RO125460A0 - Scule de burare realizate din materiale compozite conţinând deşeuri ranforsate pe bază de carburi metalice refractare infiltrate cu matricea metalică, cât şi procedeu de realizare - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un material metalic compozit, destinat realizării părţilor (2) active ale sculelor (1) de burare, şi la un procedeu de obţinere a acestuia. Materialul compozit, conform invenţiei, este format din 5,5....10% deşeuri din carburi metalice sinterizate, având compoziţia: WC = 87...92%, Co = 8...13%, WC = 87...90%, Ni = 10...13%, în amestec cu carbura de wolfram topită şi măcinată, cu compoziţia WC = 95%, Ct = 3,81%, CL = 0,02%, Fe mai mic sau egal 0,21%, Cr mai mic sau = 0,038%, V mai mic sau = 0,01%, Ti mai mic sau = 0,01%, Mo +Co+Ni mai mic 0,045%, pulberea de carburi metalice având o densitate masică de 10-15 g/cm. Procedeul conform invenţiei constă în topirea matricei metalice într-un cuptor cu inducţie, până la o temperatură cuprinsă între 1600...1650°C, superioară celei de difuzie de 1500°C, după care urmează turnarea topiturii în forma în care se află negativul sculei (1) de burare, formă care este acoperită mai întâi cu un strat de vopsea penetrantă, cu grosimea de 1,5...2,5 mm, care se volatilizează instantaneu în contact cu valul de topitură, împreună cu granulele unghiulare din carburi de wolfram, fapt care asigură ranforsarea sculei (1) de burare în zona (2) destinată să reziste unei uzuri intense.

Description

SCULE DE BURARE REALIZATE DIN MATERIALE COMPOZITE CONȚINÂND ^ranfor^e pe baza de carburi metalice refractare

INFILTRATE CU MATRICEA METALICA , CAT SI PROCEDEU DE REALIZARE

Solicitant: ECONET PROD SRL ^{RadU Mihai}’ ^{BeSleaea CriStinel}’ ^{Badea George Sorin}’ ^{Sarlea |οπ}· Stefanescu i’iiiicUț 1 NloLm x CLIC

TITULAR : ECONET PROD SRL

Prezenta invenție se refera la scule de burare imbunatatite din punct de vedere al materialului me ahc compozit din care este realizat si al procedeului de obținere, avand caracteristici tehnice ₍ de rezistenta Ia uzura eroziv-abraziva cu impact, combinata cu oboseala mecanica a suprafețelor care sunt in contact, a durității superioare a suprafețelor ce vor fi in contact cu piatra sparta, in vederea infigeni, compactam prin vibrare si indesarii acesteia sub traversele de cale ferata.’

Sculele de burare au o geometrie optimizata folosind tehnica elementului finit in corelare cu criteriile analizei valorii, configurandu-se forma geometrica, dimensiunile, poziții ale suprafețelor active ce vor fi in contact cu piatra sparta in scopul realizării unei geometrii lunctionale de egala rezistenta corespunzătoare operației tehnologice de burare

Obiectivele urmărite sunt creșterea durabilității sculei in paralel cu marirea eficientei si calității operației de burare, a rentabilității ei in contextul reducerii costurilor de exploatare întreținere si reparare. ’

Sculele de burare care echipează mașina de burare prin echipamentul mecanico- hidraulic de acționare sunt folosite pentru a repara si corecta balastul din jurul si de sub calea ferata pentru obținerea unei geometru adecvate, cat si operatii tehnologice combinate de burare si ripare componente ale proceselor tehnologice ale construcției caii ferate.

Cinematica sculei de burare este de a aduce piatra sparta intr-o forma compacta prin vibrare in asa fel ca reazemele create sub traverse sa fie cat mai omogene, compacte si penetrabile, sa fixeze cat mai bine cadrul format de sine si traverse, sa asigure elasticitatea necesara amortizării șocurilor si vibrațiilor date de deplasarea roților vehiculelor feroviare, pentru a crea o fundație ferma si solida pentru o circulație feroviara in siguranța.

Se cunoaște procedeul de creștere a duratei de exploatare prin încărcare mecanica a suprafețelor muchiilor active in contact cu balastul, folosind electrozi cu un continui de fier bazic crom, mangan, cobalt, molibden care conferă rezistenta buna la uzura abraziva, impact si oboseala, o duritate superioara peste 450HB cat si o tenacitate corespunzătoare..

