PL95491B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania na powierzchni przedmiotu metalowego powloki od¬ pornej na scieranie w wysokich temperaturach oraz mieszanina reakcyjna do wytwarzania na po¬ wierzchni przedmiotu metalowego powloki odpor¬ nej na scieranie w wysokich temperaturach.

Wiele stali stopowych posiada wytrzymalosc nie¬ zbedna do przenoszenia znacznych naprezen. Jednak bardzo czesto wykazuja one zbyt mala odpornosc na erozje w warunkach w których pracuja. Dlatego stale te pokrywa sie czesto materialami o duzej od¬ pornosci na scieranie. Jednak w stosowanych obe¬ cnie procesach przebiegajacych w wysokich tempe¬ raturach, obciazenia mechaniczne i cieplne sa tak wielkie, ze materialy tworzace powloki odporne na scieranie nie spelniaja swoich zadan. Tylko nie¬ które stosowane dotychczas stopy nadaja sie do pracy w takich warunkach. Sa to stopy na bazie kobaltu, niklu lub stale austenityczne z zawartoscia niklu. Niestety wszystkie te stopy sa bardzo drogie, a ich przygotowanie czasochlonne.

Znane sposoby wytwarzania na powierzchni przedmiotów metalowych powloki odpornej na scie¬ ranie polegaja na skraplaniu na powierzchni przed¬ miotu par boru. Otrzymane tymi metodami powloki sa bardzo cienkie, posiadaja grubosc od 2,54 |im do ,4 pm. Zwiekszenie grubosci tak wytwarzanej po¬ wloki jest bardzo trudne. Sposoby naborowywania podane sa w opisach patentowych Stanów Zjedno¬ czonych Ameryki. Patent 3.029.162 i 3.622.402. Sa to sposoby malowydajne oraz wymagaja stosowania pieca komorowego lub retorty i na ogól nie nadaja sie do naborowywania duzych przedmiotów takich jak stól maszyny spiekalniczej. Poza tym powloki tak otrzymane nie nadaja sie do stosowania tam, gdzie wystepuja silne uderzenia, poniewaz sa zbyt cienkie i bardzo kruche.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wy¬ twarzania na powierzchni przedmiotu metalowego powloki odpornej na scieranie w wysokich tempe¬ raturach, o znacznie wiekszej grubosci niz powloki uzyskiwane znanymi sposobami.

Celem wynalazku jest równiez opracowanie skla¬ du mieszaniny reakcyjnej, stosowanej do wytwarza¬ nia twardej powloki na powierzchni przedmiotów metalowych.

Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku wokól czesci przedmiotu, która ma byc pokryta powloka ustawia sie ogniotrwala oslone, wewnatrz oslony umieszcza sie mieszanine reakcyjna, skladajaca sie ze sproszkowanego paliwa, rozdrobnionego mate¬ rialu tworzacego osnowe i zawierajacego tlenek ze¬ laza, oraz rozdrobnionego zelazoboru w takiej ilosci, ze zawartosc boru w mieszaninie wynosi od 4% do 8% wagowych zawartosci zelaza, a nastepnie zapala sie mieszanine inicjujac egzotermiczna reakcje re¬ dukcji, po której zakonczeniu chlodzi sie produkt i usuwa oslone.

Zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku mie¬ szanina reakcyjna sklada sie ze sproszkowanego pa- 95 4918 95 491 4 liwa, rozdrobnionego materialu tworzacego osnowe i zawierajacego tlenek zelaza, oraz rozdrobnionego zelazoboru w takiej ilosci, ze zawartosc boru w mie¬ szaninie wynosi od 4% do 8% wagowych zawarto¬ sci zelaza.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladach wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia przedmiot pokrywany wraz z ognio¬ trwala oslona, fig. 2 — przedmiot pokrywany wraz z ogniotrwala oslona po zakonczeniu reakcji redukcji aluminotermicznej, fig. 3 — bimetal w przekroju, fig. 4 — uklad oslony ogniotrwalej w przekroju po¬ dobnym do fig. 1, fig. 5 — wykres odpornosci na erozje twardej powloki utworzonej ze stopu zelazo¬ boru w funkcji procentowej zawartosci boru w tej powloce, fig. 6 — suwak popychacza koksu w prze¬ kroju, fig. 7 — suwak popychacza koksu o innej konstrukcji takze w przekroju, fig 8 — rynne zsy¬ powa z twarda powloka, przeznaczona do goracych materialów granulowanych, w przekroju poprzecz¬ nym, a fig. 9 — rusztowine przesiewacza rusztowe¬ go, przeznaczonego do kruszenia goracego spieku, w widoku z boku.

