PL232960B1 - Sposób wytwarzania powłoki kompozytowej ulepszającej robocze powierzchnie elementów obciążanych mechanicznie - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania powłoki kompozytowej ulepszającej robocze powierzchnie elementów obciążanych mechanicznie, zwłaszcza strukturyzowanej powłoki na beczkowatych walcach giętarek blach dla formowania stożków ściętych, w którym na przygotowaną powierzchnię podłoża napawa się laserem z prostokątnym, różnym od gaussowskiego, rozkładem ciepła w jeziorku spawalniczym kompozytowe materiały dodatkowe w postaci sferoidalnych wydzieleń węglikowych w osnowie ze stopów odpornych na obciążenia mechaniczne, korzystnie w postaci taśm, drutów, drutów proszkowych past i/lub proszków z podajnika, zawierających węgliki metali o wielkości 20 ÷ 60 µm, topione w procesie cieplnym przy ruchu podłoża, korzystnie w osłonie strumienia gazu obojętnego, do stopu utrzymywanego w stanie ciekłym w jeziorku spawalniczym, przy czym materiałowi rodzimemu, z miejscowo w jeziorku stopionymi materiałem rodzimym i materiałem powłokowym, nadaje się ruch drgający przez zewnętrzny oscylator, przy uzyskaniu pożądanej grubości powierzchnię powłoki kompozytowej obróbką mechaniczną doprowadza się do wymaganej chropowatości. Sposób charakteryzuje się tym, że w płaszczyźnie równoległej do powierzchni jeziorka nadaje się stopowi jeziorka ruch rotacyjny z wartością wektora przyśpieszenia w płaszczyźnie równoległej (S) do powierzchni jeziorka (3) większą od wartości wektora przyśpieszenia grawitacyjnego, o częstotliwości odwrotnie proporcjonalnej do gęstopłynności cieczy w jeziorku i proporcjonalnej do wielkości sferoidalnych wydzieleń w stopie, przy czym siła oddziaływująca na sferoidalne wydzielenia (4) w jeziorku spawalniczym oraz związane z nią przyspieszenie są określone przez rodzaj i cechy osnowy. Korzystnie powłokę kompozytową o beczkowatej powierzchni na długości walca wytwarza się w kilku nakładanych na siebie warstwach (w1, w2, w3) cylindrycznych o zmniejszającej się długości, przy czym korzystnie zawartość sferoidalnych węglików w warstwie (w1), którą nanosi się jako pierwszą, jest mniejsza od zawartości tychże w warstwie zewnętrznej (w3). Korzystnie powierzchnię powłoki kompozytowej poddaje się młoteczkowaniu po zadanej krzywej beczkowatej powierzchni, korzystnie bezpośrednio po skrzepnięciu stopu w jeziorku.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania powłoki kompozytowej ulepszającej robocze powierzchnie elementów obciążanych mechanicznie, w szczególności prowadnic ślizgowych, czopów walców i walców giętarek blach utwardzonych, szczególnie poprzez napawanie materiału zawierającego węgliki.

Stopy stosowane do napawania można, za American Welding Society, podzielić na sześć głównych grup [Adamiec P., Dziubiński J., „Problemy przy napawaniu i eksploatacji regenerowanych elementów maszyn transportowych”, Wyd. Szumacher, Kielce, 1997; Welding Handbook, AWS 1970]:

• stale szybkotnące, • stale austenityczne manganowe, • stopy Co - Cr - W lub na osnowie Co, • stopy na osnowie miedzi: CuZn, CuSn, CuSi, CuAl, • austenityczne wysokochromowe stopy na osnowie żelaza, • stopy na osnowie niklu - Ni-Cr-B”, a te mogą być otuliną stalową znanych drutów proszkowych z węglikami.