Se cunoaște , inca din 1940 , ca parti rezistente la uzura ale unor unelte / scule predispose uzurii, au fost confecționate dm aliaje de carburi cementate constând intr-o faza de carbura dura in dispersie fina pe baza metalelor alese din Grupele IVB, VB si VIB ale Tabelului periodic, cum ar ti cobalt / nichel sau ambele. Produse prin compactarea unor pudre cu granulatie fina urmata de tratament termic al fazei lichide pentru a ajunge la consolidare, aliajele de carburi cementate dețin microstructuri caracterizate de granule de carburi dure in general in marja 1-15 pm.

Utilizarea fierului sau a otelului ca liant s-a dovedit a fi dificila deoarece starea fin divizata si suprafața specifica a fazelor dure dispersate promovează formarea de aliaje interstitiale binare relativ casante de tungsten , fier cu carbonul, reducând astfel fracțiunea volumetrica a liantului iber , fragilizand corpul, depinzând intr-o măsură mai mare sau mai mica de precizia menținută

0--2 0 0 9 - 0 1 0 (0

3 -12- 2009 indefinirea parametrii, cat si de aportul de carbon liber, menite a asigura afinitatea dintre fier si

Fata de cobalt si nichel, fierul formează o carbura stabila, Fe3C si are o mai mare tendința de a forma carbun binare casante . Transferul de carbon din faza sau fazele carburii dura de fier este orizat de prezenta starn lichide sau plastice a unui liant pe baza de fier sau otel in timpul liantClu ^{U1 term}’^{C &} ^^{Ζεΐ hChide}’ ^rea’^{iZate aprOpiate de} P^{unctul de} topire al fonte tonite ^C°^mp°^{nente UzabiIe} ’ ^aP^licand materialului turnarea unui otel lichid sau fonte topite intr-un pat preparat cu particulele de carbura cu granulatie relativ grosiera n raport cu cele menționate, se cunosc diverse soluții constructive de scule de burare care au fost prezentate in brevetele internațional de mai jos .

In brevetul european EP 1329554 A1 se prezintă o soluție imbunatatita pentru scula de burare de mare rezistenta la uzura abraziva folosind un tachet de burare echipat integral (toate uprafetele active ) cu plachete de carbura de wolfram sinterizata cu liant metalic cobalt suportul ' » S ³⁶?^NiM°^4V' sunt obținute prin sinteZea ce metalurgiei pulberilor si apoi, după obținerea lor, brazarea pe suportul forjat utilizând aliaje de lipire specifice (Ag40).

i · ^{S01Utia descrisa este cea din brevetul US} 3793960 care prezintă o alta varianta a sculei de burare care in zona de uzura excesiva (a muchiei de atac) realizează o grupare de inserturi de materiale compozite pe baza de carbura de wolfram. Brevetul evidențiază modul de ntare in lacasun bine poziționate in zona de maxima uzura in raport cu sensul de lucru a sculei de burare. Insertunle sunt bine poziționate pe suportul de otel in asa fel incat sa evite taierea aschierea, fisurarea, exfoherea sau craparea inserturilor ca rezultat al efectului abraziv al impactului cat si al oboselii la care este supusa muchia de atac a tachetului sculei de burare.

Soluțiile prezentate evidențiază următoarele dezavantaje:

Materialul metalic compozit, plachetele utilizate din carburi metalice sinterizate care au o granulatie micronica conduc la o uzura începând din zonele marginale a plachetelor, acea interfatad intre plachete acoperita de Ag40, zona in care se produce începutul abradarii care progresează in timp creând cavitati in lungul marginilor, ducând la exfolierea treptata a plachetelor.

- Un alt dezavantaj remarcat este faptul ca la o uzura accentuata a zonei de contact sculapietns nu poate fi recondiționată in vederea reutilizarii suportului sculei.

O problema evidențiata in timpul exploatării sculelor de burare existente este aceea ca piatra sparta, cu parametru tehnici precizati mai jos, care formează stratul susținător si repartitor al sarcinilor primite de la traverse, este in principal de natura abraziva cu un efort local ridicat.

Piatra sparta pentru imbalastarea liniilor de cale ferata trebuie sa îndeplinească condițiile: - din punct de vedere petrografic mineralogic, roca trebuie sa fie de natura magmatica (roci andezite, bazaltice, granițe, granodiorite si altele) cu un aspect omogen fara zone alterate granulozitatea pietrei sparte trebuie sa fie de categorie A 31.50 - 50 mm sau B 31 50-63 mm

- forma granulelor (coeficient de forma) Cf < 10 - 20 % caracteristicile fizico-mecanice reprezentate prin coeficientul Los Angeles (LA) al nietrei sparte cu valorile LA< 14-20% ^H rezistenta la fragmentare prin impact a pietrei sparte Ri < 14 - 22 % y^S)^{enta la a P}’^{etreÎ Sparte re}P^rezentate prin coeficientul micro Deval ( Rde< 11 Uzura abraziva este datorata efortului complex tridimensional impus de forțele focale

