RU2205094C2 - Method for electron-beam surfacing - Google Patents
Method for electron-beam surfacing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2205094C2 RU2205094C2 RU2000107614/02A RU2000107614A RU2205094C2 RU 2205094 C2 RU2205094 C2 RU 2205094C2 RU 2000107614/02 A RU2000107614/02 A RU 2000107614/02A RU 2000107614 A RU2000107614 A RU 2000107614A RU 2205094 C2 RU2205094 C2 RU 2205094C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- surfacing
- electron beam
- titanium
- steel
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
- B23K35/327—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C comprising refractory compounds, e.g. carbides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам обработки порошковых материалов с применением процессов электронно-лучевой наплавки. Изобретение может быть использовано как для восстановления изношенных поверхностей различных изделий с целью защиты поверхности от различных видов воздействия (термических, химических, высоких нагрузок и иных), так и для улучшения физико-механических свойств изделий путем нанесения защитного электронно-лучевого покрытия. The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to methods for processing powder materials using electron beam welding processes. The invention can be used both to restore worn surfaces of various products in order to protect the surface from various types of exposure (thermal, chemical, high loads and others), and to improve the physicomechanical properties of products by applying a protective electron beam coating.
Известен способ формирования защитного покрытия (А.С. СССР 1676771, МКИ В 23 К 15/00). Сущность этого изобретения заключается в том, что на защищаемую поверхность металлической детали напыляют порошковый защитный материал интерметаллид Ni3Аl и затем оплавляют его электронным пучком в вакууме на глубину, не превышающую толщину этого слоя.A known method of forming a protective coating (AS USSR 1676771, MKI B 23 K 15/00). The essence of this invention lies in the fact that the protective surface of the metal part is sprayed with a powder protective material Ni 3 Al intermetallic and then melted with an electron beam in vacuum to a depth not exceeding the thickness of this layer.
Недостатком известного способа формирования защитного покрытия является то, что в процессе порошкового напыления происходит насыщение покрытия газом, а при последующем оплавлении электронным лучом в вакууме этот газ приводит к повышению пористости покрытия, что не способствует повышению физико-механических свойств наплавляемого изделия. A disadvantage of the known method of forming a protective coating is that in the process of powder spraying, the coating is saturated with gas, and with subsequent melting by an electron beam in vacuum, this gas leads to an increase in the porosity of the coating, which does not increase the physicomechanical properties of the deposited product.
Известен способ электронно-лучевой наплавки (Материалы XI Всесоюзной научно-технической конференции по электронно-лучевой сварке в г. Николаеве. - Л. : Судостроение, 1991, с.58-59), при котором создают на поверхности тела вращения зону оплавления с помощью электронного луча, развернутого в линию по образующей, подают порошковый материал в зону оплавления и придают обрабатываемому изделию вращательно-поступательное перемещение. A known method of electron-beam surfacing (Materials of the XI All-Union Scientific and Technical Conference on electron-beam welding in Nikolaev. - L.: Shipbuilding, 1991, p. 58-59), which create a fusion zone on the surface of the body of rotation using An electron beam, deployed in a line along the generatrix, feeds the powder material into the reflow zone and gives the workpiece a rotational-translational movement.
Недостатки указанного способа заключаются в нерациональном использовании порошкового материала и мощности электронного луча. При разворачивании электронного луча в одну линию вдоль участка образующей и подаче порошкового материала в зону оплавления происходит экранирование электронного луча от изделия, что приводит к снижению температуры зоны оплавления, неполному расплавлению порошкового материала, т.е. к потерям наплавляемого материала и мощности электронного луча. Кроме того, указанные недостатки известного способа не позволяют добиться полного переплава и равномерности наплавки, не увеличивая мощности электронного луча сверх меры, с точки зрения допустимых деформаций изделия за счет его чрезмерного нагрева, что в конечном итоге ограничивает технологические возможности способа и не способствует повышению физико-механических свойств наплавляемых изделий. The disadvantages of this method are the irrational use of powder material and the power of the electron beam. When the electron beam is deployed in one line along the generatrix and the powder material is supplied to the reflow zone, the electron beam is screened from the product, which leads to a decrease in the temperature of the reflow zone and incomplete melting of the powder material, i.e. to losses of the deposited material and the power of the electron beam. In addition, these disadvantages of the known method do not allow to achieve complete remelting and uniformity of surfacing, without increasing the power of the electron beam beyond measure, from the point of view of permissible deformation of the product due to its excessive heating, which ultimately limits the technological capabilities of the method and does not increase the physical mechanical properties of surfaced products.
Известны различные композиционные, тугоплавкие материалы для покрытий (А.С. СССР 617485, МКИ 22 С 29/00; А.С. СССР 1172152, МКИ B 22 F 9/16; патент РФ 2055936, МКИ С 23 С 4/04; патент РФ 2061784, МКИ С 23 С 4/10). Перечисленные выше материалы используют для получения износо-, жаростойких и других покрытий на изделиях способами, отличными от предлагаемого способа электронно-лучевой наплавки. Эти изделия не вполне удовлетворяют всевозрастающим требованиям к ним при их эксплуатации. Various composite, refractory coating materials are known (AS USSR 617485, MKI 22 C 29/00; AS USSR 1172152, MKI B 22 F 9/16; RF patent 2055936, MKI C 23 C 4/04; RF patent 2061784, MKI C 23 C 4/10). The above materials are used to obtain wear-resistant, heat-resistant and other coatings on products by methods other than the proposed method of electron beam welding. These products do not fully satisfy the ever-increasing requirements for them during their operation.
Известен патент РФ 2060297 С1, МКИ С 23 С 4 /04, С 22 С 29/00, 20.05.1996, в котором в качестве порошкового материала для нанесения износостойкого газотермического покрытия используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала, который позволяет сформировать покрытие, состоящее из тех частиц твердой фазы и связующего материала, из которого состоит композиционный материал. A known patent of the Russian Federation 2060297 C1, MKI C 23 C 4/04, C 22 C 29/00, 05/20/1996, in which the powder of a dispersion-hardened composite material is used as a powder material for applying a wear-resistant thermal coating, which allows the formation of a coating consisting from those particles of the solid phase and the binder material of which the composite material consists.
Однако известно, что плазменные покрытия отличаются повышенным содержанием активных газов. Растворенные газы могут покидать металлическую решетку только путем диффузии с образованием сферических пор. However, it is known that plasma coatings are characterized by a high content of active gases. Dissolved gases can leave the metal lattice only by diffusion with the formation of spherical pores.
С другой стороны, при плазменном нанесении покрытия из указанного композиционного материала на изделие не обеспечивается возможность очистки напыляемой поверхности изделия от растворенных газов. On the other hand, during plasma coating of the specified composite material on the product, it is not possible to clean the sprayed surface of the product from dissolved gases.
Недостатком известного порошкового материала является то, что при использовании в процессе плазменного напыления дисперсно-упрочненного композиционного материала не достигаются высокие физико-механические свойства плазменного покрытия из-за наличия растворенных газов в приповерхностном слое напыляемой поверхности изделия и в частицах порошка композиционного материала из-за четкой границы раздела поверхность изделия - напыленное покрытие и из-за пониженной плотности покрытия, и следовательно, плазменные покрытия из дисперсно-упрочненных композиционных материалов не могут служить в тяжелых условиях ударно-абразивного износа. A disadvantage of the known powder material is that when the dispersion-hardened composite material is used in the plasma spraying process, the high physical and mechanical properties of the plasma coating are not achieved due to the presence of dissolved gases in the surface layer of the sprayed surface of the product and in the powder particles of the composite material due to the clear interface the surface of the product is a sprayed coating and due to the reduced density of the coating, and therefore, plasma coatings from dispersion-resistant Composite materials cannot be used under severe conditions of impact-abrasive wear.