W artykule [Kinal G., Bartkowski D., Piasecki A., Bak M., „Laserowe napawanie kompozytowych warstw powierzchniowych Stellite-6/B4C, Inżynieria Materiałowa. Vol. 35 nr 5, 2014] opisano kompozytowe warstwy powierzchniowe napawane proszkami Stellite-6 z 10% udziałem węglika boru B4C, wytworzone w procesie napawana laserowego na stali S355.

Zagadnienie stosowania węglików wolframu, boru i krzemu D. Bartkowski rozwinął w swojej pracy doktorskiej [„Kompozytowe warstwy powierzchniowe w układzie osnowa metaliczna - faza międzywęzłowa napawane laserowo na niskowęglowych stalach konstrukcyjnych” Politechnika Poznańska, Poznań 2015]. Podobnie na natapianie stali węglikami WC, TiC, B4C, SiC wskazują inni autorzy [Dobrzański L., Dobrzańska-Danikiewicz A., „Obróbka powierzchni materiałów inżynierskich”, Open Access Library V. 5, 2011, str. 192], z szerokim omówieniem różnych metod napawania.

Z literatury przedmiotu znanych jest wiele prac badawczych dotyczących laserowego napawania warstw na powierzchnie stalowe, np.: Dudziak B., Gościański M.: Wpływ wybranych parametrów laserowego napawania proszku stopów metali na stal typu C45 w aspekcie zmian twardości napoiny. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 57 (2012) 29-33; Luo F., Cockburn A., Lupoi R., Sparkes M., O'Neill W.: Performance comparison of Stellite 6 deposited on steel Rusing supersonic laser deposition and laser cladding. Surface and Coatings Technology 212 (2012) 119:127.

W opisie zgłoszeniowym PL408100, przedstawiony jest sposób podniesienia trwałości lub regeneracji walca hutniczego poprzez połączenie natryskiwania z napawaniem. Polega on na tym, że na przynajmniej części co najmniej jednej powierzchni roboczej walca, nachylonej pod kątem mniejszym niż 30° w stosunku do osi obrotu walca, wykonuje się powłokę trudnościeralną poprzez natryśnięcie metodą natrysku cieplnego co najmniej jednej warstwy z materiału, zawierającego węglik wolframu i/lub węglik chromu, korzystnie w osnowie kobaltu i/lub chromu i/lub niklu, o łącznej grubości do 3 mm, korzystnie od 0,03 mm do 0,8 mm, oraz na przynajmniej części co najmniej jednej powierzchni roboczej walca, nachylonej pod kątem większym niż 45° w stosunku do osi obrotu walca, wykonuje się powłokę trudnościeralną poprzez napawanie, korzystnie napawanie laserowe, co najmniej jednej warstwy materiału trudnościeralnego o łącznej grubości od 0,2 mm do 5 mm, korzystnie od 1,2 mm do 2,5 mm i twardości co najmniej 5 HRC, korzystnie 10: 20 HRC, większej od twardości materiału walca, przy czym grubość nakładanej powłoki trudnościeralnej na powierzchniach jest co najmniej o 20% większa, korzystnie 4-6 razy większa od średniej grubości powłoki trudnościeralnej na powierzchniach.

W opisie US6171415B1 ujawniony jest sposób usuwania naprężeń w spoinach przy pomocy ultradźwiękowego generatora o mocy 600-900 W, z częstotliwością 25-28 kHZ poprzez propagacje amplitudy drgań z przetwornika głowicy, która ma zbiór czterech uderzających igieł.

Znane są również urządzenia mechaniczne do generowania ruchu posuwisto-zwrotnego wzdłuż osi obrotu za pomocą stołu wibracyjnego z taką samą prędkością jak obrót koła zamachowego, np. z opisu US4028524. W opisie JP2006352771A ujawnione jest urządzenie z oscylatorami piezoelektrycznymi.