A 2 Ο Ο 9 - Ο 1 Ο 1 Ο

Ο 3 -12 ΜΟΟ distribuite pe toate muchiile active ale pietrei sparte vedere al caracterS? ^s“P^e™™ din punct de si oboseala in raport cu abrazivitatea rocilor de ™ compozite cu ^SunSteX “X/X ^de '^{Cali/are a} particulelor refracXdTm Mizate prin infiltrarea topita, pentru a X * ^legatUra <^C°’ ^Ni> “ » matrice metalica

ΧΤίη“ί ?e“e^ ^P™ ^la —'* ⁱⁿ Τ'^{casanta (OTburi con,i a d} particulele cZSi^ * * ” “e!, a ^SC°P^{Urile inven,iei Sunt} “'^{e care} °wm metale din Grupa a 8-a seria 4 abelului Periodic care se topesc la temperaturi de 1450 - 1500°C leXXX^ 7'T ^{eSta ,0}P^ita încolo de punctul de topire a metalului de priiSia ’ ’ ^C°^{mpOnen,a desem|}or de carburi metalice sintetizate si se toarna in forma metllicaȚoiXtr '' ^S°^lub’^{zare a me,alel}»^{r d}e (W, Ti, Nb, V) in matricea

Un a!t obiectiv al acestei invenții este realizarea sculelor de burare cu ranforsari din deșeuri de d^ăm avXTe '^{g S}‘ ^ProCedeU' ^de °^btinere ’ “^nform P^rezentei invenții, prezintă urmatoareie ' ^mariKa burare , a mecanismelor respective a mașinilor de

- conduc la scăderea costurilor de exploatare

- posibilități de reconditionare a sculelor de burare ^C°^{efiCientUlUi de u,iIizare} a mașinilor de burare si a productivității operației asigura o calitate corespunzătoare si cat mai uniforma a operației de burare - asigura creșterea duratei de utilizare a sculelor de burare

Fig. 2 Secțiuni in zona de ranforsare a sculei de burare ;

Fig 3 Microstructura evidențiază difuzia particulelor de carbura de wolfram intr-o matrice metalica avand o compoziție chimica C = 0.181 % - Fe - Mn - Cr - Si in care repartizarea elementelor de aliere in masa de baza si carbura este neuniforma

Exemplu:

.....

.......^.....

Fe-Cr=1.91%, obtina„du-se compoziția chimica :

C 0.181 /0 , Mn-1.280% , S 1=0.547%, Cr=l .520% , Fe=94.400% . Topirea a fost realizata intr un cuptor cu inducție pana la o temperatura de 1510°C , continuandu-se fluidizarea topiturii pana a o temperatura de 1600 - 1650“C. In scopul turnării, forma din amestecri de formare clasice în care se afla negativul care materializează piesa, este acoperita (conform fig 2) cu un strat de vopsea penetranta avand grosimea de 1.5 - 2.5 mm care are in component! sa un îiant cu o volatilizare instantanee in momentul contactului cu valul de topitura , împreuna cu granulele 13% 0% ^aU 'ⁿ,^COmP^OZÎtie1 ^{WC = 87%} - 92% ; Co = 13% - 8 % ;WC = 8?o/o - 90% ; Ni = ri ° n mo/ ’ ^SÂ ^^{arbura de wo}'fram topita si macinata cu compoziția WC=95% Ct=3 81%

CL= 0 02%, Fe< 0.21%, Cr< 0.038%, V< 0.01 % , Ti< 0.01%, Mo+Co₊Ni < 0 045%) din cal_ri e wo ram, care asigura ranforsarea piesei in zona proiectata destinata a rezista uzurii intense iv/V'dlC.

Se folosește procedeul de turnare prin curgere libera a topiturii, eorelandu-se cu rigurozitate parametrii tehnologic! (temperatura topiturii, a materialului preformei, durata si atmosfera de ^C°^mP°^{2,,ia ma}'^{rÎCei meWte}<^C°.Ni) a materialului ranfo’rsat cat si “e7ei ^-2009-010)0 ⁸ 3 '12- 2009 =ss=£=a:ss giv-sassi: -

Claims (2)