Jak pokazano na fig. 1, stalowy przedmiot 10 umieszcza sie na miekkim podlozu 12 i poziom pia¬ sku uzupelnia sie do poziomu górnej powierzchni przedmiotu. Ogniotrwala oslona 14 skladajaca sie z metalowego plaszcza 15 z kolnierzem 16 dla haka dzwigu i ogniotrwalej wykladziny 20, która w tym przypadku stanowi grafit, ma wewnetrzne wymiary identyczne z zewnetrznymi wymiarami stalowego przedmiotu. Oslone te umieszcza sie na miekkim podlozu 12, tak, aby otaczala przedmiot. Mieszani¬ ne reakcyjna 24 umieszcza sie wewnatrz oslony na powierzchni przedmiotu tak, aby jej warstwa miala jednakowa grubosc wynoszaca co najmniej 12,7 mm, a najwyzej 300 mm. Otrzymana twarda powloka 25 bedzie miala grubosc okolo 1/6 sredniej grubosci warstwy mieszaniny przed reakcja. Przykladowa mieszanina reakcyjna sklada sie z okolo 75% wa¬ gowych tlenku zelaza którym jest Fe^>,, ale moze byc równiez Fe*04 w postaci proszku o wielkosci ziaren ponizej 417 ym, oraz okolo 25% wagowych sproszkowanego glinu, o wielkosci ziaren miedzy 44 |im a 833 jim, z dodatkiem zelazoboru w ilosci zapewniajacej zawartosc boru od 4% do 8% wago¬ wych zawartosci zelaza w mieszaninie. Zelazobor dodaje sie w postaci pokruszonych grudek, najle¬ piej o wielkosci okolo 833 [im.

Sklad mieszaniny reakcyjnej moze byc zróznico¬ wany zawierajac sie w granicach od 65% do 85% wagowych tlenku zelaza i 15% do 35% wagowych glinu. Zwykle stosuje sie ilosci stechiometryczne, lecz sprawdzono, ze nawet przy piecioprocentowym nadmiarze jednego ze skladników osiaga sie dobre wyniki.

Na wierzchu oslony umieszcza sie dodatkowo ogniotrwale plyty na przyklad plyty grafitowe 26.

Jedna z tych plyt posiada otwór 30, przez który za¬ pala sie mieszanine reakcyjna. Plyty te zapobiegaja rozpryskiwaniu, zatrzymuja cieplo reakcji i oddaja je przedmiotowi, co polepsza przyczepnosc powloki do przedmiotu. Mieszanine 24 zapala sie w do¬ wolny sposób, na przyklad przez wlozenie przez otwór 30 palnika spawalniczego, który zapala spro¬ szkowane paliwo, w tym przypadku glin.

Innymi paliwami, które mozna stosowac zamiast glinu sa magnez, wapn, krzem i stopy wapnia z krzemem. Paliwa te moga byc stosowane tylko za¬ miast czesci sproszkowanego glinu, jezeli jest to ce¬ lowe. Reakcja jest silnie egzotermiczna, co powo¬ duje znaczne przegrzanie jej produktów. Ciezkie produkty metaliczne przywieraja do powierzchni przedmiotu 10. Lzejsza warstwa zuzla 32 zbiera sie na powierzchni metalu. Po zakonczeniu reakcji ply- yt grafitowe 26 usuwa sie z wierzchu ogniotrwalej oslony i przedmiot izoluje sie cieplnie, umieszcza¬ jac na powierzchni zuzla ogniotrwaly koc lub po¬ krywajac ja warstwa piasku. Dzieki temu metal krzepnie od wewnatrz tworzac prawidlowa, pozba¬ wiona porów, twarda powloke 25. Przedmiot pozo¬ stawia sie do momentu utwardzenia powloki, po czym mozna usunac oslone i warstwe izolujaca. Zu¬ zel 32 usuwa sie przez obijanie, po czym otrzymuje sie przedmiot 10 z odporna na scieranie powloka 25 zawierajaca bor. W rozwiazaniach dotychczasowych powierzchnia kazdego przedmiotu pokrywanego me¬ talem za pomoca reakcji aluminotermicznej musiala byc oczyszczona. Sposób wedlug wynalazku nie wy¬ maga zadnego przygotowywania powierzchni przed¬ miotu.

Jak widac na wykresie pokazanym na fig. 5, gdy zawartosc boru w twardej powloce jest mniejsza niz 1,5% wagowych powloka ta ma odpornosc na erozje nie wieksza niz zwyczajna stal. Zwiekszenie zawartosci boru w powloce zwieksza odpornosc na erozje az do jej wartosci maksymalnej, uzyskiwanej przy zawartosci boru wynoszacej okolo 3,5% wago¬ wych. Powyzej tej zawartosci krzywa ustala sie, a wiec zwiekszanie zawartosci boru powyzej 7 lub 8% wagowych nie daje zadnych korzysci. Dodatko¬ wa ilosc boru zwieksza tylko koszt bez jednoczesne¬ go zwiekszania odpornosci na erozje, a takze zwie¬ ksza kruchosc twardej powloki. Zgodnie z wyna¬ lazkiem zawartosc boru w powloce powinna wyno¬ sic 1,5 do 8% wagowych boru, zaleca sie jednak stosowanie zawartosci boru w granicach od 4 do 7% wagowych, a optymalne wartosci wynosza od 5,5 do 7% wagowych.