W opisie US4330699 ujawniono sposób używania modulowanych laserem fal ultradźwiękowych do wzbudzania drgań przetopionego materiału w celu jego ujednorodnienia. Podobnie w opisie CN101195183A ujawnione jest rozwiązanie zastosowania fal ultradźwiękowych z wibracjami o wysokiej częstotliwości dla ujednorodnienia przetopionego materiału.

PL 232 960 B1

W artykule [Krajewski A., Hudycz M., Grześ J., „Wpływ drgań ultradźwiękowych na kształt i strukturę napoin ze stopu aluminium wykonanych metodą MIG”, Przegląd Spawalnictwa, 6/2014, 2014] przedstawiono wyniki badań nad wpływem ultradźwiękowych drgań mechanicznych o dużym natężeniu wprowadzanych poprzecznie do kierunku napawania MIG stopu aluminium 2017A na budowę napoin układanych w rowku.

Badany był wpływu drgań mechanicznych o dużym natężeniu na budowę strukturalną i własności złączy lub powłok otrzymywanych w konwencjonalnych procesach spajania [Krajewski, A., „Wpływ drgań mechanicznych wykorzystywanych w procesach spajania na właściwości połączeń, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, Mechanika z. 258, 2013, Oficyna Wyd. Pol. Warszawskiej]. Aktualny stan wiedzy na temat technologicznych aspektów zastosowania drgań mechanicznych w klasycznych procesach spajania wyraźnie wskazuje na poważne luki zarówno w opisie i rozwiązaniach zasadniczych problemów związanych z wprowadzaniem drgań, jak i w interpretacji zjawisk towarzyszących. W wyniku przeprowadzonych badań wykazano, że zarówno struktura, jak i własności powłok/złączy uzyskanych pod wpływem drgań mechanicznych zależą od fazy drgań, kierunku ich wprowadzania oraz od częstotliwości. Okazało się, że cechy strukturalne i mechaniczne uzyskanych powłok/złączy najsilniej zależą od fazy drgań ultradźwiękowych, w drugiej kolejności od kierunku ich wprowadzania.

Celem wynalazku jest stworzenie sposobu nanoszenia strukturyzowanej powłoki kompozytowej, zwłaszcza przez uzyskanie jednorodnej struktury w otoczeniu wprowadzonych do niej cząstek węglików.

Istota wynalazku.

W sposobie polegającym na napawaniu laserem z prostokątnym, różnym od gaussowskiego, rozkładem ciepła w jeziorku spawalniczym kompozytowych materiałów dodatkowych w postaci sferoidalnych wydzieleń węglikowych w osnowie ze stopów odpornych na obciążenia mechaniczne, korzystnie w postaci taśm, drutów, drutów proszkowych past i/lub proszków z podajnika, zawierających węgliki metali o wielkości 20:60 μm, istotą jest, że w płaszczyźnie równoległej do powierzchni jeziorka nadaje się stopowi jeziorka ruch rotacyjny z wartością wektora przyśpieszenia w płaszczyźnie równoległej do powierzchni jeziorka większą od wartości wektora przyśpieszenia grawitacyjnego, o częstotliwości odwrotnie proporcjonalnej do gęstopłynności cieczy w jeziorku i proporcjonalnej do wielkości sferoidalnych wydzieleń w stopie, przy czym siła oddziaływująca na sferoidalne wydzielenia w jeziorku spawalniczym oraz związane z nią przyspieszenie są określone przez rodzaj i cechy osnowy.

Korzystnie powłokę kompozytową o beczkowatej powierzchni na długości walca wytwarza się w kilku nakładanych na siebie warstwach cylindrycznych o zmniejszającej się długości, przy c zym korzystnie zawartość sferoidalnych węglików w warstwie, którą nanosi się jako pierwszą, jest mniejsza od zawartości tychże w warstwie zewnętrznej.

Korzystnie powierzchnię powłoki kompozytowej poddaje się młoteczkowaniu po zadanej krzywej beczkowatej powierzchni, korzystnie bezpośrednio po skrzepnięciu stopu w jeziorku.

