RU2532738C1 - Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей - Google Patents
Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2532738C1 RU2532738C1 RU2013143475/02A RU2013143475A RU2532738C1 RU 2532738 C1 RU2532738 C1 RU 2532738C1 RU 2013143475/02 A RU2013143475/02 A RU 2013143475/02A RU 2013143475 A RU2013143475 A RU 2013143475A RU 2532738 C1 RU2532738 C1 RU 2532738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- parts
- self
- coating
- fluxing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии восстановления изношенных поверхностей стальных деталей на основе самофлюсующихся сплавов, обладающих высоким сопротивлением абразивному изнашиванию, стойкости против коррозии и окисления в сочетании с отличными антифрикционными свойствами в широком интервале температур, работающих в условиях агрессивной среды и интенсивного изнашивания. В способе осуществляют газопламенное напыление износостойкого слоя с применением механической смеси из мультикомпонентного самофлюсующегося порошкового сплава и порошкового карбида вольфрама в количестве 38-43% от мультикомпонентного самофлюсующегося порошкового сплава, оплавление поверхности покрытия проводят при температуре 1150-1180°C, далее осуществляют выдержку деталей в термоконтейнере после остывания до температуры 500°C и двухступенчатую термообработку, включающую закалку деталей с температуры 830-860°C с охлаждением в индустриальном масле до температуры 650-720°C и выдержку до температуры естественного остывания, после чего осуществляют механическую обработку нанесенного покрытия до номинального размера детали, при этом мультикомпонентный самофлюсующийся порошковый сплав включает кремний, железо, углерод, бор, хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: кремний 2,4-3,4, железо 3,0-7,0, углерод 0,3-0,6, бор 1,7-2,5, хром 8,0-14,0, никель остальное. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства восстанавливаемых деталей и исключить возникновение трещин в покрытии при закалке, например, плунжеров насосов высокого давления бурового оборудования нефтяной промышленности.
Description
Изобретение относится к технологии восстановления изношенных поверхностей стальных деталей на основе самофлюсующихся сплавов, обладающих высоким сопротивлением абразивному изнашиванию, стойкости против коррозии и окисления в сочетании с отличными антифрикционными свойствами в широком интервале температур, работающих в условиях агрессивной среды и интенсивного изнашивания.
Известен способ восстановления деталей, при котором на изношенную часть детали устанавливают и закрепляют сваркой предварительно сформированную оболочку, внешнюю часть которой формируют по конфигурации неизношенной части детали, а внутреннюю поверхность - по конфигурации подготовленной к наплавке изношенной части детали, при этом для повышения качества и упрощения технологии оболочку выполняют составной и разной формы в зависимости от формы детали (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №789253, кл. B23K 9/04, 1979).
Однако применение такого способа требует больших трудозатрат по подготовке сформированной оболочки, при этом значительно усложняется технология восстановления наплавкой, а в ряде случаев способ практически не удается применить, особенно при восстановлении неравномерного износа на больших площадях по сечению и периметру.
Известен также способ наплавки деталей, используемый для восстановления режущих инструментов, при котором используют формирующее устройство большой теплопроводности в виде съемного медного водоохлаждаемого шаблона-кристаллизатора с внутренним отверстием, имеющим конфигурацию рабочей части наплавленного изделия (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1776511, кл. B23K 9/04, 1992).
Недостатком известного способа является то, что он практически не предназначен для наплавки поверхностей больших размеров с неравномерным износом.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому эффекту является выбранный в качестве прототипа способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, работающих в условиях агрессивной среды, при котором осуществляют механическую обработку изношенной поверхности, нагрев, дробеструйную активацию, нанесение покрытия посредством газопламенного напыления с последующим оплавлением поверхности покрытия и его механическую обработку (см., например, описание изобретения к патенту РФ №2385211, кл. B23P 6/00, опубл. 27.03.2010).
Существенным недостатком этого способа является разупрочнение металла основы на участках, прилегающих к оплавленному покрытию, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках деталей и ограничивает применение способа для деталей и узлов, работающих при предельных нагрузках.
