PL149976B1 - Sposób wytwarzania na metalicznym podłożu powłoki odpornej na ścieranie powierzchniowe - Google Patents

Description

OPIS PATENTOWY

149 976

POLSKA

RZECZPOSPOLITA

LUDOWA

Patent dodatkowy do patentu nrZgłoszono: θθ θθ θθ Pierwszeństwo -/P. 259962/

CZYTELNIA

U’ Firtenmweęo 'β. « ‘ φ

URZĄD

PATENTOWY

PRL

Int. Cl.⁴ C23C 4/04 C23C 4/18 B23P 17/00

05 12

Zgłoszenie ogłoszono:

Opis patentowy opublikowano: 1990 08 31

Twórcy wynalazku: Zbigniew Bąk, Stanisław Janicki, Ireneusz Korzeniewski

Uprawniony z patentu: Przedsiębiorstwo Wdrażania i Upowszechniania Postępu Technicznego i Organizacyjnego POSTEOR, Poznań; Państwowy Ośrodek Maszynowy, Jawor /Polska/

SPOSÓB WYTWARZANIA NA METALICZNYM PODŁOŻU POWŁOKI ODPORNEJ NA ŚCIERANIE POWIERZCHNIOWE

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania na metalicznym podłożu powłoki odpornej na ścieranie powierzchniowe, zwłaszcza na nowych i regenerowanych urządzeniach roboczych przeznaczonych do pracy w glebie i narażonych na intensywne poślizgowe ścieranie, szczególnie suchymi minerałami.

Dotychczas w celu podniesienia żywotności elementów ulegających intensywnemu ścieraniu suchymi minerałami, takich jak lemiesze, noże glebogryzarek, gąsiostópki, oprócz doboru optymalnego materiału, jak na przykład stali stopowej 38 GSA, ich powierzchnię zabezpiecza się i regeneruje poprzez obrókę plastyczną i cieplną, co w zasadzie umożliwia ich ukształtowanie lub odtworzenie przybliżonych kształtów geometrycznych elementu, jednakże nie zapewnia przedłużenia okresu ich używalności.

Znany też jest sposób polegający na wspawaniu specjalnych wymiennych elementów organów roboczych, w postaci specjalnie odkutych dziobów lemieszy lub dłut wykonanych z materiałów odpornych na ścieranie, co nieznacznie przedłuża okres ich używalności, lecz jest bardzo pracochłonne i kosztowne, a poza tym wywołuje wzrost oporów podczas pracy.

Znane są również sposoby nanoszenia na organy robocze warstw metalu o wysokiej odporności na ścieranie, poprzez ręczne napawanie elektrodami lub pałkami stelitowymi miejsc zużytych, po uprzednim ich przygotowaniu na drodze obróbki wiórowej lub plastycznej.

Bardzo duża pracochłonność i brak możliwości zmechanizowania prac określonych w podanych sposobach, jak również trudności z odtwarzaniem pierwotnych kształtów geometrycznych, stanowią o małej ich przydatności. Równocześnie ze względu na znaczne wymieszanie materiału podstawowego' z materiałem dodatkowym, dla uzyskania wysokiej odporności na ścieranie, koniecznym jest wykonanie napawania wielowarstwowego.

149 976

Znane są również sposoby nanoszenia litych warstw odpornych na ścieranie poprzez natryskiwanie, natapianie, napawanie plazmowe lub spawanie w gazach ochronnych przy użyciu proszku metalu lub mieszanin proszków, albo nanoszeniu kompozycji o postaci past.