Dyfuzja boru do stopu zelaza zwieksza odpornosc na erozje przez podwyzszenie twardosci warstwy powierzchniowej. Wiadomo tez, ze powloka zelazo- bbrowa moze byc wytworzona na powierzchni przedmiotu przez natryskiwanie plomieniowe lub lukiem plazmowym. Jednak dotychczas maksymal¬ na grubosc takiej zelazoborowej powloki byla ogra¬ niczona do 24,5 [urn.

Sposób wedlug wynalazku umozliwia uzyskanie twardej powloki utworzonej na osnowie zelaza, za¬ wierajacej od 20 do 90% objetosciowych FegB, ko¬ rzystnie od 45 do 80% objetosciowych FeoB, przy czym optymalny zakres zawiera sie od 60 do 80% objetosciowych FegB. Najmniejsza grubosc takiej powloki moze wynosic okolo 2,54 mm, lecz zaleca sie aby grubosc ta wynosila nie mniej niz 6,4 mm.

Sposób zgodny z wynalazkiem umozliwia otrzyma¬ nie twardej powloki o grubosci wynoszacej 50,8 mm, a nawet wiecej.

W przedstawionym przykladzie wykonania wy- 40 45 50 55 609501 6» nalazku, na przedmiocie wykonanym ze stopu zela¬ za tworzy sie powloke na osnowie zelaza, zawiera¬ jaca Fe*B. Mozliwe jest jednak wytworzenie sposo¬ bem zgodnym z wynalazkiem twardej powloki z kazdego stopu lub metalu tworzacego osnowe na przedmiotach wykonanych z wiekszosci metali.

Przedmioty te moga byc wykonane z miedzi, cyny, niklu, chromu, kobaltu i molibdenu, a takze z mo¬ siadzu, brazu, stopów zelaza i stopów niezelaznych oraz stali nierdzewnych.

Przed umieszczeniem przedmiotu na miekkim pod¬ lozu nalezy go podgrzac. Temperatura, do jakiej na¬ lezy podgrzac przedmiot moze dochodzic do jego temperatury topnienia, zaleca sie jednak zakres temperatur od 760°C do 1093°C, przy czym tempe¬ ratura optymalna wynosi 982°C.

Na fig. 4 pokazano alternatywny uklad ognio¬ trwalej oslony. Boczne scianki metalowego plasz¬ cza 34 wystaja ponad wysokosc grafitowej wykla¬ dziny 20. Umozliwia to lepsze ulozenie plyt grafito¬ wych 26.

Zgodnie z wynalazkiem stól urzadzenia spiekal¬ niczego wykonany jest z bimetalu pokazanego na fig. 3. Stól taki umieszczony jest pod pewnym ka¬ tem tak, aby goracy spiek spadal nan i zeslizgiwal sie w dól w kierunku lamacza. Warunki pracy ma¬ szyny spiekalniczej wymagaja aby taki stól byl od¬ porny na scieranie w temperaturze okolo 650°C.

Stól maszyny spiekalniczej i przedmioty posiadaja¬ ce twarda powloke, na osnowie ze stali nierdzewnej, zawierajaca odpowiednia ilosc Fe*B sa odporne za¬ równo na korozje jak i na scieranie.

Na fig. 6 pokazano suwak 40 popychacza koksu 38, skladajacy sie z trzech plyt 41, 42, 43 majacych twarda powloke wykonana sposobem wedlug wyna¬ lazku. Poniewaz suwak popychacza koksu przesuwa sie po dnie pieca koksowniczego, twarda powloke wytwarza sie na spodzie suwaka, gdzie odpornosc na scieranie jest najbardziej potrzebna.

Na fig. 7 pokazano inna konstrukcje suwaka 44 popychacza koksu. Ma on rdzen 46 ze stopu zelaza, o scietych krawedziach. Najpierw wytwarza sie twarda powloke 47 na spodzie, a nastepnie na po¬ wierzchniach bocznych 48 i 49 kolejno lub jedno¬ czesnie, przy uzyciu specjalnej oslony.

Na fig. 8 pokazano rynne zsypowa 50 dla gora¬ cego granulowanego materialu, takiego jak koks lub spiek. Trzy podluzne plytki 52, 53, 54 z twardymi powlokami zespawane sa tak, ze tworza rynne z twarda wykladzina wewnetrzna 56.

