RU205710U1 - Металлический кокиль для литья магниевых сплавов с многослойным защитным покрытием - Google Patents

Металлический кокиль для литья магниевых сплавов с многослойным защитным покрытием Download PDF

Info

Publication number
RU205710U1
RU205710U1 RU2021110062U RU2021110062U RU205710U1 RU 205710 U1 RU205710 U1 RU 205710U1 RU 2021110062 U RU2021110062 U RU 2021110062U RU 2021110062 U RU2021110062 U RU 2021110062U RU 205710 U1 RU205710 U1 RU 205710U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
coating
hrc
hardness
mold
Prior art date
Application number
RU2021110062U
Other languages
English (en)
Inventor
Елена Николаевна Солдаткина
Ренат Вильсорович Гавариев
Игорь Алексеевич Савин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Priority to RU2021110062U priority Critical patent/RU205710U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU205710U1 publication Critical patent/RU205710U1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C23/00Tools; Devices not mentioned before for moulding
    • B22C23/02Devices for coating moulds or cores
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B22D15/04Machines or apparatus for chill casting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Техническое решение относится к литейному производству. Металлический кокиль для литья магниевых сплавов с многослойным защитным покрытием содержит предварительно очищенную методом катодно-ионной бомбардировки формообразующую поверхность, на которую нанесено трехслойное покрытие. Первый нижний слой (2) покрытия твердостью 51-56 HRC выполнен толщиной 1,5 мкм из нитрида титана. Второй слой (3) твердостью 60-66 HRC выполнен толщиной 2 мкм из карбонитрида титана и молибдена. Третий слой (4) твердостью 52-57 HRC выполнен толщиной 1,0 мкм из нитрида молибдена. Обеспечивается повышение эксплуатационного ресурса металлического кокиля для литья магниевых сплавов. 1 ил., 1 пр.

