NO137256B - Kutteverkt¦y for t¦mmeravvirkningsmaskin. - Google Patents

Description

Overtrekksblanding.

Foreliggende oppfinnelse angår en overtrekksblanding som ved høy temperatur har utmerket motstandsevne mot ok-sy das jon og mot flamm eeros jon og termisk sjokk.

Industrien har behov for materialer som kan motstå meget høye temperaturer. Særlig krever fly- og rakettindustrien gjenstander, slik som rakettdyser, som kan motstå hurtig desintegrering som frem-bringes av høy-temperaturoksydasjon og flammeerosjon samt termisk sjokk. Det er blitt gjort forsøk på å møte disse krav ved å konstruere dysen av grafitt for å dra fordel av dettes gode fysikalske egenskaper ved høy temperatur. Disse dyser toesto ikke prøvebetingelsene hovedsakelig fordi grafitten ikke hadde evnen til å motstå den erosjon som oppstår ved ekstremt varme forbrennnigsgasser som slo mot og beveget seg langs 'de utsatte overflater. Det er -blitt gjort videre forsøk på å løse høytempera-turproblemene ved å fremstille dysen av en «superlegering» og deretter overtrekke denne legering med en varmebarriere. slik som aluminiumoksyd eller zirkonium-ok-syd. Disse dyser 'besto ikke prøvene fordi oksydovertrekket skallet av på grunn av termisk sjokk og således utsatte de under-liggende materialer for alvorlige varme-betingelser. Aluminiumoksyd -eller zirkon-iumoksyd-overtrekk eroderer også i noen grad.

Det er således en hensikt med foreliggende oppfinnelse å skaffe et overtrekk som ved høy temperatur har utmerket motstandsevne mot oksydasjon og mot flammeerosjon og termisk sjokk.

Det er en videre hensikt med oppfin-nelsen å skaffe beskyttende overtrekk for tumgtsmeltelige varmebarrierer som i høy grad nedsetter sjokkødeleggelse av de tungtsmeltelige varmebarrierer ved høy temperatur.

Hensiktene med foreliggende oppfinnelse oppnås generelt ved hjelp av en overtrekksblanding som inneholder mellom .1 og 5 vektsprosent krom og resten wolfram. Denne blanding innføres fortrinnsvis i fin-delt tilstand 1 en høytemperaturgasstrøm som har stor hastighet og som påfører blandingen 1 smeltet eller plastisk tilstand på den gjenstand som skal overtrekkes. Høytemperaturs-gasstrørnmen med stor hastighet er 'fortrinnsvis ikke reaktiv med overtrekksblandingen.

Utnyttelsen av foreliggende oppfinnelse har gjort at forskjellige gjenstander, slik som rakettdyser, kan motstå i et ønsket tidsrom betingelser som medfører alvorlig høy temperatur oksydasjon, 'flammeerosjon og termisk sjokk. Ifølge oppfinnel-sen påføres et beskyttende overtrekk som inneholder 1 til 5 vektsprosent krom og resten wolfram på overflaten på den gjenstand som skal anvendes. Den foretrukne wolframovertrekksblanding inneholder 3 vektsprosent krom. Hvis det anvendes mer enn 5 vektprosent krom, nedsettes over-trekkets smeltepunkt betydelig og dets beskyttende egenskaper avtar.

Foreliggende oppfinnelse er ikke be-grenset til beskyttelse av bare hovedmaterialet. Det kan også anvendes for å beskytte et overtrekk som tidligere tole påført hovedmaterialet. Et aluminiumoksydover-trekk kan f. eks. ha vært påført en gjenstand for å beskytte det mot høy temperatur.. Imidlertid er visse tungtsmeltelige ok-syder, slik som aluminiumoksyd, zirkoni-umoksyd og liknende, skjønt de har utmerket høytemperaturoksydasjons- og flam-meerosjonsmotstandsevne, ekstremt sprø og skaller av på grunn av de påkjenninger som oppstår på grunn av den plutselige opphetning av den ytre overflate eller at de underkastes termisk sjokk. Et wolfram-kromovertrekk ifølge foreliggende oppfinnelse påført utenpå det utsatte aluminiumoksyd eller liknende overtrekk beskytter dette overtrekk inntil det kan opphetes jevnt til driftstemperatur. Dette reduserer det termiske sjokk for aluminiumoksydet og nedsetter således dets tendens til å skal-le av. Wolframkromovertrekket skaffer og-så ekstra oksydasjons- og erosjonsbeskyt-telse. Overtrekksblandingen Ifølge oppfin-nelsen kan således også anvendes for å bedre egenskapene for andre høytempera-turovertrekk som har dårlig motstandsevne mot termisk sjokk.