Znany Jest również sposób nanoszenia materiału dodatkowego opisu patentowego USA nr 1 558 907, zawierającego: węgla od 3,5 do G%, chromu od 22 do 5C%, boru od 0,5 do manganu od 0,01 do 15%, niklu do S%, krzemu do .2% i resztę żelaza. W znanych sposobach występują jednak wady: w przypadku metalizacji - słaba przyczepność, w przypadku natapia»nia - konieczność dostarczenia dużych ilości ciepła, a w przypadku napawania plazmowego i spawania duża kruchość powodująca odpryskiwanie powłok. Natomiast wspólną wadą znanych sposobów jest wzrost grubości regenerowanych elementów, a przez to następuje wzrost oporów podczas ich pracy.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania na metalicznym podłożu powłoki odpornej na ścieranie powierzchniowe, zapewniającego znaczne zwiększenie żywotności elementów i odtwarzanie ich pierwotnych kształtów geometrycznych, przeznaczonego do stosowania w produkcji i umożliwiającego zmechanizowanie procesu oraz przydatnego do stosowania, a także do regeneracji elementów w warsztatach ich użytkowników, oraz pozbawionego znanych wad i niedogodności.

Istota sposobu według wynalazku polega na naniesieniu na powierzchnię elementu znanymi technikami spawalniczymi, na przykład przez napawanie lub natapianie, ciągłych i/lub nieciągłych, korzystnie niesymetrycznych pasm kowalnych materiałów odpornych na ścieranie, korzystnie o postaci klina lub wałka, a następnie ich wkuciu w powierzchniową warstwę poddawanego obróbce detalu, którego powierzchnię uprzednio przygotowuje się znanymi sposobami uzależnionymi od wyboru techniki spawalniczej, przy czym warstwy kowalnych materiałów odpornych na ścieranie wytwarza się z proszków nanoszonych, korzystnie z prędkością od 0,05 *1,0 m/min. drogą:

- plazmowego napawania, lub przy użyciu drutu spawalniczego w osłonie C0₂, gazu neutralnego lub ich mieszanin,

- napawania przy użyciu elektrody nietopliwej w osłonie gazu neutralnego, lub

- natapiania palnikiem gazowym albo dowolnej ich kombinacji, przy czym korzystnym jest jeżeli napawanie prowadzi się prądem w zakresie od 90 do 140A.

Naniesione warstwy, nałożone jedno lub wielopasmowe w układzie ciągłym lub przerywanym niesymetrycznym, o wysokości i szerokości oraz rozmieszczeniu zależnym od żądanej odporności powierzchni na ścieranie i stanowiące materiał, którego plastyczność musi być mniejsza od plastyczności podłoża, po czym wkuwa się je w powierzchniową warstwę aż do uzyskania żądanego kształtu i powierzchni. Mikrostruktura tak ukształtowanej napoiny zawiera, umieszczoną na tle ferrytycznym siatkę węglików oraz cementyt nadeutektoidalny, zaś poza porwanymi granicami ziam materiału podstawowego o strukturze perlityczno-ferrytycznej, wyraźny przetop z napoiną nie występuje, a mimo to są ze sobą tak związane, źe nie ulegają rozwarstwieniu nawet przy obciążeniach dynamicznych większych niż dopuszczalne dla materiału podstawowego.

Napoina naniesiona jest w miejscu największego zużywania się lub zużycia i wykonana z materiału zawierającego wagowo od 1 do 6% węgla, od 1 do ty krzemu, od 10 do 50% chromu, do 1% manganu, minimum 1,5% boru i kobaltu około 0,02% oraz resztę żelaza, a stosunek wysokości napoiny do jej szerokości przed przekuciem zawiera się w przedziale od 0,3 do 0,9 natomiast przekucie, tak w procesie produkcji jak i regeneracji, prowadzi się na gorąco w fazie kształtowania elementów, w temperaturze 650 do 850°C Podczas szeregu prób i badań nieoczekiwanie okazało się, że warunkiem uzyskania żądanej napoiny, jest prowadzenie procesu przy użyciu proszków wykonanych ze składników, których optymalny zestaw i maksymalne udziały wagowe określono na drodze doświadczalnej, a korzystne ich uziemienie zawarte jest w przedziałach od 100 do 200/im i/lub od 200 do 400/im.