Технический результат, на решение которого направлено изобретение, состоит в повышении качества восстановления изношенных поверхностей стальных деталей за счет получения износостойкого и коррозионно-стойкого покрытия, повышения физико-механических свойств восстановленных деталей, работающих в условиях агрессивной среды, и исключения возникновения трещин в покрытии при закалке, например, плунжеров насосов высокого давления бурового оборудования нефтяной промышленности, изготовленных из стали 40ХН2МА.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, работающих в условиях агрессивной среды, при котором осуществляют механическую обработку изношенной поверхности, нагрев, дробеструйную активацию, нанесение покрытия посредством газопламенного напыления с последующим оплавлением поверхности покрытия и его механическую обработку, газопламенное напыление износостойкого слоя осуществляют с применением механической смеси из мультикомпонентного самофлюсующегося порошкового сплава и порошкового карбида вольфрама в количестве 38-43% от мультикомпонентного самофлюсующегося порошкового сплава, оплавление поверхности покрытия проводят при температуре 1150-1180°C, далее для исключения возникновения трещин в покрытии и в материале основы осуществляют выдержку деталей в термоконтейнере до температуры 500°C и двухступенчатую термообработку, включающую закалку деталей до температуры 830-860°C с охлаждением в индустриальном масле до температуры 650-720°C и выдержку до температуры естественного остывания, после чего осуществляют механическую обработку нанесенного покрытия до номинального размера детали, при этом мультикомпонентный самофлюсующийся порошковый сплав включает кремний, железо, углерод, бор, хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
кремний - 2,4-3,4;
железо - 3,0-7,0;
углерод - 0,3-0,6;
бор - 1,7-2,5;
хром - 8,0-14,0;
никель - остальное.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.
Предложенный способ является промышленно применимым существующими техническими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. он явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.
Отличительной особенностью технологического процесса восстановления плунжеров насосов высокого давления бурового оборудования нефтяной промышленности, изготовленных из стали 40ХН2МА, является обязательное проведение термической обработки заготовок по схеме «закалка+высокий отпуск» для получения высоких значений механических свойств с твердостью материала основы HRC 34-37. Для этого предложено использовать при нанесении на плунжер износостойкого покрытия механическую смесь, состоящую из мультикомпонентного самофлюсующегося порошкового сплава с твердостью HRC 40-42 и порошкового карбида вольфрама WC в количестве 38-43% от мультикомпонентного самофлюсующегося порошкового сплава. С одной стороны, применение самофлюсующегося материала с твердостью HRC 40-42 исключит возникновение трещин в оплавленном покрытии после проведения термической обработки «закалка+отпуск» для получения высоких механических свойств плунжера, а с другой стороны, введение в такой материал порошкового карбида вольфрама WC, обладающего высокой твердостью и износостойкостью, обеспечит получение покрытия, отвечающего требованиям длительной эксплуатации плунжера в агрессивной среде и экстремальных условиях коррозионно-механического изнашивания (абразив, присутствие сероводорода).
Покрытие из механической смеси самофлюсующегося порошкового сплава и карбида вольфрама наносили методом газопламенного напыления с последующим оплавлением на наружную поверхность заготовок плунжеров, изготовленных из стали марки 40ХН2МА, имеющей в исходном состоянии твердость 198-202 НВ. Диаметр рабочей поверхности плунжера составлял 110 мм, длина рабочей части плунжера - 700 мм, толщина стенки - 25 мм.
Предложенный способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, работающих в условиях агрессивной среды, осуществляют следующим образом.
Подготовка поверхности под напыление состояла из обезжиривания и струйно-абразивной обработки. Предварительный подогрев плунжеров перед напылением производили многофакельными пропано-кислородными горелками до температуры 100-120°C, которая контролировалась инфракрасным бесконтактным пирометром.
Для нанесения покрытия использовалась установка МРК-10 порошкового напыления. Режимы нанесения покрытия: скорость вращения - 80 об/мин; скорость перемещения горелки - 240 мм/мин; толщина покрытия после напыления составляла 1,4-1,5 мм.
Предельные значения компонентов самофлюсующегося порошкового сплава и порошкового карбида вольфрама было установлены в результате сравнительных испытаний.
Уменьшение содержания компонентов самофлюсующегося порошкового сплава ниже минимального значения приводит к снижению твердости и соответственно износостойкости, что недопустимо. Увеличение содержания компонентов самофлюсующегося порошкового сплава выше максимального значения ведет к образованию растрескивания покрытия в процессе термообработки (закалки и отпуска), что также не допустимо.
Содержание кремния менее заявленного низшего значения приводит к ухудшению процесса раскисления, соответственно, при увеличении содержания кремния выше верхнего значения наблюдается повышенная жидкотекучесть и охрупчивание наносимого покрытия.
Содержание железа менее заявленного низшего значения приводит к повышенному содержанию никеля в покрытии, что удорожает стоимость восстановления, соответственно, при увеличении содержания железа выше верхнего предельного параметра резко повышается температура плавления и стоимость ремонта.
Указанное содержание углерода является оптимальным для образования карбидных зерен хрома: при снижении содержания углерода менее заявленного нижнего предела образуется свободный хром, что нежелательно, соответственно, при увеличении содержания углерода выше верхнего заявленного значения имеет место охрупчивание поверхности покрытия.