Известен способ плазменной наплавки порошкообразными материалами (патент США 4723586, МКИ B 22 D 23/00), который включает создание зоны оплавления на наплавляемом изделии при помощи плазмотрона и подачу наплавляемого порошкового материала в зону оплавления. A known method of plasma surfacing with powdered materials (US patent 4723586, MKI B 22 D 23/00), which includes the creation of a fusion zone on the fused product using a plasma torch and the filing of the fused powder material into the fusion zone.
Однако применение порошковых смесей в известном способе не позволяет получать наплавку с равномерно распределенными по объему металлической составляющей дисперсно-упрочняющих тугоплавких включениями с одинаковым фазовым составом в наплавленном слое из-за значительного объема жидкометаллической ванны, в которой в течение относительно продолжительного времени происходит взаимодействие дисперсно-упрочняющих включений с расплавленным металлом, значительно перегретым выше температуры его плавления. Кроме того, высокая скорость двухфазного потока и относительно большое пятно соударения наплавляемого порошкового материала с наплавляемым изделием приводит к значительным безвозвратным потерям наплавляемого порошкового материала. However, the use of powder mixtures in the known method does not allow surfacing with uniformly distributed throughout the metal component of the dispersion hardening refractory inclusions with the same phase composition in the deposited layer due to the significant volume of the liquid metal bath in which the dispersion hardening interacts for a relatively long time inclusions with molten metal, significantly superheated above its melting point. In addition, the high speed of the two-phase flow and the relatively large spot of collision of the deposited powder material with the deposited product leads to significant irretrievable losses of the deposited powder material.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ электронно-лучевой наплавки (патент РФ 2118243, МКИ В 23 К 15/00). В данном способе на поверхности наплавляемого изделия создают зону оплавления лучом с линейной разверткой в виде нескольких параллельных линий, наплавляемому изделию сообщают перемещение, а наплавляемый порошковый материал подают в зону оплавления первой линии развертки в направлении перемещения изделия. The closest in technical essence to the present invention is a method of electron beam surfacing (RF patent 2118243, MKI 23 23/15). In this method, a linear fusion zone with a linear sweep in the form of several parallel lines is created on the surface of the deposited product in the form of several parallel lines, the fused product is reported to move, and the deposited powder material is fed into the fusion zone of the first scan line in the direction of movement of the product.
Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает очищение поверхности изделия от окисных пленок и растворенных газов в приповерхностном слое изделия зоны оплавления, что не обеспечивает получение наплавляемых изделий с высокими физико-механическими свойствами. Использование промышленных порошков не удовлетворяет всевозрастающим требованиям к изделиям при их эксплуатации. A disadvantage of the known method is that it does not provide cleaning of the surface of the product from oxide films and dissolved gases in the surface layer of the product of the fusion zone, which does not provide a weldable product with high physical and mechanical properties. The use of industrial powders does not satisfy the ever-increasing requirements for products during their operation.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей способа электронно-лучевой наплавки и повышение физико-механических свойств наплавляемых изделий за счет взаимодействия с наплавляемой порошковой смесью в зоне оплавления, приводящей к экзотермической реакции между компонентами смеси и смешиванию с упрочняющей составляющей. The objective of the invention is to expand the technological capabilities of the method of electron beam welding and increase the physico-mechanical properties of the deposited products due to the interaction with the deposited powder mixture in the reflow zone, leading to an exothermic reaction between the components of the mixture and mixing with the hardening component.
Электронно-лучевая наплавка - процесс управляемый: изменяя режимы (мощность, количество проходов и т. д.), изменяя качественные и количественные соотношения компонентов наплавляемого материала, можно в широких пределах задавать состав и структуру наплавляемого слоя, что дает возможность получать изделия с наплавкой, отвечающие различным требованиям их эксплуатации, например, износостойкости, жаростойкости, дугостойкости и др. Electron beam surfacing is a controlled process: changing modes (power, number of passes, etc.), changing the qualitative and quantitative ratios of the components of the deposited material, it is possible to broadly set the composition and structure of the deposited layer, which makes it possible to obtain products with surfacing, meeting the various requirements of their operation, for example, wear resistance, heat resistance, arc resistance, etc.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе электронно-лучевой наплавки на поверхности металлического изделия создают зону оплавления электронным лучом с линейной разверткой в виде нескольких параллельных линий, наплавляемый материал подают в зону оплавления, а наплавляемому изделию сообщают перемещение. The problem is achieved in that in the proposed method of electron beam welding on the surface of a metal product create a fusion zone with an electron beam with a linear sweep in the form of several parallel lines, the deposited material is fed into the fusion zone, and the deposited product is reported to move.
Новым является то, что наплавляемую поверхность изделия предварительно очищают оплавлением электронным лучом без подачи наплавляемого материала, развертку электронного луча выполняют перпендикулярно направлению перемещения изделия, причем очистку и наплавку производят последовательно, а в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков, по крайней мере, один из компонентов которой выбран из групп неметаллических карбидов или нестехиометрических карбидов или нитридов переходных металлов IV-V групп Периодической системы с содержанием неметалла в них (0,35-0,75) моль или ферросплавов или карбидов переходных металлов IV-VI групп Периодической системы, или порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе смешанных тугоплавких соединений типа фаз внедрения переходных металлов IV-VI групп Периодической системы с 30-60 вес.% металлической связкой, по крайней мере, одна из которой выбрана из групп стали или чугуна или металлов I, VI, VIII групп Периодической системы. What is new is that the deposited surface of the product is preliminarily cleaned by electron beam fusion without supplying the deposited material, the scanning of the electron beam is perpendicular to the direction of movement of the product, moreover, cleaning and surfacing are carried out sequentially, and at least one of the thermosetting powders is used as the deposited material. the components of which are selected from the groups of nonmetallic carbides or non-stoichiometric carbides or nitrides of transition metals of groups IV-V of Perio a binder system with a non-metal content of (0.35-0.75) mol or ferroalloys or carbides of transition metals of groups IV-VI of the Periodic system, or a powder of a dispersion-strengthened composite material based on mixed refractory compounds such as phases of incorporation of transition metals IV-VI groups of the Periodic system with 30-60 wt.% a metal bond, at least one of which is selected from the groups of steel or cast iron or metals of groups I, VI, VIII of the Periodic system.