Description

Полезная модель относится к литейному производству и может быть применена для повышения эксплуатационных свойств металлического кокиля при литье магниевых сплавов.
Известен «Способ азотирования молибденовых вкладышей металлической формы» (авторское свидетельство СССР №1560617, С23С 8/24, опубл. 30.04.1990), в котором формообразующие детали металлической формы - молибденовые вкладыши обладают защитным азотированным слоем, полученном в среде диссоциированного аммиака при температуре 1100-1150°С с выдержкой 12-15 ч, после чего их отжигают в вакууме 10 -10 Па при 1100-1150°С в течение 7-10 ч. Данное техническое решение позволяет увеличить стойкость вкладышей пресс-форм в 3-5 раз в сравнении с неазотированными. К недостаткам азотирования формообразующей поверхности можно отнести повышенную хрупкость, а также склонность к образованию трещин разгара. В конечном счете, это влияет на образование облоя и ухудшению шероховатости отливок и формообразующей поверхности формы. Это снижает эксплуатационный ресурс металлической формы.
Известна «Пресс-форма для литья под давлением алюминиевых сплавов» (патент РФ №187255, B22D17/22, B22C 23/02, C23C 8/24 опубл. 2019.26.02). Устройство представляет собой пресс-форму для литья под давлением алюминиевых сплавов, выполненную из металла с многослойным покрытием на формообразующей поверхности, при этом покрытие содержит пять слоев: первый, нижний слой, из которых, выполнен из нитрида молибдена толщиной 1,5 мкм и твердостью 52-60 HRC, второй слой выполнен из молибдена толщиной 1 мкм, третий слой выполнен из карбонитрида титана и молибдена толщиной 2 мкм и твердостью 64-72 HRC, четвертый слой выполнен из молибдена толщиной 1 мкм, а пятый слой выполнен из нитрида молибдена и циркония толщиной 1,5 мкм и твердостью 52-60 HRC. Недостатками данной пресс-формы с покрытием являются слабая адгезионная связь между слоями покрытия, по причине относительно большой толщины и большого количества слоев, что приводит к возникновению трещин внутри покрытия и преждевременному разрушению пресс-формы, что уменьшает эксплуатационный ресурс.
В качестве прототипа взято техническое решение «Металлическая форма для литья в кокиль» (патент РФ № 197080, B22D 15/04,B22C 23/02 опубл. 2016.04.10). Устройство представляет собой металлическую форму для литья алюминиевых сплавов, содержащую формообразующие поверхности с покрытием, при этом покрытие имеет три слоя, причем первый, нижний слой, выполнен толщиной 1 мкм твердостью 56-64 HRC из нитридов титана и молибдена с обеспечением адгезионной связи покрытия с формообразующей поверхностью формы, второй, промежуточный слой, выполнен толщиной 2 мкм твердостью 64-72 HRC из карбонитрида титана, третий, верхний слой, выполнен толщиной 2 мкм твердостью 56-64 HRC из нитрида циркония, причем слои покрытия нанесены катодно-ионной бомбардировкой. Данное техническое решение предполагает нанесение на кокиль трех слоёв покрытия: первый - нитрид металлов титана и молибдена 2, второй - карбонитрид титана 3 и третий - нитрид циркония 4. Данная металлическая форма позволяет обеспечить повышение долговечности кокиля, за счет увеличения адгезии нижнего слоя покрытия с металлической поверхностью пресс-формы, а также между слоями покрытия.
Можно выделить следующие недостатки описанной формы, влияющие на эксплуатационный ресурс:
слишком высокие показатели микротвердости слоев, повышающие хрупкость и уменьшающие трещиностойкость;
наружный слой имеет относительно низкое сопротивление температурным воздействиям со стороны заливаемого расплава.
Предлагаемая полезная модель призвана устранить вышеперечисленные недостатки аналогов и прототипа.
Решаемой технической проблемой является создание металлического кокиля для литья магниевых сплавов с многослойным защитным покрытием, с улучшенными эксплуатационными свойствами.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационного ресурса металлического кокиля для литья магниевых сплавов.
Технический результат достигается тем, что предварительно очищенная методом катодно-ионной бомбардировки формообразующая поверхность металлического кокиля защищена покрытием из следующих слоев:
первый (нижний) слой толщиной 1,5 мкм и твердостью 51-56 HRC из нитрида титана для адгезионной связи покрытия с поверхностью металлического кокиля;
второй слой толщиной 2 мкм и твердостью 60-66 HRC из карбонитрида титана и молибдена, обеспечивающий твердость покрытию;
третий слой толщиной 1,0 мкм и твердостью 52-57 HRCиз нитрида молибдена для обеспечения низкого коэффициента трения.
Техническая сущность полезной модели заключается в том, что процесс литья в кокиль магниевых сплавов характеризуется воздействием циклических силовых и температурных нагрузок на формообразующие поверхности кокиля 1 (фиг.1). Наибольшее воздействие оказывает высокая температура плавления (до 800ºC), которая обуславливает необходимость создания покрытия с высокими показателями теплостойкости, кроме этого, магниевые сплавы обладают плохой жидкотекучестью (Липницкий, А.М. Технология цветного литья / А.М. Липницкий, И.В. Морозов, А.А. Яценко. – Л.: Машиностроение, 1986 – 224с.), поэтому требуется обеспечить минимально возможный коэффициент трения на поверхности кокиля. В таких условиях предлагаемая полезная модель должна превосходить аналогичные решения. Согласно теоретических рекомендаций (Гавариев Р.В. К вопросу определения свойств износостойких покрытий металлических форм // Р.В. Гавариев, И.А. Савин, Д.Л. Панкратов // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева.- 2019. - Т. - 75. - № 3. - С. 81-84.) многослойные покрытия дают возможность повышения эксплуатационных свойств за счет использования слоев различных составов с переменной микротвердостью. Таким образом, каждый слой покрытия будет выполнять определенную функцию: первый слой 2 должен обеспечить максимальное сцепление покрытия с материалом кокиля за счет наличия в составе слоя элементов инструментальной основы, второй слой 3 обладает максимальной микротвердостью, третий слой 4 должен обладать высокой термодинамической устойчивостью и обеспечить минимальный коэффициент трения.
Физический смысл процесса заключается в химической адгезионной связи разнородных тел. Процесс можно разделить на два этапа: первый – сближение поверхностей, второй - образование химических связей. Для начала процесса необходимо активировать инертную в обычных условиях поверхность тел (термически, механически, радиационно), спровоцировав тем самым разрушение поверхностных пленок и электронных конфигураций. Затем происходит сближение двух фаз за счет сил Ван дер Вальса, в результате которого происходит перекрытие электронных оболочек и высвободившиеся атомы образуют новые химические связи (Верещака А.С. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями / А.С. Верещака, И.П. Третьяков. - М.: Машиностроение, 1986 - 192 с.).
Важным моментом с практической точки зрения является предварительная очистка формообразующей поверхности кокиля от различных окислов и загрязнений. Очистка осуществлялась путем предварительной механической очистки с последующей бомбардировкой поверхности ионами титана (основа нижнего слоя покрытия). Данные действия позволяют повысить адгезионную связь формообразующей поверхности кокиля и наносимого покрытия.
Пример 1.
Было проведено сравнение показателей стойкости различных покрытий при помощи производственного эксперимента процесса литья в кокиль отливок типа «Корпус» из сплава МЛ9. Для эксперимента была изготовлен металлический кокиль с несколькими формообразующими поверхностями, на каждую из которых было нанесено износостойкое покрытие: азотированный слой, покрытие, описываемое в прототипе и предлагаемое в данной полезной модели.
Рабочие параметры процесса нанесения покрытия:
давление в рабочей камере 4,5·10-3Па;
температура разогрева деталей кокиля 300ºС;
ток соленоида 3,7А;
напряжение на аноде 1200В;
ток анода 0,12А.
В результате эксперимента были получены следующие показатели стойкости:
азотированный кокиль показал значения, равные примерно 10600 циклам;
кокиль с покрытием, описанным в прототипе, показал значение стойкости в 12000 циклов;
наибольший результат соответствовал кокилю с покрытием, предлагаемом в данной полезной модели, 13700 циклов, что в 1,14 раз больше, чем у прототипа.
Прочность сцепления покрытия с материалом кокиля определялась при помощи механического адгезиметра elcometer 510, при этом согласно методике производственных испытаний на основе 9 измерений количественная величина составила 48 МПа, при этом образец с покрытием, указанным в прототипе, показал значение в 50 МПа. Измерение твердости покрытия осуществлялось с использованием алмазной пирамидки при помощи микротвердомера ПМТ-3. Измерение коэффициента трения на формообразующей поверхности кокиля является весьма сложной задачей, как с практической, так и с теоретической точки зрения, поэтому оценку данного показателя производили на основе изучения косвенных признаков, таких как шероховатость формообразующей поверхности, качество поверхности получаемых отливок, наличие пористости в получаемых отливках. На основе измерений были получены следующие результаты: шероховатость формообразующей поверхности кокиля нанесения покрытия изменилась незначительно и составила Ra=0,4 мкм, общий объем газовых пор в получаемых отливках не превышал 1,0% от общего объема, качество поверхности полученных отливок, удовлетворяло требованиям ГОСТ 26645-85. Указанные значения косвенных параметров указывают на то, что в потоке расплавленного металла по формообразующей поверхности с многослойным защитным покрытием, предложенном в данной полезной модели не возникало дополнительных завихрений, вызванных поверхностным слоем, таким образом можно сказать, что предлагаемое покрытие обладает низким коэффициентом трения. Таким образом, за счет повышения физико-механических свойств поверхностного слоя формообразующих деталей обеспечивается повышение эксплуатационного ресурса кокиля.