Никель является компонентом, образующим матрицу сплава, оптимальное значение его обеспечивает необходимую и оптимальную температуру плавления (1150°-1180°C).
Бор выполняет функцию оптимального регулятора и стабилизатора технологического процесса: при содержании бора ниже нижней границы заявленного значения ухудшается технологический процесс, соответственно, содержание бора выше верхнего значения является экономически неоправданным и повышает стоимость восстановления деталей.
Хром также является регулятором и направлен на повышение износостойкости и прочности наносимого покрытия при восстановлении деталей: при содержании хрома ниже нижней границы заявленного значения резко увеличивается время нанесения покрытия с необходимыми технологическими свойствами, и, соответственно, при содержании хрома выше верхнего значения ухудшаются технологические и эксплуатационные свойства восстановленной детали, что также является экономически неоправданным и повышает стоимость восстановления деталей (высокое сопротивление к абразивному изнашиванию, антифрикционные свойства в широком интервале температур, усталостная прочность восстановленной детали и т.д.).
Заявленное содержание карбида вольфрама WC определяет производительность технологического процесса: содержание карбида вольфрама менее заявленного параметра ухудшает эксплуатационные свойства технологического процесса, соответственно, содержание карбида вольфрама выше верхнего заявленного значения резко повышает температуру нанесения покрытия с необходимыми технологическими свойствами, что трудно выполнимо и дорого.
Оплавление покрытия производилось двумя многофакельными пропано-кислородными горелками ГМС-3,5П на вращателе СУН-01 в автоматическом режиме. Температура покрытия, при которой происходило его оплавление, составляла 1150-1180°C.
После остывания плунжеров до 500°C их помещали в термоконтейнеры для исключения возникновения трещин в покрытии и в материале основы. После полного остывания плунжеров производили их визуальный осмотр на предмет отсутствия неоплавленных участков, трещин, сколов, пор. Никаких дефектов обнаружено не было.
Термическая обработка заготовок плунжеров с оплавленным покрытием выполнялась по следующим режимам: закалка с 830-860°C на индустриальное масло; отпуск с 650-720°C до температуры естественного остывания.
После проведения термической обработки твердость основы заготовки плунжера из стали 40ХН2МА составила 34-36 HRC и механические свойства соответствуют требованиям ГОСТ 4543-71 и требованиям технической документации на изготовление плунжеров.
Трещин в покрытии после проведения термической обработки обнаружено не было. После проведения механической обработки (шлифование+полирование) плунжера переданы в эксплуатацию.
Предлагаемый способ позволяет существенно повысить износостойкость восстановленного плунжера, а также увеличить уровень эксплуатационных характеристик и получить твердость наружной поверхности до HRC 34-37.
Таким образом, изобретение обеспечивает повышение усталостной прочности изношенных поверхностей стальных деталей и срок службы восстановленных деталей.
Использование изобретение обеспечивает повышение качества восстановления изношенных поверхностей стальных деталей за счет газопламенного напыления на основе износостойких самофлюсующихся порошковых сплавов с упрочнением наплавленной поверхности, а также повышение усталостной прочности изношенных поверхностей стальных деталей.
Claims (1)
- Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, работающих в условиях агрессивной среды, включающий механическую обработку изношенной поверхности, нагрев, дробеструйную активацию, нанесение покрытия посредством газопламенного напыления с последующим оплавлением поверхности покрытия и его механическую обработку, отличающийся тем, что газопламенное напыление износостойкого слоя осуществляют с применением механической смеси из мультикомпонентного самофлюсующегося порошкового сплава и порошкового карбида вольфрама в количестве 38-43% от мультикомпонентного самофлюсующегося порошкового сплава, оплавление поверхности покрытия проводят при температуре 1150-1180°C, далее осуществляют выдержку деталей в термоконтейнере после остывания до температуры 500°C и двухступенчатую термообработку, включающую закалку деталей с температуры 830-860°C с охлаждением в индустриальном масле до температуры 650-720°C и выдержку до температуры естественного остывания, после чего осуществляют механическую обработку нанесенного покрытия до номинального размера детали, при этом мультикомпонентный самофлюсующийся порошковый сплав включает кремний, железо, углерод, бор, хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