Korzystnym efektem stosowania powyższego sposobu jest wytwarzanie powłoki, która w austenitycznej osnowie ma rozproszone twarde cząstki sferoidalne węglików o pożądanej morfologii, w szczególności proszku użytego do procesu napawania.

Nieoczekiwanie okazało się, że stworzono powłokę zawierającą rozproszone równomiernie w objętości osnowy (austenitycznej) twarde cząstki sferoidalne węglików z nielicznymi przypadkowo rozmieszczonymi porami, a także z pożądanym i widocznym poprawnym osadzeniem (adhezją) powłoki na powierzchni materiału rodzimego.

Zastosowanie węglikowego zbrojenia o dużej twardości w relatywnie miękkiej osnowie nadaje się do zastosowania jako ochrona powierzchni przed zużyciem ściernym w aspekcie współpracujących naciskowo i tarciowo powierzchni metalowych.

Ponadto umocnienie powłok poprzez zastosowanie twardych składników węglikowych w postaci sferoidalnej znacząco poprawia trwałość powłoki wierzchniej w warunkach obciążenia mechanicznego z uwagi na najkorzystniejszy ze znanych rozkład naprężeń na elementach kulistych. W tym aspekcie powłokowym naprężenia rozkładają się na całej lub znacznej powierzchni kulistego elementu mikrostrukturalnego. Ponadto sferoidalne składniki mikrostrukturalne wykazując brak nieregularności kształtu, nie wywołują zjawiska rozcinania osnowy pod zewnętrznym obciążeniem mechanicznym.

Przekrój powłoki w powiększeniu mikroskopowym został przedstawiony na rysunku, w którym Fig. 1 ukazuje napawanie z roto-oscylacją, Fig. 2 - widok przekroju poprzecznego napoiny wykonanej bez oscylacji, a Fig. 3 - widok przekroju poprzecznego napoiny wykonanej w wariancie roto-oscylacji.

Sposób wytwarzania powłoki kompozytowej według wynalazku polega na napawaniu na przygotowaną powierzchnię podłoża laserem z prostokątnym, różnym od gaussowskiego, rozkładem ciepła

PL 232 960 Β1 w jeziorku spawalniczym kompozytowe materiały dodatkowe w postaci sferoidalnych wydzieleń węglikowych w osnowie ze stopów odpornych na obciążenia mechaniczne. Materiały te mogą być w postaci taśm, drutów, drutów proszkowych, past i/lub proszków z podajnika, zawierających węgliki metali o wielkości 2h-60 μητ Są one topione w procesie cieplnym przy ruchu podłoża, korzystnie w osłonie strumienia gazu obojętnego do stopu utrzymywanego w stanie ciekłym w jeziorku spawalniczym.

W trakcie napawania materiałowi rodzimemu, z miejscowo w jeziorku stopionymi materiałem rodzimym i materiałem powłokowym, nadaje się ruch rotacyjny przez zewnętrzny oscylator w płaszczyźnie napawania, czyli równoległej do powierzchni jeziorka, z wartością wektora przyśpieszenia w płaszczyźnie równoległej S do powierzchni jeziorka 3 większą od wartości wektora przyśpieszenia grawitacyjnego, o częstotliwości odwrotnie proporcjonalnej do gęstopłynności cieczy w jeziorku i proporcjonalnej do wielkości sferoidalnych wydzieleń w stopie. Siła oddziaływująca na sferoidalne wydzielenia 4 w jeziorku spawalniczym oraz związane z nią przyspieszenie są określone przez rodzaj i cechy osnowy. Korzystnie powłokę kompozytową o beczkowatej powierzchni na długości walca wytwarza się w kilku nakładanych na siebie warstwach wi, W2, νκ cylindrycznych o zmniejszającej się długości wzdłuż osi walca, przy czym korzystnie zawartość sferoidalnych węglików w warstwie m, którą nanosi się jako pierwszą, jest mniejsza od zawartości tychże w warstwie zewnętrznej wą. Korzystnie powierzchnię powłoki kompozytowej poddaje się młoteczkowaniu po zadanej krzywej beczkowatej powierzchni, korzystnie bezpośrednio po skrzepnięciu stopu w jeziorku.