Claims (1)

  1. Металлический кокиль для литья магниевых сплавов с многослойным защитным покрытием, содержащий формообразующую поверхность с нанесенным трехслойным покрытием, отличающийся тем, что первый, нижний, слой твердостью 51-56 HRC выполнен толщиной 1,5 мкм из нитрида титана, второй слой твердостью 60-66 HRC выполнен толщиной 2 мкм из карбонитрида титана и молибдена, третий слой твердостью 52-57 HRC выполнен толщиной 1,0 мкм из нитрида молибдена, при этом формообразующая поверхность предварительно очищена методом катодно-ионной бомбардировки.
RU2021110062U 2021-04-12 2021-04-12 Металлический кокиль для литья магниевых сплавов с многослойным защитным покрытием RU205710U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110062U RU205710U1 (ru) 2021-04-12 2021-04-12 Металлический кокиль для литья магниевых сплавов с многослойным защитным покрытием

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110062U RU205710U1 (ru) 2021-04-12 2021-04-12 Металлический кокиль для литья магниевых сплавов с многослойным защитным покрытием

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU205710U1 true RU205710U1 (ru) 2021-07-29

Family

ID=77197076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021110062U RU205710U1 (ru) 2021-04-12 2021-04-12 Металлический кокиль для литья магниевых сплавов с многослойным защитным покрытием

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU205710U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795775C1 (ru) * 2023-02-02 2023-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Способ получения защитного покрытия в вакууме на формообразующей поверхности металлической пресс-формы для литья магниевых сплавов