Na fig. 9 pokazano rusztowine 60 przesiewacza rusztowego dla lamacza obrotowego 62. W miej¬ scach najszybciej zuzywajacych sie tworzy sie zgo¬ dnie z wynalazkiem twarda powloke 63, 66 w wy¬ niku czego trwalosc przesiewacza zwieksza sie dwu¬ krotnie. Mozna tez pokryc twarda powloka cala górna powierzchnie rusztowiny. Mozliwe jest rów¬ niez utworzenie twardej powloki na powierzchni na¬ chylonej, wypuklej lub wkleslej przy zastosowaniu specjalnego ukladu oslony ogniotrwalej.

Claims (18)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania na powierzchni przed¬ miotu metalowego powloki odpornej na scieranie w wysokich temperaturach, znamienny tym, ze wokól czesci przedmiotu, która ma byc pokryta po¬ wloka ustawia sie ogniotrwala oslone, wewnatrz oslony umieszcza sie mieszanine reakcyjna, sklada¬ jaca sie ze sproszkowanego paliwa, Tozdrobnibnega materialu tworzacego osnowe i zawierajacego tle¬ nek zelaza, oraz rozdrobnionego zelazoboru w takiej ilosci, ze zawartosc boru w mieszaninie wynosi od 4% do 8% wagowych zawartosci zelaza, a nastepnie zapala sie mieszanine inicjujac egzotermiczna re¬ akcje redukcji, po której zakonczeniu chlodzi sie produkt i usuwa oslone.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przedmiot podgrzewa sie wstepnie do temperatury nizszej od jego temperatury topnienia.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przedmiot podgrzewa sie wstepnie do temperatury w granicach od 760°C do 1093°C.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako tlenek zelaza stosuje sie FegOt.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, gna.mi»iniy tym, ze stosuje sie sproszkowany tlenek zelaza o wielkosci ziaren mniejszej niz 417 [iia

6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako paliwo stosuje sie material z grupy obejmuja¬ cej glin, wapn, magnez, krzem, stop wapniowo- krzemowy lub ich mieszaniny.

7. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze stosuje sie sproszkowane paliwo o wielkosci ziaren w granicach od 44 do 833 jim.

8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie zelazobor w postaci ziarnistej o wielko¬ sci ziaren ponizej 833 iun.

9. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do chlodzenia produktu koncowego stosuje sie po¬ wietrze.

10. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze na oslonie nad mieszanina reakcyjna umieszcza sie przed zapaleniem mieszaniny ogniotrwale plyty, które zatrzymuja cieplo reakcji i oddaja je przed¬ miotowi, przez co polepsza sie przyczepnosc twardej powloki do przedmiotu.

11. Sposób wedlug zastrz. 10, znamienny tym, ze po zakonczeniu reakcji, ogniotrwale plyty usuwa sie, a przedmiot izoluje sie cieplnie.

12. Sposób wedlug zastrz. 11, znamienny tym, ze przedmiot izoluje sie cieplnie przez umieszczenie ogniotrwalego koca na powierzchni zuzla.

13. Sposób wedlug zastrz. 11, znamienny tym, ze przedmiot izoluje sie cieplnie przez pokrycie po¬ wierzchni zuzla warstwa piasku.

14. Mieszanina reakcyjna do wytwarzania na po¬ wierzchni przedmiotu metalowego powloki odpornej na scieranie w wysokich temperaturach, znamienna tym, ze sklada sie ze sproszkowanego paliwa, roz¬ drobnionego materialu tworzacego osnowe i zawie¬ rajacego tlenek zelaza, oraz rozdrobnionego zelazo¬ boru w takiej ilosci, ze zawartosc boru w miesza¬ ninie wynosi od 4% do 8% wagowych zawartosci zelaza.

15. Mieszanina wedlug zastrz. 14, znamienna tym, 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 607 95 491 8 ze bor znajduje sie w postaci zwiazku z grupy obej¬ mujacej trójtlenek boru, FeB lub Fe*B.

16. Mieszanina wedlug zastrz. 14, znamienna tym, ze zawiera od 5% do 30% wagowych FeB.

17. Mieszanina wedlug zastrz. 14, znamienna tym, ze sproszkowane paliwo stanowi glin.

18. Mieszanina wedlug zastrz. 14, znamienna tym, ze material tworzacy osnowe stanowi Fee03. FIG. I 30 26 20 FIG. 2 FIG. 3 V WN > > ^ \ \N> ^25 A—io FIG. 495 491 FIG. 5 ?awqrfoic bor w. w twardoi pow?oc«. /w c/+ )95 491 FIG. 6 FIG. 8 52 (56 T '53 54 FIG. 9 -60 PZG Bydg., zam. 4088/77, nakl. 110+20 Cena 45 zl