1. 0 3 -12- 2009

   Revendicări:

   diJnsiuXÎo^¹^ ^P™ ^{Ca granU}'^{ele de} “ dimensiuni de 0.18 - 0.14 mm m amestec cu o vopsea penetranta pensulată pe zonele proiectate a 9440 °/ m ’ Ti ™ ^Co/ ^matricei metalice avand compoziția chimica 00.18 % ; Fe = ^Π ’^{28 /o; Cr 1,52 %} î Si- 0.547% la otemperatura de 1600 - 1650°C in cuptor cu inducție. Turnarea matricei metalice se realizează intr-o forma preincalzita. In momentul ^P urnaru masei topite fluidizate in forma are loc o curgere a topiturii in paralel cu o răcire lenta in forma pana ce masa ajunge in zonele ranforsate, cu granule in care are loc pătrunderea vopselei penetrante si infiltrarea masei printre granulele de material dur, iar frontul de infiltrare Sw T^{Za S}’ ^{dlfUZeaZa tre}P^{tat in meta,ul de} legătura Co / Ni din granulele cu carburi metalice eiizate in amestec cu granulele din carbura de wolfram topita si macinata incorporandu-le in

   C^l8 ί ^ICFe-Ji 40/’ T’n ^{CreaZa materia,ul com}P°^zit ^and compoziția c 0 181 /0 , Fe-93.4% ; Si=0.547% ; Mn= 1.98%; S< 0.0050% ; Cr-1 52% · Ni-0 0917· , Co-0.0096% ; Nb < 0.0030% ; W = 2.18% ; V = 0.0020%
2. 2. Procedeu de realizare a materialului compozit cu matrice metalica destinat producerii scule or de burare prin infiltrarea granulelor unghiulare de carburi metalice sinterizate de tip WCCo WC-Ni rezultate din macinarea mecanica a deșeurilor de piese uzate amestecate in proporții egale cu granulele unghiulare obținute din pulberi de carbura de wolfram topita si macinata cu o

   Mo+Co+Ni < 0.045 /o , caracterizat prin aceea ca topirea matricei metalice se face intr-un cuptor u inducție pana la o temperatura superioara temperaturii de difuzie de 1500°C apropiindu-se de o temperatura de 1600 - 1650°C . In scopul turnării, forma din amestecuri de formare clasice in care se afla negativul care materializează piesa, este acoperita (conform fig. 2), cu un strat de ^v°psea penetranta avand grosimea de 1.5 - 2.5 mm care are in componenta sa un liant cu o volatilizare instantanee in momentul contactului cu valul de topitura , împreuna cu granulele ungmulare (care au in compoziție WC = 87% - 92% ; Co = 13% - 8 % ;WC = 87% - 90% ; Ni = 13% - 10% , cat si carbura de wolfram topita si macinata cu compoziția WC=95% Ct=3 81% CL= 0 02%, Fe< 0.21 %, Cr< 0.038%, V< 0.0 > %, Ti< 0.0 > %, M^Co+Ni < 0 045%) din carturi de wolfram, care asigura ranforsarea piesei in zona proiectata destinata a rezista uzurii intense > locale pe suprafețele notate cu 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; in fig. 2.

   Se folosește procedeul de turnare prin curgere libera a aliajului topit, corelandu-se cu rigurozitatea parametrilor tehnologici (temperatura topiturii, a materialului preformei, durata si atmosfera de infiltrare) cu compoziția matricei metalice a materialului ranforsat componenta a vopselei penetrante . In momentul turnării masei topite fluidizate in forma are loc o curgere lina a topiturii in paralel cu o răcire lenta, in forma, pana ce masa ajunge in zonele ranforsate, cu granule, in care are loc pătrunderea vopselei penetrante si infiltrarea masei topite printre granulele de material dur, iar frontul de infiltrare solubilizeaza si difuzează treptat in metalul de legătura Co / Ni dm granulele cu carburi metalice sinterizate in amestec cu granulele de carbura e wolfram topite si măcinate incorporandu-le in masa matricei metalice , care solidificandu-se creaza materialul compozit cu compozitiaC=0.181% ; Fe=93.4% ; Si=0.547% · Mn= 1.98%· S< 0.0050% ; Cr-1.52% ; Ni-0.0917; Co-0.0096% ; Nb < 0.0030% ; W = 2.18%’; V = 0.0020%.

   ^-2009-01010 ο 3 -12- 2009

   nr ^Pr°^^{edeu reaIlzar}e a materialului compozit cu matrice metalica conform revendicării nr 2, cu ranforsare de carbun metalice destinat producerii sculelor de burare, caracterizat prin strat deW 2 ” T™¹ ° ^{granulometrie 600} ~ ¹²⁰⁰ hm , cu o densitate masica in de 10 - 15 g/cm , avand o proporție de WC = 2.1 - 3.9 % in totalul materialului compozit