Поставленная задача достигается также тем, что при наплавке на изделие, выполненное из титанового сплава, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес.%:
Карбид бора - 10-70
Карбид титана - 10-70
Титан - Остальное
Кроме того, при наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес.%:
Борид железа, или борид никеля, или карбид бора, или сплав железо-хром-бор (FeCrB) - 10-90
Ферротитан или никелид титана или титан (FeTi или NiTi или Ti) - Остальное
При наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес.%:
Нестехиометрический нитрид титана - 0,1-43
Чугун - 0,1-94
Марганец, хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, кремний, азотированный феррохромом, азотированный феррованадий - Остальное
Кроме того, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес.%:
Никель - 10-90
Алюминий - 5-90
Карбид переходного материала IV-VI групп Периодической системы - Остальное
При наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес.%:
Карбид переходного металла IV-VI групп Периодической системы - 10-60
Сталь или чугун - Остальное
Кроме того, при наплавке на изделие, выполненное из стали, в качестве наплавляемого материала используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес.%:
Карбонитрид титана - 40-60
Быстрорежущая сталь - Остальное
Известные из уровня техники материалы используют для получения износо-, жаростойких и других покрытий на изделиях способами, отличными от предлагаемого способа электронно-лучевой наплавки. Эти изделия не вполне удовлетворяют всевозрастающим требованиям к ним при их эксплуатации.The task is also achieved by the fact that when surfacing on a product made of titanium alloy, a mixture of thermosetting powders of the following composition, wt.%: Is used as a deposited material.
Boron Carbide - 10-70
Titanium Carbide - 10-70
Titanium - Else
In addition, when surfacing on a product made of steel or cast iron, a mixture of thermosetting powders of the following composition, wt.%: Is used as a deposited material.
Iron boride, or nickel boride, or boron carbide, or an alloy of iron-chromium boron (FeCrB) - 10-90
Ferrotitanium or titanium nickelide or titanium (FeTi or NiTi or Ti) - Else
When surfacing on a product made of steel or cast iron, a mixture of thermosetting powders of the following composition, wt.%: Is used as the deposited material.
Non-stoichiometric titanium nitride - 0.1-43
Cast Iron - 0.1-94
Manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, tungsten, silicon, nitrided with ferrochrome, nitrided ferrovanadium - The rest
In addition, as the deposited material using a mixture of thermosetting powders of the following composition, wt.%:
Nickel - 10-90
Aluminum - 5-90
Carbide of Transition Material of Groups IV-VI of the Periodic System - Else
When surfacing on a product made of steel or cast iron, a dispersion-hardened composite material powder of the following composition is used as the deposited material, wt.%:
Carbide of transition metal of the IV-VI groups of the Periodic system - 10-60
Steel or Cast Iron - Else
In addition, when surfacing on a product made of steel, the dispersion-hardened composite material powder of the following composition is used as a deposited material, wt.%:
Titanium Carbonitride - 40-60
High Speed Steel - Else
Known from the prior art materials are used to obtain wear-resistant, heat-resistant and other coatings on products by methods other than the proposed method of electron beam welding. These products do not fully satisfy the ever-increasing requirements for them during their operation.
В предлагаемом способе в качестве наплавляемого материала используют смесь порошков, термически реагирующих под воздействием электронного луча, или порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала. Данные альтернативные признаки в совокупности с другими признаками изобретения обеспечивают получение одного и того же технического результата, а именно: расширение технологических возможностей предлагаемого способа и повышение физико-механических свойств наплавляемых изделий за счет взаимодействия с наплавляемой порошковой смесью в зоне оплавления, приводящей к экзотермической реакции между компонентами смеси и смешиванию с упрочняющей составляющей. In the proposed method, as a weldable material, a mixture of powders thermally reacting under the influence of an electron beam or a powder of a dispersion-hardened composite material is used. These alternative features, in combination with other features of the invention, provide the same technical result, namely: expanding the technological capabilities of the proposed method and increasing the physicomechanical properties of the deposited products due to interaction with the deposited powder mixture in the reflow zone, leading to an exothermic reaction between components of the mixture and mixing with a reinforcing component.
Авторам неизвестно из источников информации использование способа электронно-лучевой наплавки в объеме предлагаемого изобретения. The authors do not know from sources of information the use of the electron beam welding method in the scope of the invention.
Заявленное техническое решение основано на использовании эффекта концентрации энергии электронного луча в микрообъеме жидкометаллической ванны наплавляемого изделия. Взаимодействие электронного луча в вакууме с наплавляемым изделием приводит к удалению растворенных газов и оксидной пленки с зоны оплавления, а взаимодействие с наплавляемой смесью порошков в зоне оплавления приводит к экзотермическому взаимодействию между ее компонентами и смешиванию с упрочняющей составляющей. The claimed technical solution is based on the use of the effect of the concentration of energy of the electron beam in the microvolume of the molten metal bath of the deposited product. The interaction of the electron beam in vacuum with the deposited product leads to the removal of dissolved gases and oxide film from the reflow zone, and the interaction with the deposited mixture of powders in the reflow zone leads to exothermic interaction between its components and mixing with the strengthening component.
Электронный луч, развернутый в линию перпендикулярно направлению перемещения изделия, повышает технологичность предлагаемого способа. The electron beam, deployed in a line perpendicular to the direction of movement of the product, improves the manufacturability of the proposed method.
Сканирование электронного луча по линиям развертки позволяет лучу многократно, с частотой 400 Гц, воздействовать на микрообъем жидкометаллической ванны до полного завершения процесса расплавления металлической составляющей подаваемого порошкового материала в зону оплавления и усреднения фазового состава микрообъема жидкометаллической ванны. Микрообъем расплава с тугоплавкой упрочняющей составляющей, выходя из области воздействия электронного луча вследствие перемещения зоны оплавления, кристаллизуется с высокой скоростью из-за значительного отвода тепла из микрообъема жидкометаллической ванны в объем наплавляемого изделия, а упрочняющая тугоплавкая составляющая, являясь одновременно центром кристаллизации, не успевает провзаимодействовать с расплавом. Данные обстоятельства обеспечивают мелкозернистую структуру наплавляемого слоя, т.е. повышают физико-механические свойства наплавляемого изделия и расширяют технологические возможности способа. Scanning the electron beam along the scanning lines allows the beam to repeatedly act, at a frequency of 400 Hz, on the microvolume of the liquid metal bath until the process of melting the metal component of the supplied powder material to the melting zone is complete and the phase composition of the microvolume of the liquid metal bath is averaged. The microvolume of the melt with the refractory hardening component, leaving the area of the electron beam due to the movement of the melting zone, crystallizes at high speed due to the significant heat removal from the microvolume of the liquid metal bath to the volume of the deposited product, and the hardening refractory component, which is also the center of crystallization, does not have time to interact with a melt. These circumstances provide a fine-grained structure of the deposited layer, i.e. increase the physical and mechanical properties of the deposited product and expand the technological capabilities of the method.
При использовании смеси порошков, термически реагирующих под воздействием электронного луча, выделяется дополнительное количество тепла в зоне оплавления за счет экзотермической реакции между компонентами смеси, что позволяет без увеличения мощности электронного луча обеспечить наплавку изделия с максимальным содержанием дисперсной тугоплавкой составляющей в наплавляемом слое с заданным фазовым составом. Используемые исходные смеси порошков, термически реагирующих под воздействием электронного луча, не являются дисперсно-упрочненными порошками, а представляют собой обычную механическую смесь разного сорта порошков. Для обеспечения возможности образования наплавленного слоя из дисперсно-упрочненного композиционного материала на наплавляемом изделии необходимо использовать смесь порошков, термически реагирующих под воздействием электронного луча, в указанном соотношении, при котором в процессе электронно-лучевой наплавки обеспечивается синтез дисперсно-упрочняющей составляющей или синтез связки композиционного материала. Все это также обеспечивает достижение технического результата заявленного технического решения, т. е. расширение технологических возможностей способа и повышение физико-механических свойств наплавляемого изделия. When using a mixture of powders thermally reacting under the influence of an electron beam, an additional amount of heat is generated in the melting zone due to an exothermic reaction between the components of the mixture, which allows without increasing the electron beam power to ensure surfacing of the product with a maximum content of dispersed refractory component in the deposited layer with a given phase composition . The used initial mixtures of powders thermally reacting under the influence of an electron beam are not dispersion-hardened powders, but are an ordinary mechanical mixture of different types of powders. To enable the formation of a deposited layer from a dispersion-hardened composite material on the deposited product, it is necessary to use a mixture of powders that thermally react under the influence of an electron beam in the indicated ratio, in which the dispersion-hardening component synthesis or a binder synthesis of the composite material is provided during the electron beam welding process . All this also ensures the achievement of the technical result of the claimed technical solution, i.e., expanding the technological capabilities of the method and increasing the physicomechanical properties of the deposited product.