149 976

Sposób według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania obejmujących: napawanie plazmowe w osłonie argonu, napawanie w osłonie C0₂ i napawanie gazowe oraz dwa przykłady przekucia napotny.

Przykład I. Napawanie plazmowe stali 38 GSA prowadzi się proszkiem metalicznym o uziamieniu od 200 do 400/im, w którym udziały wagowe składników wynoszą: węgla 3,6%, krzemu 2,3%> chromu 32,9%, boru 2,1% i resztę żelaza, nanosząc go na metal stosując napawanie plazmowe w osłonie argonu za pomocą urządzenia do napawania typu NP1-25O, prądem o natężeniu równym 95A i przy prędkości napawania wynoszącej 0,076 m/min, przy zużyciu 2,28 kg/h proszku, przy czym wydatek argonu nastawia się, by strumień tak plazmowy jak i osłaniający był rzędu 4,5 1/min. Wykonaną napoinę pokazano w przekroju na fig. 1, a uzyskany stosunek jej wysokości h do szerokości s wynosi: h : s 5 : 10 0,5

Przykład II. Stal 38 GSA napawa się plazmowo za pomocą tego samego urządzenia, proszkiem o składzie analogicznym jak w przykładzie I oraz przy tej samej prędkości i tym samym zużyciu argonu, prądem o natężeniu 97A zużywając 2,7 kg/h proszku. Wykonana napoina miała parametry h : s = 6 : 10 = 0,6.

Przykład III. Stal 38 GSA napawa się plazmowo za pomocą tego samego urządzenia, proszkiem o składzie analogicznym jak w przykładzie I i przy tym samym zużyciu argonu, prądem o natężeniu 137 A i przy zużyciu 4,05 kg/h proszku, prowadząc napawanie z prędkością 0,143 m/min. Wykonana napoina miała wysokość 6,5 mm i szerokość 10 mm, czyli h : s 6,5 : 10 « 0,65.

Przykład IV. Stal 38 GSA napawa się plazmowo za pomocą tego samego urządzenia, proszkiem o składzie analogicznym jak w przykładzie I, i przy tym samym zużyciu argonu, jednak prądem o natężeniu 140 A i przy zużyciu proszku 4,80 kg/h, prowadząc napawanie z prędkością 0,194 m/min. Wykonana napoina miała wysokość 6,5 mm i szerokość 8,6 mm, czyli h : s = 6,5 : 8,6 = 0,7558.

Przykład V. Stal 45 napawa się plazmowo w osłonie C0₂, za pomocą urządzenia typu MAGPOL - 401 D - S, proszkiem metalicznym o ziarnistości 100 do 200/am, w którym udziały wagowe składników wynoszą: węgla 1,4%_t krzemu 3»^, chromu 1^, boru 2,5^ i reszta żelaza, oraz za pomocą drutu spawalniczego SP1GS o średnicy 1,2 mm, przy napięciu 20 do 30 V, prądem o natężeniu 95 do 105 A, przy zużyciu C0₂ - 7 l/.min, proszku 1,20 kg/h i przy prędkości podawania drutu 1,5 m/min, prowadząc napawanie z prędkością 1 m/min. Twardość wykonanej napoiny wynosiła od 45 do 50 HRC, jej wysokość wynosiła 9 mm, a szerokość 11 mm, stąd h : s = 9 : 11 ^e 0,819. Kształt przekroju napoiny pokazano na fig. 2.

