которой происходит образование прочных диффузионных связей между материалом покрытия и металлом изделия. Это время определяется теплопроводностью металла изделия, массой изделия, его конфигурацией, соотношением объемов (масс) изделия, находящихся под поверхностью расплава и над ним, что существенно влияет на тепловые потоки в металле изделия и скорость нагрева покрываемых частей изделия. В общем случае, время выдержки изделия в расплаве находится в пределах от 5-7 с до 10-15 с для изделий небольших и средних габаритов и масс: от 50-100 г до нескольких килограммов. Кроме того, контроль времени нанесения покрытия (момент извлечения изделия из расплава) производят визуально по началу появления зоны раскаленного металла на границе изделия с зеркалом расплава.
Охлаждение изделий с нанесенными покрытиями после извлечения их из расплава производят на воздухе или в термической печи вместе с печью, желательно с защитной атмосферой, с начальной температурой 500-600°С. Остывание изделия с покрытием на воздухе приводит в отдельных случаях к возникновению трещин в покрытии, причиной чего являются, в основном, различные коэффициенты термического расширения материалов покрытия и изделия.
Покрытия по функциональному назначению относятся к износостойким, и предназначаются, в основном, для упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин (плужных лемехов, культиваторных лап, ножей фрез и др.), а также могут быть использованы в технологии восстановления изношенных поверхностей деталей машин различного назначения.
Материалы, которые наносят известным способом (хромистые заэвтектические чугуны различных составов), обладают повышенной хрупкостью в сравнении со сталями, что является ограничением при работе деталей в условиях абразивного износа с ударными нагрузками в почве.
Техническая задача изобретения - получение на рабочих поверхностях изделий износостойких покрытий, способных противостоять абразивному износу и ударным нагрузкам при работе изделий, обеспечение восстановления изношенных поверхностей изделий различного назначения.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в получении на рабочих поверхностях изделий, подверженных абразивному износу и высоким ударным нагрузкам, например, рабочих органов почвообрабатывающих машин, защитных покрытий значительной толщины (до нескольких миллиметров), из материалов, обладающих повышенными характеристиками: прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью - сталей различных составов, в том числе, с модифицированной наночастицами карбидов или оксидов тугоплавких металлов структурой.