При использовании в качестве наплавляемого материала порошка дисперсно-упрочненного композиционного материала, представляющего собой равномерно распределенные дисперсные частицы тугоплавкого соединения в металлической матрице одинакового фазового состава, обеспечивается возможность относительно большой скоростью усреднить фазовый состав микрообъема жидкометаллической ванны за счет высокой скорости диффузионных процессов между одинаковыми металлическими фазами каждой частицы наплавляемого порошка. Кроме того, изготовление наплавляемых изделий из металлов, которые присутствуют в наплавляемом порошковом материале, обеспечивает наплавку без границы раздела между наплавляемым изделием и наплавляемым слоем. Данные обстоятельства способствуют достижению технического результата изобретения, а именно: расширение технологических возможностей способа и повышение физико-механических свойств наплавляемого изделия. When a dispersion-hardened composite material is used as a deposited material, which is uniformly distributed dispersed particles of a refractory compound in a metal matrix of the same phase composition, it is possible to average the phase composition of the microvolume of a liquid metal bath due to the high speed of diffusion processes between the same metal phases of each particles of the deposited powder. In addition, the manufacture of deposited metal products, which are present in the surfaced powder material, provides surfacing without an interface between the deposited product and the deposited layer. These circumstances contribute to the achievement of the technical result of the invention, namely: expanding the technological capabilities of the method and increasing the physico-mechanical properties of the deposited product.
Экспериментально установлено, что получение наплавляемых изделий с высокими физико-механическими свойствами невозможно, если содержание тугоплавкой дисперсно-упрочняющей составляющей в наплавляемом слое (связка на основе железа или железных сплавов) превышает 60 вес.%. Это связано с ограничениями технологических возможностей способа из-за того, что содержание металлической составляющей менее 40 вес.% не обеспечивают полного смачивания тугоплавких дисперсных включений в наплавляемом слое, а это не приводит к достижению поставленной задачи. It was experimentally established that obtaining surfaced products with high physical and mechanical properties is impossible if the content of the refractory dispersion-strengthening component in the deposited layer (a binder based on iron or iron alloys) exceeds 60 wt.%. This is due to limitations of the technological capabilities of the method due to the fact that the content of the metal component of less than 40 wt.% Does not provide complete wetting of the refractory dispersed inclusions in the deposited layer, and this does not lead to the achievement of the task.
Соотношение компонентов в наплавляемом порошковом материале выбирают с учетом получения наплавляемого изделия с высокими физико-механическими свойствами и условиями эксплуатации изделия. The ratio of components in the deposited powder material is selected taking into account the receipt of the deposited product with high physical and mechanical properties and operating conditions of the product.
При использовании термически реагирующей порошковой смеси, содержащей неметаллический карбид, например карбид бора, при следующем соотношении компонентов в смеси, вес.%:
Карбид бора - 10-70
Карбид титана - 10-70
Титан - Остальное
обеспечивается наплавка на изделие, изготовленное из титанового сплава с получением слоя следующего состава, вес.%:
Борид титана - 10-60
Карбид титана - 10-70
Титан - Остальное
Экспериментально установлено, что износостойкость титановых сплавов увеличивается с возрастанием содержания дисперсной упрочняющей фазы. При содержании последней менее 10% не обеспечивается существенного увеличения износостойкости титановых сплавов. Если содержание тугоплавкой дисперсно-упрочняющей составляющей в наплавляемом слое превышает 70 вес.%, то получение наплавляемого изделия с высокими физико-механическими свойствами невозможно из-за недостаточно полного смачивания тугоплавких дисперсных включений в наплавляемом слое. К достижению технического результата приводит содержание упрочняющей фазы в титановых сплавах в пределах от 10 до 70 вес.%.When using a thermally reactive powder mixture containing non-metallic carbide, for example boron carbide, in the following ratio of components in the mixture, wt.%:
Boron Carbide - 10-70
Titanium Carbide - 10-70
Titanium - Else
surfacing is provided on a product made of titanium alloy to obtain a layer of the following composition, wt.%:
Titanium Boride - 10-60
Titanium Carbide - 10-70
Titanium - Else
It was experimentally established that the wear resistance of titanium alloys increases with increasing content of dispersed hardening phase. When the content of the latter is less than 10%, a substantial increase in the wear resistance of titanium alloys is not provided. If the content of the refractory dispersion-strengthening component in the deposited layer exceeds 70 wt.%, Then obtaining a deposited product with high physical and mechanical properties is impossible due to insufficient wetting of the refractory dispersed inclusions in the deposited layer. To achieve a technical result leads to the content of the hardening phase in titanium alloys in the range from 10 to 70 wt.%.
При использовании смеси термореагирующих порошков, содержащей ферросплав, например, ферробор, ферротитан, сплав железо-хром-бор, при следующем соотношении компонентов в смеси, вес.%:
FeB (NiB, FeCrB, B4C) - 10-90
FeTi, (NiTi), Ti - Остальное
обеспечивается возможность получения изделий с наплавкой различных литых борсодержащих слоев. В зависимости от используемых компонентов смеси термореагирующих порошков могут быть представлены в следующем виде: FeB+Ti, FeB+FeTi, FeB+NiTi, FeCrB+Ti, FeCrB+FeTi, FeCrB+NiTi.When using a mixture of thermosetting powders containing a ferroalloy, for example, ferroboron, ferrotitanium, an alloy of iron-chromium-boron, in the following ratio of components in the mixture, wt.%:
FeB (NiB, FeCrB, B 4 C) - 10-90
FeTi, (NiTi), Ti - Else
it is possible to obtain products with surfacing of various cast boron-containing layers. Depending on the components used, mixtures of thermosetting powders can be represented as follows: FeB + Ti, FeB + FeTi, FeB + NiTi, FeCrB + Ti, FeCrB + FeTi, FeCrB + NiTi.
Содержание каждого компонента рассчитывается по уравнению химической реакции, например,
xFeB+yFeTi-->TiB2+Fe+Q, (1)
а при соотношении компонентов в смеси, вес.%:
Ферробор - 50
Ферротитан - Остальное
обеспечивается наплавка на изделие, изготовленное из стали или чугуна, с получением слоя следующего состава, вес.%:
Диборид титана - 33
Железо + титан - Остальное
Наплавка других слоев указанными смесями производится аналогично, используя уравнение (1).The content of each component is calculated by the equation of a chemical reaction, for example,
xFeB + yFeTi -> TiB 2 + Fe + Q, (1)
and when the ratio of components in the mixture, wt.%:
Ferroboron - 50
Ferrotitanium - Else
surfacing on a product made of steel or cast iron is provided to obtain a layer of the following composition, wt.%:
Titanium Diboride - 33
Iron + Titanium - Else
Surfacing of other layers with the indicated mixtures is carried out similarly using equation (1).