Częstotliwość tych roto-oscylacji jest wyznaczana empirycznie. Dzięki temu sferoidalne wydzielenia węglikowe, o większej niż osnowa gęstości, nie opadają na dno jeziorka spawalniczego. Przez to zjawisko nie dochodzi do mikrosegregacji składników stopów w napoinie, prowadzącej do zmiany właściwości mechanicznych. Warunki napawania umożliwiają równomierny rozkład węglików w całej objętości napoiny, od powierzchni lica do strefy wtopienia. Najmniejsza częstotliwość tych rotacji (oscylacji) musi mieć wartość zapewniającą przekazanie energii sferoidalnym wydzieleniom węglikowym umożliwiającej pokonanie oddziaływania grawitacyjnego

πιχ² _ηαχω²5ίη²(ωί) gdzie:

Ek - energia sferoidalnych drobin jaka została im przekazana przez oscylację ciekłego jeziorka spawalniczego,

Xmax - odległość od początkowego położenia sferoidalnego wydzielenia w jeziorku spawalniczym do jego położenia w chwili zakrzepnięcia tego jeziorka.

W materiale osnowy o większej gęstości wydzielenia sferoidalne doznają większych przyspieszeń. Stąd częstotliwość oscylacji, z której wynikają działające na sferoidalne drobiny energia oraz siła, jest odwrotnie proporcjonalna do gęstopłynności cieczy w jeziorku spawalniczym i proporcjonalna do wielkości sferoidalnych wydzieleń w stopie.

Sferoidalne drobiny proszku, kiedy znajdą się w jeziorku spawalniczym wykonują ruch oscylacyjny w płaszczyźnie tego jeziorka. Zewnętrzny mechanizm roto-oscylacyjny sztywno połączony z elementem napawanym, generuje jego rotacje, gdzie mierzalny jest promień/średnica, siła i częstotliwość tych rotacji. Przy chwilowym rozpatrywaniu zjawiska, w zadanym układzie otrzymuje się efekt podobny do odwróconego efektu żyroskopowego, gdzie ruch osnowy jako ośrodka nadaje pęd, przyspieszenie i prędkość sferoidalnym drobinom w tej osnowie. Stąd możliwe jest określenie i regulacja momentu siły sferoidalnych drobin rw osnowie według wzoru poniżej dt dt gdzie:

en - 2π/'

PL 232 960 Β1 przy czym:

τ - moment siły charakterystyczny dla sferoidalnych drobin w jeziorku spawalniczym, L - żyroskopowy moment pędu, t - czas, I - moment bezwładności, a - przyspieszenie kątowe drobin przemieszczających się w ciekłym jeziorku spawalniczym, f- częstotliwość oscylacji jeziorka spawalniczego nadawana poprzez zewnętrzny oscylator.