Przykład VI. Na wstępie oczyszczoną, na drodze obróbki strumieniowościeranej za pomocą ziarn nń 14 elektrokorundu, powierzchnię stali 38 GSA, nanosi się proszek metaliczny o ziarnistości 100 do 200zim, w którym udziały wagowe składników wynoszą: węgla 3>6%_f krzemu 2,^, chromu 32,9%, boru 2,1% i reszta żelaza, po czym za pomocą palnika do natapiania gazowego typu DUR-700, wyposażonego w końcówkę nr 3, prowadzi się natapianie płomieniem neutralnym, przy ciśnieniu gazów: tlenu 0,25 MPa a acetylenu 0,13 MPa, zużywając 1,20 kg proszku na godzinę, a wprowadzanego w osłonie C0₂ do jąderka. Wykonaną napoinę pokazano w przekroju na fig. 3, jej wysokość wynosiła 6, a szerokość 12 mm, stąd h : s = 16 : 12 = 0,5.

Przykład VII. Po wykonaniu napoiny na stali 55 sposobem napawania plazmowego proszkiem o ziarnistości 200 do 400 /um, w którym udziały wagowe odpowiadają udziałom składników podanym w przykładzie I. Uzyskany kształt napoiny pokazano w przekroju na fig. 4, a po tym kuto w temperatrzue około 730°C młotem typu MPP1T aż do wyrównania powierzchni. Po wykonaniu przekroju, kształt przekutej napoiny odpowiadał przedstawionemu na fig. 5.

149 976

Przykład VIII. Kształt dwupasmowej napoiny na stali 55, wykonanej sposobem napawania plazmowego, proszkiem o ziarnistości i składzie analogicznym jak w przykładzie I, przedstawiono na fig. 6. Po przekuciu napoiny młotem typu MPP1T w temperaturze około 85C°C, uzyskany w efekcie kształt przekroju napoiny pokazano na fig. 7.

Podczas prób i badań stwierdzono, że po wykonaniu powłok na elementach nowych i regenerowanych, stanowiących noże glebogryzarek i lemiesze pługów - sposobem według wynalazku, tak by brzeg naniesionej i przekutej warstwy był blisko zewnętrznej krawędzi * najbardziej narażonej na ścieranie, powoduje podczas pracy tych elementów - początkowo normalnie jednak dość szybkie zużycie materiału podstawowego, a po dojściu do materiału dodatkowego następuje jakby zatrzymanie się zużycia oraz obserwuje zjawisko samoostrzenia naniesionej warstwy. ·

Zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość jego stosowania zarówno przy regeneracji jak i wytwarzaniu elementów narażonych na intensywne ścieranie mineralne.

Korzystnym skutkiem z zastosowania sposobu według wynalazku jest możliwość uzyskania twardości nawet 68 do 70 HRC oraz co najmniej od dwu do pięciokrotnie wyższej od materiału podstawowego odporności na ścieranie i znacznie wyższej odporności na obciążenia dynamiczne.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania na metalicznym podłożu powłoki odpornej na ścieranie powierzchniowe, polegający na przygotowaniu i obrobieniu powierzchni oraz na nanoszeniu materiału dodatkowego o kształcie warstw lub pasm, na drodze napawania gazowego lub plazmowego, natapiania palnikiem gazowym, spawania w gazach ochronnych, w których materiałem na wykonanie warstw są elektrody, pałki albo proszki, znamienny tym, że nanosi się pasma ciągłych i/lub nieciągłych warstw mających przekrój klina lub wałka, w miejscu największego zużywania się lub zużycia elementu, a następnie wkuwa się naniesione warstwy na gorąco w temperaturze od 650 do 850°C w powierzchniową warstwę materiału podstawowego, przy czym napoinę wykonuje się z proszków, których zestaw i udziały wagowe zawierają od 1,0 do 6,C% węgla, od 1,0 do 4,C% krzemu, od 10,0 do 50,0% chromu, do 1,0% manganu, co najmniej 1,5% boru, około 0,02% kobaltu oraz resztę stanowi żelazo, a proces napawania prowadzony jest przy użyciu prądu o natężeniu w przedziale od 90 do 140 A oraz przy równej prędkości nanoszenia pasm powłoki i równej ilości podawanego proszku. .

   Fig. 7

   Pracownia Poligraficzna UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 1500 zł