Увеличение количества борсодержащих компонентов в порошковой смеси приводит к формированию неравномерной структуры покрытия, содержащей наряду с TiB2 непрореагировавшие частицы FeB, Fе2В и Fe из-за пониженной жидкотекучести расплава. Уменьшение количества борсодержащих компонентов в порошковой смеси ниже указанного значения приводит к появлению в структуре наплавляемого покрытия эвтектических составляющих и низкобористых соединений, снижающих твердость и износостойкость.An increase in the amount of boron-containing components in the powder mixture leads to the formation of an uneven coating structure containing, along with TiB 2, unreacted particles of FeB, Fe 2 B and Fe due to the reduced fluidity of the melt. A decrease in the amount of boron-containing components in the powder mixture below the specified value leads to the appearance of eutectic components and low-boron compounds in the structure of the deposited coating, which reduce hardness and wear resistance.
При использовании смеси термореагирующих порошков, содержащей нестехиометрический нитрид или карбид переходного металла IV-V групп Периодической системы, например, нестехиометрический нитрид титана, с содержанием неметалла в нем 0,35-0,75 моль, обеспечивается возможность получения изделия с наплавкой дисперсно-упрочняющими включениями из карбонитрида титана. Содержание неметалла 0,35-0,75 моль в нестехиометрическом нитриде титана регламентируется условиями его получения, и соотношение других компонентов в смеси выбирается после расчета химической реакции по следующему уравнению, например:
TiN1-x+xC-->TiCxN1-x+Q, (2)
где х=0,35-0,75 моль.When using a mixture of thermosetting powders containing non-stoichiometric nitride or transition metal carbide of groups IV-V of the Periodic system, for example, non-stoichiometric titanium nitride, with a nonmetal content of 0.35-0.75 mol in it, it is possible to obtain a product with a dispersion-hardened inclusions overlay from titanium carbonitride. The non-metal content of 0.35-0.75 mol in non-stoichiometric titanium nitride is governed by the conditions for its preparation, and the ratio of other components in the mixture is selected after calculating the chemical reaction according to the following equation, for example:
TiN 1-x + xC -> TiC x N 1-x + Q, (2)
where x = 0.35-0.75 mol.
Углерод для реакции (2) берут из другого компонента смеси, например, чугуна по химической реакции:
[TiN0.5]+0.5С[чугун]-->[TiC0.5N0.5]+(Fесталь) (3)
Для получения определенного состава стальной связки в наплавляемом слое в исходную смесь вводят легирующие элементы, например марганец, хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, азотированный феррованадий, азотированный хром, кремний и др., часть легирующих элементов может вводиться в виде углеродосодержащих ферросплавов, например, феррохром с содержанием углерода 8-9 вес. %. Аналогично легируют с нестехиометрическим карбидом металла IV-V групп Периодической системы.Carbon for reaction (2) is taken from another component of the mixture, for example, cast iron by chemical reaction:
[TiN 0.5 ] + 0.5С [cast iron] -> [TiC 0.5 N 0.5 ] + (Fe steel ) (3)
To obtain a certain composition of the steel binder in the deposited layer, alloying elements are introduced into the initial mixture, for example manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, tungsten, nitrided ferrovanadium, nitrided chromium, silicon, etc., part of the alloying elements can be introduced in the form of carbon-containing ferroalloys, for example, ferrochrome with a carbon content of 8-9 weight. % They are similarly alloyed with non-stoichiometric metal carbide of groups IV-V of the Periodic system.
При использовании смеси с нестехиометрическим нитридом титана при следующем соотношении компонентов смеси, вес.%:
Нестехиометрический нитрид титана - 0,1-43,0
Чугун - 0,1-94,0
Марганец, хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, кремний, азотированный феррохром, азотированный феррованадий, углеродистый феррохром - Остальное
обеспечивается наплавка на изделие, изготовленное из стали или чугуна, с получением слоя следующего состава, вес.%:
Карбонитрид титана - 0,1-53,0
Сталь или чугун - Остальное
Верхнее содержание нестехиометрического нитрида титана в смеси определяется максимальным содержанием углерода в чугуне и углеродистом ферросплаве, а нижние - целесообразностью получения изделия с высокими физико-механическими свойствами.When using a mixture with non-stoichiometric titanium nitride in the following ratio of mixture components, wt.%:
Non-stoichiometric titanium nitride - 0.1-43.0
Cast Iron - 0.1-94.0
Manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, tungsten, silicon, nitrided ferrochrome, nitrided ferrovanadium, carbon ferrochrome - Else
surfacing on a product made of steel or cast iron is provided to obtain a layer of the following composition, wt.%:
Titanium Carbonitride - 0.1-53.0
Steel or Cast Iron - Else
The upper content of non-stoichiometric titanium nitride in the mixture is determined by the maximum carbon content in cast iron and carbon ferroalloy, and the lower ones - by the feasibility of obtaining products with high physical and mechanical properties.
При использовании в качестве наплавляемого материала смеси термореагирующих порошков следующего состава, вес.%:
Никель - 10-90
Алюминий - 5-90
Карбиды переходного металла IV-VI групп Периодической системы - Остальное
обеспечивается наплавка на изделие из стали с получением слоя следующего состава, вес.%:
Карбид переходного металла IV-VI групп Периодической системы - 10-70
Алюминид никеля - Остальное
Верхнее содержание карбида переходного металла в наплавляемом слое ограничивается технологическими возможностями способа, а нижние - целесообразностью получения изделия с высокими физико-механическими свойствами.When using as a deposited material a mixture of thermosetting powders of the following composition, wt.%:
Nickel - 10-90
Aluminum - 5-90
Carbides of transition metal of groups IV-VI of the Periodic System - Else
provides surfacing on a product of steel with obtaining a layer of the following composition, wt.%:
Carbide of transition metal of the IV-VI groups of the Periodic system - 10-70
Nickel Aluminide - Else
The upper content of transition metal carbide in the deposited layer is limited by the technological capabilities of the method, and the lower ones by the feasibility of obtaining products with high physical and mechanical properties.
При использовании для наплавки порошков дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе смешанных тугоплавких соединений типа фаз внедрения переходных металлов IV-VI групп Периодической системы: карбонитридов, оксинитридов, оксикарбидов, оксикарбонитридов, боронитридов, силиконитридов, с 30-60 вес.% металлической связкой, например, карбонитриды титана и быстрорежущей стали, обеспечивается возможность получения изделия с наплавкой из карбонитрида титана и быстрорежущей стали. А содержание металлической связки в материале регламентируется условием его получения. When using a dispersion-hardened composite material based on mixed refractory compounds such as phases of incorporation of transition metals of groups IV-VI of the Periodic system for carbon deposition: carbonitrides, oxynitrides, oxycarbides, hydroxycarbonitrides, boronitrides, silicone nitrides, with 30-60 wt.% Metal binder, for example titanium carbonitrides and high-speed steel, it is possible to obtain products with surfacing from titanium carbonitride and high-speed steel. And the content of the metal binder in the material is governed by the condition for its receipt.