Det skal imidlertid gjøres klart at en-dog wolframkromblandingen ifølge oppfin-nelsen vil eventuelt erodere under kontinu-erlig høy temperaturs betingelser. I mel-lomtiden vil den beskyttede gjenstand ha motstått driftsbetingelsene i det ønskede tidsrom. F. eks. er rakettdyser konstruert for en driftslevetid på en størrelsesorden av 1—2 min. Ubeskyttet grafitt vil generelt ødelegges på grunn av alvorlig erosjon i lø-pet av ca. 30 sek. Grafitt overtrukket med et 0,5 mm tykt overtrekk av wolfram som inneholder 3 vektsprosent krom kan motstå en høy temper atursf lamme som med høy hastighet slår perpendikulært mot dens overflate i 90 sek. med bare litt slitasje på det ytre overtrekk og ingen ødeleggelse av grafitten.

Skjønt wolfram-kromlegeringer er kjent er ingen av de spesielle blandinger som er beskrevet her noensinne tolitt an-vendt med hell som overtrekkmateriale. De nye overtrekksfremgangsmåter som er angitt 1 det følgende gjør for første gang slike overtrekk mulige.

Hvis det er ønskelig kan hele rakett-dysen eller annen gjenstand fremstilles av wolframkromovertrukket materiale forut-satt at den resulterende gjenstand tilfreds-stiller driftsspesifikasjonene, slik som styr-kekrav. Den anvendte teknikk ville være å påføre overtrekk av ønsket tykkelse på et mønster og deretter fjerne mønsteret.

Disse wolframkromblandinger kan med hell påføres med kontrollert sammenset-ning ved hjelp av lystaueovertrekning. Den såkalte ikke-overførte lysbueovertrek-ningsfremgangsmåte anvendes prinsipielt da den ikke krever at arbeidsstykket skal være med i den elektriske oppvarmnings-krets, og således holdes ødeleggelse av arbeidsstykket ved et minimum. Med denne overtrekningsfremgangsmåte mates over-trekningsmaterialet inn i en veggstabilisert bueflamme, og slås deretter med høy hastighet mot arbeidsstykket, slik at det dannes et tett vedhengende overtrekk sammensatt av irregulært formede mikroskop-iske blader som er låst seg imellom og overlapper hverandre. En fordel med denne overtrekningsfremgangsmåte er at det kan anvendes en inert gasstrøm som hind-rer kjemisk forandring av overtrekket mens det påføres. Den endelige overtrekksblanding er således i det vesentlige indentisk med utgangsblandingen, idet det tillates en del mindre tap som fremkalles ved for-dampning av bestanddeler med lavere smeltepunkt.

Råmaterialpulveret som anvendes i overtrekningsfremgangsmåten med høy temperatur og hastighet er fortrinnsvis fremstilt ved blanding av wolfram og krom-pulver som har den ønskede sammenset-ning inntil blandingen er ensartet. Blandingen blir deretter sintret ved ca. 1600° C i 3 timer i en forholdsvis inert atmosfære som f. eks. inneholder 60 % argon og 40 % hydrogen så at det dannes en legering. Denne sintrede legering blir deretter knust og malt til et fint pulver på mindre enn 0,043 mm partikkelstørrelse (325 Tyler maskestørrelse). Det dannede legeringspul-ver anvendes for generell fremstilling av wolfram-kromovertrekk og særlig for overtrekk på gjenstander som ikke kan varme-behandles etter overtrekningen. Hvis den overtrukne gjenstand kunne underkastes varmebehandling, kunne det anvendes et overtrekningspulver som er fremstilt ved ganske enkel blanding av wolfram og krom-pulvere for å fremstille overtrekket og deretter kunne det overtrukne legeme var-mebehandles for å danne det ønskede le-geringsovertrekk.