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1678508A1 (ru) * 1989-12-25 1991-09-23 Предприятие П/Я Г-4585 Способ получени теплозащитного покрыти на металлической форме дл отливки деталей из алюминиевых сплавов
US20050255329A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-17 General Electric Company Superalloy article having corrosion resistant coating thereon
EP1916707A2 (en) * 2003-05-02 2008-04-30 Air Products and Chemicals, Inc. Methods for depositing metal films by CVD or ALD processes onto diffusion barrier layers
RU151832U1 (ru) * 2014-07-22 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Пресс-форма для литья под давлением с многослойным покрытием
RU161036U1 (ru) * 2015-10-12 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Пресс-форма для литья под давлением с многослойным покрытием
RU187255U1 (ru) * 2018-08-20 2019-02-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Пресс-форма для литья под давлением алюминиевых сплавов
RU197080U1 (ru) * 2019-07-16 2020-03-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Металлическая форма для литья в кокиль

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1678508A1 (ru) * 1989-12-25 1991-09-23 Предприятие П/Я Г-4585 Способ получени теплозащитного покрыти на металлической форме дл отливки деталей из алюминиевых сплавов
EP1916707A2 (en) * 2003-05-02 2008-04-30 Air Products and Chemicals, Inc. Methods for depositing metal films by CVD or ALD processes onto diffusion barrier layers
US20050255329A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-17 General Electric Company Superalloy article having corrosion resistant coating thereon
RU151832U1 (ru) * 2014-07-22 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Пресс-форма для литья под давлением с многослойным покрытием
RU161036U1 (ru) * 2015-10-12 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Пресс-форма для литья под давлением с многослойным покрытием
RU187255U1 (ru) * 2018-08-20 2019-02-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Пресс-форма для литья под давлением алюминиевых сплавов
RU197080U1 (ru) * 2019-07-16 2020-03-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Металлическая форма для литья в кокиль

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795775C1 (ru) * 2023-02-02 2023-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Способ получения защитного покрытия в вакууме на формообразующей поверхности металлической пресс-формы для литья магниевых сплавов
RU2799372C1 (ru) * 2023-03-29 2023-07-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Способ нанесения защитного покрытия на металлическую форму для литья магниевых сплавов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI694156B (zh) 鋁鈷鉻鐵鎳矽合金、粉體及其披覆成形塗層
JP5435326B2 (ja) ダイカスト用被覆金型およびその製造方法
Zhou et al. Thermal barrier coatings with a double-layer bond coat on Ni3Al based single-crystal superalloy
US11866830B2 (en) Abrasive tip coating
CA2990731C (en) Contour-following protective layer for compressor components of gas turbines
RU187255U1 (ru) Пресс-форма для литья под давлением алюминиевых сплавов
Czupryński et al. Testing of flame sprayed Al2O3 matrix coatings containing TiO2
RU205710U1 (ru) Металлический кокиль для литья магниевых сплавов с многослойным защитным покрытием
TW201606108A (zh) 靶及製造靶的方法
US20130244054A1 (en) Composite material and method for improving fatigue properties of titanium alloy by coating metallic glass layer
RU197080U1 (ru) Металлическая форма для литья в кокиль
RU161036U1 (ru) Пресс-форма для литья под давлением с многослойным покрытием
TWI786289B (zh) 複合體以及製造複合體的方法
RU151832U1 (ru) Пресс-форма для литья под давлением с многослойным покрытием
CN104988460B (zh) 钛合金表面耐磨Cr‑Si复合涂层及其制备方法
JP6944045B2 (ja) 物理蒸着用ターゲット及びそれを用いたナノ複合コーティング膜及びその製造方法
JP2000038653A (ja) 表面被膜を有する金型又は鋳型
RU2799372C1 (ru) Способ нанесения защитного покрытия на металлическую форму для литья магниевых сплавов
Zhao et al. Surface modification of die casting mold steel by a composite technique of hot-dipping and plasma electrolytic oxidation
Ramesh et al. Slurry erosive wear behavior of plasma sprayed inconel-718 coatings on Al6061 alloy
RU2569870C1 (ru) Способ нанесения защитного покрытия на пресс-форму для литья под давлением
Jeong et al. Fatigue properties of Al–Si casting alloy with cold sprayed Al/SiC coating
RU2767970C1 (ru) Способ нанесения защитного покрытия на металлический кокиль для литья медных сплавов
RU2784931C1 (ru) Способ нанесения защитного покрытия на металлическую форму для литья алюминиевых сплавов
JP5531178B2 (ja) 鋳造金型表面用保護膜