При наплавке на изделие, выполненное из стали, в качестве наплавляемого материала используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес.%:
Карбид переходного металла IV-VI групп Периодической системы - 10-60
Сталь или чугун - Остальное
Экспериментально установлено, что, если содержание тугоплавкой составляющей в наплавляемом слое превышает 60 вес.%, то достижение высоких физико-механических свойств невозможно.When surfacing on a product made of steel, the dispersion-hardened composite material powder of the following composition is used as the deposited material, wt.%:
Carbide of transition metal of the IV-VI groups of the Periodic system - 10-60
Steel or Cast Iron - Else
It was experimentally established that if the content of the refractory component in the deposited layer exceeds 60 wt.%, Then the achievement of high physical and mechanical properties is impossible.
Так, при использовании порошка дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе карбонитрида титана состава TiC0.5N0.5 с (30-60) вес.% связкой из быстрорежущей стали обеспечивается наплавка на изделие из стали или чугуна с получением слоя следующего состава, вес.%:
Карбонитрид титана - 40-60
Быстрорежущая сталь - Остальное
Содержание связки в наплавляемом слое регламентируется условиями получения дисперсно-упрочненного композиционного материала.So, when using a powder of a dispersion-hardened composite material based on titanium carbonitride of composition TiC 0.5 N 0.5 s (30-60) wt.% By a binder of high-speed steel, surfacing on a product of steel or cast iron is provided to obtain a layer of the following composition, wt.%:
Titanium Carbonitride - 40-60
High Speed Steel - Else
The binder content in the deposited layer is governed by the conditions for obtaining a dispersion-hardened composite material.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. The proposed method is as follows.
Берут металлическое изделие, помещают его в вакуумную камеру установки электронно-лучевой наплавки, в качестве которой используют промышленную установку электронно-лучевой сварки типа ЭЛУ-5, дополнительно оборудованную порошковым дозатором и прибором развертки и управления лучом, в качестве которого используется стандартный генератор, обеспечивающий на одном выходе пилообразное, а на другом прямоугольное напряжение, подаваемые на катушку развертки луча. Амплитуда напряжений генератора устанавливается в пределах до 30 В и определяется материалом и формой упрочняемого изделия. Таким образом формируется линейная развертка электронного луча в виде параллельных линий. Затем приготовленную термореагирующую смесь загружают в бункер дозатора, который установлен внутри камеры, камеру вакуумируют до остаточного давления не выше 5•10-3 мм рт.ст. и включают электропитание электронной пушки, а также приборы развертки и управления лучом. Выполняют развертку сканирующего электронного луча перпендикулярно направлению движения зоны оплавления.They take a metal product, place it in a vacuum chamber of the electron-beam-surfacing installation, which is used as an ELU-5 industrial electron-beam welding plant, additionally equipped with a powder dispenser and a sweep and beam control device, which uses a standard generator that provides one output is sawtooth, and the other has a rectangular voltage applied to the beam sweep coil. The voltage amplitude of the generator is set up to 30 V and is determined by the material and shape of the hardened product. Thus, a linear scan of the electron beam is formed in the form of parallel lines. Then the prepared thermosetting mixture is loaded into the hopper of the dispenser, which is installed inside the chamber, the chamber is evacuated to a residual pressure of no higher than 5 • 10 -3 mm Hg. and include power to the electron gun, as well as sweep and beam control devices. Scan the scanning electron beam perpendicular to the direction of movement of the fusion zone.
Наплавляемому изделию сообщают перемещение с помощью устройства перемещения изделия установки ЭЛУ-5 и предварительно равномерно оплавляют поверхность изделия до образования жидкометаллической ванны на восстанавливаемой или упрочняемой поверхности изделия. The surfaced product is informed of the movement by means of the device moving device of the ELU-5 installation and the surface of the product is preliminarily uniformly melted until a liquid-metal bath forms on the restored or hardened surface of the product.
Приготовленную смесь порошков подают в определенном количестве с помощью дозатора в зону оплавления. Под воздействием сканирующего электронного луча в микрообъеме жидкометаллической ванны происходит экзотермическая реакция в смеси с образованием дисперсно-упрочненного композиционного материала. После наплавки изделия установку отключают от электропитания, в вакуумную камеру напускают атмосферный воздух и выгружают из камеры наплавленное изделие. The prepared mixture of powders is fed in a certain amount using a batcher into the reflow zone. Under the influence of the scanning electron beam in the microvolume of the liquid metal bath, an exothermic reaction occurs in the mixture with the formation of a dispersion-strengthened composite material. After surfacing the product, the installation is disconnected from the power supply, atmospheric air is let into the vacuum chamber and the deposited product is unloaded from the chamber.
Пример 1. Example 1
В качестве наплавляемого материала берут смесь термореагирующих порошков, один из компонентов которых выбран из группы неметаллических карбидов, а другой из группы карбидов переходных металлов следующего состава, вес.%:
Карбид бора - 20
Карбид титана - 15
Титан - Остальное
Наплавляют на изделие из титанового сплава марки ВТ8. Под воздействием сканирующего электронного луча в микрообъеме жидкометаллической ванны происходит экзотермическая реакция в смеси с образованием дисперсно-упрочненного композиционного материала. По результатам химического, рентгенофазового и металлографического анализов наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес.%:
Диборид титана - 15
Карбид титана - 15
Титан - Остальное, HRC 55.A mixture of thermosetting powders is taken as the deposited material, one of the components of which is selected from the group of non-metallic carbides, and the other from the group of transition metal carbides of the following composition, wt.%:
Boron Carbide - 20
Titanium Carbide - 15
Titanium - Else
They are melted onto a VT8 titanium alloy product. Under the influence of the scanning electron beam in the microvolume of the liquid metal bath, an exothermic reaction occurs in the mixture with the formation of a dispersion-strengthened composite material. According to the results of chemical, x-ray phase and metallographic analyzes, the deposited layer is a dispersion-strengthened composite material of the following composition, wt.%:
Titanium Diboride - 15
Titanium Carbide - 15
Titanium - Else, HRC 55.
Изделие с произведенной наплавкой может эксплуатироваться в условиях газо-абразивного и кавитационного износа. The surfaced product can be operated under conditions of gas-abrasive and cavitation wear.
Пример 2. Example 2
В качестве наплавляемого материала берут смесь термореагирующих порошков, один из компонентов которых выбран из группы ферросплавов следующего состава, вес.%:
Ферробор (марки ФБ20) - 59
Ферротитан (марки ФТи 65) - 41
Наплавляют на изделие из стали 3. Под воздействием сканирующего электронного луча в микрообъеме жидкометаллической ванны происходит экзотермическая реакция в смеси с образованием дисперсно-упрочненного композиционного материала. По результатам химического, рентгенофазового и металлографического анализов наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес.%:
Диборид титана - 38
Железо - Остальное
Изделие с данным покрытием может работать в условиях ударно-абразивного износа.As the deposited material, take a mixture of thermosetting powders, one of the components of which is selected from the group of ferroalloys of the following composition, wt.%:
Ferroboron (FB20 brands) - 59
Ferrotitanium (grade ФТи 65) - 41
Surfaced on a product of steel 3. Under the influence of a scanning electron beam in the microvolume of a liquid metal bath, an exothermic reaction occurs in the mixture with the formation of a dispersion-hardened composite material. According to the results of chemical, x-ray phase and metallographic analyzes, the deposited layer is a dispersion-strengthened composite material of the following composition, wt.%:
Titanium Diboride - 38
Iron - Else
A product with this coating can work in conditions of impact-abrasive wear.