Znając rodzaj i wielkość wydzieleń węglikowych oraz rodzaj osnowy, ich gęstości oraz kształt jeziorka spawalniczego, możliwe jest określenie momentu bezwładności / pojedynczych wydzieleń sferoidalnych znajdujących się w jeziorku spawalniczym. Dzięki znajomości charakterystycznych cech materiałowych i możliwości kontroli i regulacji parametrów oscylacji, sferoidalne wydzielenia doznają znacznych przyspieszeń w kierunku równoległym do płaszczyzny tych oscylacji. Podczas napawania w pozycji podolnej kierunek ten jest prostopadły do wektora przyspieszenia grawitacyjnego. Wartość przyspieszeń wynikających z oscylacji jest większa od przyspieszenia grawitacyjnego, gdzie w ciekłej osnowie, jako zawiesinie o określonej i znanej gęstości, sferoidalne drobiny mogą przemieszczać się w kierunku równoległym do powierzchni detalu. Wartości τ oraz a, są funkcją właściwości cieczy w postaci stopionego metalu w jeziorku spawalniczym. Ciecz ta jako ośrodek, w którym zachodzą rozpatrywane oddziaływania, z punktu widzenia hydromechaniki, charakteryzuje się lepkością i zawiesistością. Wartości tych parametrów cieczy opisane są za pomocą współczynnika lepkości dynamicznej μ oraz współczynnika lepkości kinetycznej k - współczynnika zawiesistości. Ten ostatni decyduje o wielkości najmniejszej energii sferoidalnych drobin w stopie, jaką należy im nadać dla uzyskania oczekiwanego efektu i jest określony poprzez stosunek współczynnika lepkości dynamicznej do gęstości cieczy. Ponadto dynamika topnienia i krzepnięcia stopu w jeziorku spawalniczym sprzyja równomiernemu rozłożeniu sferoidalnych wydzieleń w stopie, poprzez zapewnienie krótkiego czasu przebywania stopów w stanie ciekłym. Przebieg metalurgii napawania, w tym rozmieszczenia sferoidalnych węglików w napoinie, jest bezpośrednią funkcją parametrów procesowych, jak w poniższej tabeli.

» ' 1 1	pocfejkntf	V	PkW	g-w.Al 1	Witt Λ ''	truł 'dod.il
rodzum	glowicv,‘	transp		................	“ V ’
stop na osnowie żelaza	2-20	2-50	0,5-10	2-20	10-50	stop Fe, Ni. Co + sferoidalne drobiny węglikowe w proporcjach od 5/95 do 75/25 w % wag.	15- 500	12-20000

Napawanie laserowe w pozycji podolnej może być przeprowadzane na elementach o różnych wymiarach i kształcie ponieważ opisywane oddziaływania zachodzą w jeziorku spawalniczym o niewielkiej objętości.

Najkorzystniej cząstkami sferoidalnymi proszku będą węgliki boru B4C, wolframu WC i/lub tytanu TiC, z ewentualnym dodatkiem konglomeratów z węglikiem chromu Cr3C2, na przykład Cr3C2-NiCr.

W przykładach realizacji sposobu, przygotowano wariantowo materiał rodzimy (podłoże) poprzez obróbkę ubytkową skrawaniem, obróbkę strumieniowo-ścierną za pomocą ścierniwa w postaci śrutów, korundu lub obróbkę laserową i trawienie.

W przykładowej realizacji sposobu, zgodnie z przyjętymi zależnościami, dla aplikacji z wykorzystaniem materiałów stosowanych na osnowę w postaci stopów żelaza o średniej gęstości wynoszącej około 8 g/cm³ oraz zbrojenia w postaci sferoidalnych węglików wolframu o gęstości około 15,6 g/cm³ a także przy ustalonych założeniach co do wartości częstotliwości oscylacji jeziorka spawalniczego wynoszącej f = 100 Hz, średniej masy sferoidalnych wydzieleń w ciekłym jeziorku spawalniczym m = 2 g, promienia, przy którym drobiny sferoidalne osiągają największą prędkość V, otrzymuje się wartość prędkości kątowej drobin ω = 628 l/s, największą prędkość drobin w jeziorku spawalniczym v = 0,628 m/s. Stąd wartość siły oddziałującej na drobiny w ruchu oscylacyjnym F = 1,58 N, a przyspieszenie a = 789 m/s². Dodatkowo mając na uwadze odległość jaką pokonają sferoidalne wydzielenia w osnowie od położenia początkowego do chwili zakrzepnięcia jeziorka wynoszącej 1,5 mm oraz wykonaniu w tym czasie ruchu po torze kątowym wynoszącym 270°, zapotrzebowanie na energię przekazywaną drobinom przez oscylację jeziorka spawalniczego wynosi Ek = 0,887 g m²/s². Ze względu na typ laserowego źródła ciepła