Følgende eksempel beskriver fremstilling og prøving av overtrekk Ifølge foreliggende oppfinnelse.

Eksempel 1:

En elektrisk bue på 220 ampere og 50 volts likestrøm ble holdt mellom en toriert wolfram stavelektrode med diameter 3,2 mm (negativ polaritet) og en vann-kjølt kobberdyseelektrode som har en hals på 3,2 mm i diameter. Argongass med en hastighet på 8,49 mytime strømmer om-kring stavkatoden og ut gjennom dyse-elektrodehaisen. Dyseutløpet var anbrakt 13 mm fra en 9,5 mm roterende grafittstav. Wolframpulverlegering som inneholdt

3 vektprosent krom med mindre enn 0,043 mm partikkelstørrelse ble sendt gjennom dysehalsen med 30 g pr. minutt og slått an mot grafittarbeidsstykket inntil det resul-terte i et overtrekk som hadde en tykkelse på 1,3 mm.

Den overtrukne grafittstav som var fremstilt som angitt ovenfor, ble deretter utsatt for varme forbrenningsgasser som beveget seg med en hastighet på 1219 m/ sek. og var dannet ved forbrenning ved 2900° C av en 'blanding av acetylen og oksygen med et oksygen-karbonforhold på 1,4/1. Anslagsvinkelen var 90° og eksponer-ingstiden var 90 sek. Den ytre overflate av wolframkromovertrekket viste bare svak slitasje. Det oppsto ingen ødeleggelse av grafittmaterialet. Ubeskyttet grafitt som var utsatt for identiske betingelser ble alvorlig erodert. Den ovennevnte prøve simu-lerer driftsbetingelser i en rakettdyse og antyder at dyser som er beskyttet med overtrekk ifølge foreliggende oppfinnelse, mer enn oppfyller kravene.

Det følgende eksempel viser benyttelse av foreliggende overtrekk for beskyttelse av tungtsmeltelig materiale.

Eksempel 2: Det ble holdt en elektrisk bue på 200 ampere og 55-^60 volt likestrøm mellom en toriert wolfram stavelektrode med diameter 3,2 mm og en vannkjølt kobberdyseelektrode med en hals på 3,2 mm diameter. Det hie sendt en argongasstrøm på 4,7 mytime langs stavelektroden og ut gjennom dyseelektroden. Det ble innført en ekstra argonstrøm med 3,8 mytime som med-førte 30 g pr. min. wolframpulverlegering inneholdende 3 vektsprosent krom med mindre enn 0,043 mm partikkelstørrelse under spissen på stavelektroden og passerte også gjennom dyseelektroden. Det oppvar-mede pulver ble deretter slått an mot et arbeidsstykke som besto vesentlig av mag-nesiumoksyd slik at det ble dannet et godt festet overtrekk med en tykkelse på 0,7 mm. Dyseutløpet var anbrakt 1,3—1,9 cm fra arbeidsstykket, og det ble innført ekstra nitrogenbeskyttelsesgass med 0,85 mytime nær dyseuttaket. Den dannede overtrukne gjenstand besto høytemperaturprøven.

Claims (2)

1. Overtrekksblanding for påføring på et arbeidsstykke ved hjelp av en gasstrøm med høy temperatur og hastighet, for på dette å skaffe et overtrekk som ved høy temperatur har god motstandsevne mot oksydasjon og flammeerosjon og har god termisk sjokkmotstandsevne, karakterisert ved at blandingen er sammensatt av 1—5 vektprosent krom og resten wolfram.

2. Overtrekksblanding ifølge påstand 1, karakterisert ved at den er sammensatt av 3 vektprosent krom og 97 vektprosent wolfram.