Пример 3. Example 3
В качестве наплавляемого материала берут смесь термореагирующих порошков, один из компонентов которой выбран из группы нитридов переходных металлов следующего состава: 68,36 г чугунного порошка с химическим составом: С 3,5; Si 0,61; Mn 0,52; Cr 0,85; Ni 1,74; Р 0,17; S 0,045; Fe остальное; 16,54 г ферросплава с химическим составом: С 5; Si 5,5; Ni 3,98; Mn 2,19; Cr 51,8; Fe остальное; 15 г нестехиометрического нитрида титана состава TiN0.37; 65 г железного порошка, 1 г FeV (40% V), 1 г FeMo (60% Мо), все крупностью 50-200 мкм.A mixture of thermosetting powders is taken as the deposited material, one of the components of which is selected from the group of transition metal nitrides of the following composition: 68.36 g of cast iron powder with a chemical composition: C 3.5; Si 0.61; Mn 0.52; Cr 0.85; Ni 1.74; P 0.17; S 0.045; Fe the rest; 16.54 g of a ferroalloy with a chemical composition: C 5; Si 5.5; Ni 3.98; Mn 2.19; Cr 51.8; Fe the rest; 15 g of non-stoichiometric titanium nitride of the composition TiN 0.37 ; 65 g of iron powder, 1 g of FeV (40% V), 1 g of FeMo (60% Mo), all with a particle size of 50-200 microns.
В результате электронно-лучевой наплавки на изделие из стали 3, проведенной по вышеописанному способу, получают наплавленный слой, который затем исследуют при помощи химического, рентгенофазового и металлографического анализов. По результатам исследования наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес.%: карбонитрид титана состава: TiC0.63N0.37 и стальная связка (матрица) состава: С 0,3; Сr 3,4; Si 0,49; Ni 0,68; V 0,3; Мо 0,4; Mn 0.26; S 0,01; Р 0,032; Fe - остальное. HRC - 52. Изделие с произведенной наплавкой может эксплуатироваться в условиях ударно-абразивного износа.As a result of electron-beam surfacing on a steel product 3, carried out by the above method, a deposited layer is obtained, which is then examined using chemical, x-ray phase and metallographic analyzes. According to the results of the study, the deposited layer is a dispersion-hardened composite material of the following composition, wt.%: Titanium carbonitride composition: TiC 0.63 N 0.37 and steel binder (matrix) composition: C 0.3; Cr 3.4; Si 0.49; Ni 0.68; V 0.3; Mo 0.4; Mn 0.26; S 0.01; P 0.032; Fe is the rest. HRC - 52. The product with the produced surfacing can be operated in conditions of impact-abrasive wear.
Пример 4. Example 4
В качестве наплавляемого материала берут смесь термореагирующих порошков, один из компонентов которой выбран из карбидов переходных металлов при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Никель - 45
Алюминий - 5
Карбид вольфрама - Остальное
Наплавляют на изделие из стали 20Х13. По результатам химического, рентгенофазового и металлографического анализов наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес. %:
Ni3Аl - 50
WC - Остальное, HRC 55
Изделие с произведенной наплавкой может эксплуатироваться в условиях газоабразивного и кавитационного износа. Покрытие может использоваться как термобарьерное и жаропрочное.A mixture of thermosetting powders is taken as the deposited material, one of the components of which is selected from carbides of transition metals in the following ratio of components, wt.%:
Nickel - 45
Aluminum - 5
Tungsten Carbide - Else
Surfaced on a product of steel 20X13. According to the results of chemical, x-ray phase and metallographic analyzes, the deposited layer is a dispersion-strengthened composite material of the following composition, weight. %:
Ni 3 Al - 50
WC - Other, HRC 55
The product with the overlay can be used in conditions of gas-abrasive and cavitation wear. The coating can be used as thermal barrier and heat resistant.
Пример 5. Example 5
В качестве наплавляемого материала берут порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес.%:
Карбид титана - 35
Быстрорежущая сталь (марки Р6М5) - Остальное
Наплавляют на изделие из стали 3. По результатам химического, рентгенофазового и металлографического анализов наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес. %:
Карбид титана - 35
Быстрорежущая сталь (марки Р6М5) - Остальное
Пример 6.As the deposited material, a powder of a dispersion-hardened composite material of the following composition is taken, wt.%:
Titanium Carbide - 35
High Speed Steel (P6M5 Grades) - Else
Surfaced on a product of steel 3. According to the results of chemical, x-ray phase and metallographic analyzes, the deposited layer is a dispersion-strengthened composite material of the following composition, weight. %:
Titanium Carbide - 35
High Speed Steel (P6M5 Grades) - Else
Example 6
В качестве наплавляемого материала берут порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес.%:
Карбонитрид титана состава TiC0.5N0.5 - 50
Быстрорежущая сталь - Остальное
Наплавляют на изделие из стали 45 и по результатам химического, рентгенофазового и металлографического анализов наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес. %:
Карбонитрид титана состава TiC0.5N0.5 - 50
Быстрорежущая сталь - 50 с HRC 72
Изделие может подвергаться термической обработке. Оно может эксплуатироваться в инструментах для резания металлов, валиков прокатки, горячего металла, породоразрушающего инструмента. Другие изделия с наплавкой из дисперсно-упрочненного композиционного материала, в частности оксинитрид титана или циркония, с медной или никелевой связкой, используемые в качестве наплавляемого материала, могут эксплуатироваться как декоративные или как кристаллизаторы для непрерывного литья заготовок.As the deposited material, a powder of a dispersion-hardened composite material of the following composition is taken, wt.%:
Titanium Carbonitride Composition TiC 0.5 N 0.5 - 50
High Speed Steel - Else
Surfaced on a product of steel 45 and according to the results of chemical, x-ray phase and metallographic analyzes, the deposited layer is a dispersion-strengthened composite material of the following composition, weight. %:
Titanium Carbonitride Composition TiC 0.5 N 0.5 - 50
High Speed Steel - 50 with HRC 72
The product may be heat treated. It can be used in tools for cutting metals, rolling rollers, hot metal, rock cutting tools. Other products with a dispersion-hardened composite material surfacing, in particular titanium or zirconium oxy nitride, with a copper or nickel binder, used as a deposited material, can be used as decorative or as molds for continuous casting of workpieces.
Таким образом, предлагаемый способ электронно-лучевой наплавки позволяет расширить технологические возможности способа и повысить физико-механические свойства наплавляемых изделий. Thus, the proposed method of electron beam welding allows you to expand the technological capabilities of the method and increase the physico-mechanical properties of the deposited products.