PL 232 960 B1 spajania, można przyjąć kształt jeziorka spawalniczego w postaci cienkiego dysku na powierzchni detalu. Przy czym objętość tego jeziorka wynosi 0,5 cm³, a objętościowa proporcja osnowy i sferoidalnych węglików wynosi po 50%. Możliwe jest wówczas określenie momentu bezwładności jeziorka, którego wartość wynosi I = 0,0023 g-m² oraz momentu siły charakterystycznego dla jeziorka spawalniczego o wartości τ = 1,77 g-m²/s². Wartość przyspieszenia Coriolisa, znacznie przekraczająca przyspieszenie wynikające z działania grawitacji, jest dominująca i we współdziałaniu z dużą dynamiką topnienia i krzepnięcia jeziorka spawalniczego, umożliwia wyeliminowanie cech gradientowych napoin, zachowanie jednorodnych właściwości mechanicznych w czasie obciążenia eksploatacyjnego w całej napoinie.

Z uwagi na uniwersalność materiałową w zakresie zarówno podłoża jak i materiału dodatkowego, tego typu rozwiązanie daje dobry efekt w przypadku napawania części systemów technologicznych przeznaczonych do rozdrabniania kruszywa, gdzie urobek podawany jest między obracające się walce zabezpieczone napoiną lub jako powierzchnia robocza walców formujących surowiec poprzez gięcie. Ponadto roto-napawanie laserowe z wykorzystaniem efektu Coriolisa może być przeznaczone do napawania zabezpieczającego powierzchni zsypowych transporterów taśmowych oraz wewnętrznych powierzchni roboczych transporterów rurowych do transportu mediów w postaci, zarówno, fazy stałej jak i ciekłej. Dla uzyskania opisanego efektu należy zastosować wybraną grupę parametrów o wartościach podanych w tabeli 1 oraz wykorzystać sztywno zamocowany mechanizm wibracyjno-oscylacyjny, gdzie sztywne mocowanie uzyskuje się poprzez mocowanie śrubowe lub magnetyczne do detalu napawanego. Jeśli detale mają kształt cylindryczny należy stosować sztywne podkładki promieniowe zapewniające jak największą powierzchnie kontaktu oscylatora z detalem.

Powłokę kompozytową o beczkowatej powierzchni na długości walca stworzono w kilku nakładanych na siebie warstwach wi, W2, wą cylindrycznych o zmniejszającej się długości wzdłuż osi walca, przy czym zawartość węglików w warstwie wi, którą nanoszono jako pierwszą, była mniejsza od zawartości tychże w warstwie zewnętrznej W3.

W końcowej operacji, powłokę kompozytową poprzez zastosowanie obróbki mechanicznej doprowadzono do wymaganej chropowatości powierzchni roboczej. Powierzchnię powłoki kompozytowej poddano młoteczkowaniu powierzchni, bezpośrednio po skrzepnięciu stopu w jeziorku.

Napawanie powłok za pomocą taśm, drutów, drutu proszkowego, past lub proszku w postaci sferoidalnych węglików podawanego z pojemnika, przeznaczone jest do zmiany właściwości powierzchni elementów współpracujących przy siłach nacisku i siłach tarcia, takich na przykład części roboczych maszyn jak obejmy czopów wałów łożyskowanych ślizgowo, powierzchni baryłkowatych wałów giętarek do gięcia blach utwardzonych powierzchniowo, suwaków, prowadnic, itp.