Claims (2)
Карбид бора - 10-70
Карбид титана - 10-70
Титан - Остальное
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес. %:
Борид железа, или борид никеля, или карбид бора, или сплав железо-хром-бор (FeCrB) - 10-90
Ферротитан, или никелид титана, или титан (Fe Ti, или NiTi, или Ti) - Остальное
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес. %:
Нестехиометрический нитрид титана - 0,1-43
Чугун - 0,1-94
Марганец, хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, кремний, азотированный феррохромом, азотированный феррованадий - Остальное
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес. %:
Никель - 10-90
Алюминий - 5-90
Карбид переходного материала IV-VI групп Периодической системы - Остальное
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес. %:
Карбид переходного металла IV-VI групп Периодической системы - 10-60
Сталь или чугун - Остальное
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке на изделие, выполненное из стали, в качестве наплавляемого материала используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес. %:
Карбонитрид титана - 40-60
Быстрорежущая сталь - Остальное2. The method according to p. 1, characterized in that when surfacing on a product made of titanium alloy, a mixture of thermosetting powders of the following composition, weight, is used as the deposited material. %:
Boron Carbide - 10-70
Titanium Carbide - 10-70
Titanium - Else
3. The method according to p. 1, characterized in that when surfacing on a product made of steel or cast iron, a mixture of thermosetting powders of the following composition is used as the deposited material, weight. %:
Iron boride, or nickel boride, or boron carbide, or an alloy of iron-chromium boron (FeCrB) - 10-90
Ferrotitanium, or titanium nickelide, or titanium (Fe Ti, or NiTi, or Ti) - The rest
4. The method according to p. 1, characterized in that when surfacing on a product made of steel or cast iron, a mixture of thermosetting powders of the following composition is used as the deposited material, weight. %:
Non-stoichiometric titanium nitride - 0.1-43
Cast Iron - 0.1-94
Manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, tungsten, silicon, nitrided with ferrochrome, nitrided ferrovanadium - The rest
5. The method according to p. 1, characterized in that as the deposited material using a mixture of thermosetting powders of the following composition, weight. %:
Nickel - 10-90
Aluminum - 5-90
Carbide of Transition Material of Groups IV-VI of the Periodic System - Else
6. The method according to p. 1, characterized in that when surfacing on a product made of steel or cast iron, a dispersion-hardened composite material powder of the following composition is used as the deposited material, weight. %:
Carbide of transition metal of the IV-VI groups of the Periodic system - 10-60
Steel or Cast Iron - Else
7. The method according to p. 1, characterized in that when surfacing on a product made of steel, a dispersion-hardened composite material powder of the following composition is used as the deposited material, weight. %:
Titanium Carbonitride - 40-60
High Speed Steel - Else
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000107614/02A RU2205094C2 (en) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | Method for electron-beam surfacing |
| EA200200945A EA004576B1 (en) | 2000-03-30 | 2000-11-27 | Method for cathode-ray surfacing |
| PCT/RU2000/000486 WO2001072463A1 (en) | 2000-03-30 | 2000-11-27 | Method for cathode-ray surfacing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000107614/02A RU2205094C2 (en) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | Method for electron-beam surfacing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000107614A RU2000107614A (en) | 2001-11-27 |
| RU2205094C2 true RU2205094C2 (en) | 2003-05-27 |
Family
ID=20232497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000107614/02A RU2205094C2 (en) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | Method for electron-beam surfacing |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA004576B1 (en) |
| RU (1) | RU2205094C2 (en) |
| WO (1) | WO2001072463A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2637734C1 (en) * | 2016-12-29 | 2017-12-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Iron-based powder for plasma surfacing of parts of agricultural machined in compressed air medium |
| RU2735688C1 (en) * | 2020-05-27 | 2020-11-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method of forming coating on metal with electron-beam surfacing of ceramic powder |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2443800C1 (en) * | 2010-07-09 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | Formation method of corrosion-resistant coating on titanium items |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1107414A1 (en) * | 1983-04-01 | 1990-06-15 | Предприятие П/Я Ж-1287 | Method of cathode-ray building-up |
| SU1337219A1 (en) * | 1985-07-02 | 1987-09-15 | Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Building-up method |
| GB8910302D0 (en) * | 1989-05-05 | 1989-06-21 | Welding Inst | Bonding method |
| JPH09214140A (en) * | 1995-11-29 | 1997-08-15 | Toppan Printing Co Ltd | Multilayered printed wiring board and its manufacture |
| JPH09241822A (en) * | 1996-03-08 | 1997-09-16 | N D K Kako Center Kk | Method for hardening surface of aluminum material or alloy material thereof |
-
2000
- 2000-03-30 RU RU2000107614/02A patent/RU2205094C2/en not_active IP Right Cessation
- 2000-11-27 EA EA200200945A patent/EA004576B1/en not_active IP Right Cessation
- 2000-11-27 WO PCT/RU2000/000486 patent/WO2001072463A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Электронно-лучевая сварка. Материалы конференции, Москва, Дом научно-технической пропаганды им. Ф.Э.Дзержинского. - М., 1986, с. 111-114, рис.2. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2637734C1 (en) * | 2016-12-29 | 2017-12-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Iron-based powder for plasma surfacing of parts of agricultural machined in compressed air medium |
| RU2735688C1 (en) * | 2020-05-27 | 2020-11-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method of forming coating on metal with electron-beam surfacing of ceramic powder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA004576B1 (en) | 2004-06-24 |
| EA200200945A1 (en) | 2002-12-26 |
| WO2001072463A1 (en) | 2001-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tijo et al. | In-situ TiC-TiB2 coating on Ti-6Al-4V alloy by tungsten inert gas (TIG) cladding method: Part-I. Microstructure evolution | |
| Buytoz et al. | Dry sliding wear behavior of TIG welding clad WC composite coatings | |
| US9682531B2 (en) | Toughened and corrosion- and wear-resistant composite structures and fabrication methods thereof | |
| Deuis et al. | Metal-matrix composite coatings by PTA surfacing | |
| US4818307A (en) | Dispersion strengthened copper-base alloy | |
| Sharifitabar et al. | Microstructure and wear resistance of in-situ TiC–Al2O3 particles reinforced Fe-based coatings produced by gas tungsten arc cladding | |
| Wang et al. | Fabricating TiC particles reinforced Fe-based composite coatings produced by GTAW multi-layers melting process | |
| US9108276B2 (en) | Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications | |
| US9982332B2 (en) | Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications | |
| CA3108090C (en) | Process and composition for formation of hybrid aluminum composite coating | |
| US5966585A (en) | Titanium carbide/tungsten boride coatings | |
| JP2018135585A (en) | Metal member and method for manufacturing clad layer | |
| Yamaguchi et al. | Porosity reduction in WC-12Co laser cladding by aluminum addition | |
| EP1077272A1 (en) | Titanium carbide/tungsten boride coatings | |
| RU2205094C2 (en) | Method for electron-beam surfacing | |
| Sharifitabar et al. | Fabrication of Fe–TiC–Al 2 O 3 composites on the surface of steel using a TiO 2–Al–C–Fe combustion reaction induced by gas tungsten arc cladding | |
| WO2014105239A1 (en) | Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications | |
| Biswas et al. | A review on TIG cladding of engineering material for improving their surface property | |
| US10828865B1 (en) | Toughened and corrosion- and wear-resistant composite structures and fabrication methods thereof | |
| Kilinc et al. | Characterization of Fe-Nb-B base hardfacing of steel | |
| RU2819010C1 (en) | Method of alloying surface of articles made from titanium or alloys on its basis with formation of boride components of chromium and titanium by laser processing | |
| EP0212435A2 (en) | A process for preparing hard, wear and/or corrosion resistant metallic alloys, as well as metallic alloys produced thereby | |
| RU2752403C1 (en) | Method for producing durable composite coating on metal parts | |
| Banai et al. | Effect of composite coating using TIG cladding process: A review | |
| Emamian et al. | Study on laser parameters effect on morphology of in-situ F e-TiC particles deposition on mild steel using laser cladding process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050331 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080610 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150331 |