Po napawaniu węgliki o niezmienionej morfologii są ściśle otoczone osnową austenityczną o relatywnie korzystnych właściwościach plastycznych, gdzie w nieoczekiwanym przypadku wystąpienia znacznego obciążenia pojedynczych cząstek węglików może dojść do ich przemieszczenia w austenitycznej osnowie. Wówczas tego typu zjawiska występują przy braku pękania zarówno cząstek węglików jak i osnowy i nadal ścisłego przylegania osnowy do całej powierzchni cząstek węglików. Przy zastosowaniu w stopie sferoidalnych cząstek węglików powyżej 40% wagowych, powłoki są zdolne do przenoszenia znacznych obciążeń mechanicznych.

W podobnych warunkach materiałowych oddziaływanie cząstek sferoidalnych węglików z austenityczną osnową i wzajemne oddziaływanie cząstek węglików, w obecności zewnętrznego obciążenia, doprowadza ostatecznie do blokowania dyslokacji i braku możliwości odkształcenia się powłoki przy jednoczesnym zachowaniu dużej trwałości w warunkach obciążenia.

Równocześnie zmniejszona zawartość porów w objętości powłoki zmniejsza, lub całkowicie eliminuje, ryzyko powstania kanałów dwukierunkowej dyfuzji substratów z korozyjnego środowiska pracy do podłoża oraz składników podłoża ponad powierzchnię powłoki, a tym samym znacznie zmniejszone zostało ryzyko powstawania korozji podpowłokowej.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1- Sposób wytwarzania powłoki kompozytowej ulepszającej robocze powierzchnie elementów obciążanych mechanicznie, zwłaszcza strukturyzowanej powłoki na beczkowatych walcach giętarek blach dla formowania stożków ściętych, w którym na przygotowaną powierzchnię podłoża napawa się laserem z prostokątnym, różnym od gaussowskiego, rozkładem ciepła

   PL 232 960 B1 w jeziorku spawalniczym kompozytowe materiały dodatkowe w postaci sferoidalnych wydzieleń węglikowych w osnowie ze stopów odpornych na obciążenia mechaniczne, korzystnie w postaci taśm, drutów, drutów proszkowych, past i/lub proszków z podajnika, zawierających węgliki metali o wielkości 20:60 μm, topione w procesie cieplnym przy ruchu podłoża, korzystnie w osłonie strumienia gazu obojętnego, do stopu utrzymywanego w stanie ciekłym w jeziorku spawalniczym, przy czym materiałowi rodzimemu, z miejscowo w jeziorku stopionymi materiałem rodzimym i materiałem powłokowym, nadaje się ruch drgający przez zewnętrzny oscylator, przy uzyskaniu pożądanej grubości powierzchnię powłoki kompozytowej obróbką mechaniczną doprowadza się do wymaganej chropowatości, znamienny tym, że w płaszczyźnie równoległej do powierzchni jeziorka nadaje się stopowi jeziorka ruch rotacyjny z wartością wektora przyśpieszenia w płaszczyźnie równoległej (S) do powierzchni jeziorka (3) większą od wartości wektora przyśpieszenia grawitacyjnego, o częstotliwości odwrotnie proporcjonalnej do gęstopłynności cieczy w jeziorku i proporcjonalnej do wielkości sferoidalnych wydzieleń w stopie, przy czym siła oddziaływująca na sferoidalne wydzielenia (4) w jeziorku spawalniczym oraz związane z nią przyspieszenie są określone przez rodzaj i cechy osnowy.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powłokę kompozytową o beczkowatej powierzchni na długości walca wytwarza się w kilku nakładanych na siebie warstwach (wi, W2, wą) cylindrycznych o zmniejszającej się długości, przy czym korzystnie zawartość sferoidalnych węglików w warstwie (wi), którą nanosi się jako pierwszą, jest mniejsza od zawartości tychże w warstwie zewnętrznej (wą).
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że powierzchnię powłoki kompozytowej poddaje się młoteczkowaniu po zadanej krzywej beczkowatej powierzchni, korzystnie bezpośrednio po skrzepnięciu stopu w jeziorku.