кремний 2,4-3,4 железо 3,0-7,0 углерод 0,3-0,6 бор 1,7-2,5 хром 8,0-14,0 никель остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013143475/02A RU2532738C1 (ru) | 2013-09-26 | 2013-09-26 | Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013143475/02A RU2532738C1 (ru) | 2013-09-26 | 2013-09-26 | Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2532738C1 true RU2532738C1 (ru) | 2014-11-10 |
Family
ID=53382469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013143475/02A RU2532738C1 (ru) | 2013-09-26 | 2013-09-26 | Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2532738C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644836C2 (ru) * | 2015-05-05 | 2018-02-14 | Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ") | Способ обработки ниппельной части резьбового соединения насосно-компрессорной трубы |
CN113664455A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-11-19 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 | 一种修复机床床身导轨磨损的方法 |
CN114332078A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-04-12 | 山东华硕汽车配件科技有限公司 | 一种汽车发动机金属磨损智能修复控制方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3254970A (en) * | 1960-11-22 | 1966-06-07 | Metco Inc | Flame spray clad powder composed of a refractory material and nickel or cobalt |
RU2103141C1 (ru) * | 1996-07-25 | 1998-01-27 | Закрытое акционерное общество "Царскосельский завод" | Способ восстановления изношенных деталей железнодорожной техники методом плазменно-порошковой наплавки |
US7093335B2 (en) * | 2000-07-18 | 2006-08-22 | General Electric Company | Coated article and method for repairing a coated surface |
RU2385211C2 (ru) * | 2008-04-29 | 2010-03-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Способ восстановления шеек стальных коленчатых валов |
-
2013
- 2013-09-26 RU RU2013143475/02A patent/RU2532738C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3254970A (en) * | 1960-11-22 | 1966-06-07 | Metco Inc | Flame spray clad powder composed of a refractory material and nickel or cobalt |
RU2103141C1 (ru) * | 1996-07-25 | 1998-01-27 | Закрытое акционерное общество "Царскосельский завод" | Способ восстановления изношенных деталей железнодорожной техники методом плазменно-порошковой наплавки |
US7093335B2 (en) * | 2000-07-18 | 2006-08-22 | General Electric Company | Coated article and method for repairing a coated surface |
RU2385211C2 (ru) * | 2008-04-29 | 2010-03-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Способ восстановления шеек стальных коленчатых валов |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644836C2 (ru) * | 2015-05-05 | 2018-02-14 | Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ") | Способ обработки ниппельной части резьбового соединения насосно-компрессорной трубы |
CN113664455A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-11-19 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 | 一种修复机床床身导轨磨损的方法 |
CN113664455B (zh) * | 2021-07-15 | 2023-10-20 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 | 一种修复机床床身导轨磨损的方法 |
CN114332078A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-04-12 | 山东华硕汽车配件科技有限公司 | 一种汽车发动机金属磨损智能修复控制方法 |
CN114332078B (zh) * | 2022-03-02 | 2022-06-10 | 山东华硕汽车配件科技有限公司 | 一种汽车发动机金属磨损智能修复控制方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102619477B (zh) | 一种耐磨耐蚀铁基合金激光熔覆石油钻杆接头 | |
US10086462B2 (en) | Hardfacing with low carbon steel electrode | |
US8828312B2 (en) | Dilution control in hardfacing severe service components | |
CN108707894B (zh) | 一种激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料及工艺方法 | |
CN101109083A (zh) | 发动机曲轴激光熔覆修复工艺 | |
CN104162676B (zh) | 一种压裂泵阀体、阀座真空熔覆表面强化方法 | |
CN102189316A (zh) | 不锈钢热轧输送辊埋弧焊堆焊修复方法 | |
CN109366090A (zh) | 重载万向轴辊端轴套的再制造修复工艺 | |
RU2532738C1 (ru) | Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей | |
CN110747458A (zh) | 热轧定宽压力机曲轴的修复方法 | |
CN107502889A (zh) | 一种精确激光熔覆镍基合金粉末的方法 | |
CN102825367A (zh) | 一种延长高强度金属壳体使用寿命的焊接方法 | |
CN113481459A (zh) | 一垃圾焚烧锅炉堆焊用mag焊机送丝轮磨损的修复方法 | |
CN108728785A (zh) | 一种镍铬硼硅铌合金耐磨涂层的制备方法 | |
RU2299115C1 (ru) | Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей | |
CN102453895B (zh) | 热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法 | |
CN103707022A (zh) | 一种用于锻模再制造的复合强化方法及其锻模和使用方法 | |
CN112795916A (zh) | 轧辊阶梯垫的激光熔覆合金粉末及激光熔覆方法 | |
CN113235087A (zh) | 一种用于锌锅辊轴套表面激光熔覆的工艺 | |
CN109112529A (zh) | 一种轧机下阶梯垫板的修复方法 | |
CN107937860A (zh) | 一种氩弧重熔Fe基耐磨层的制备方法 | |
CN108115351A (zh) | 一种扁头套内孔修复方法 | |
CN102321886A (zh) | 高耐磨喷焊拉丝机卷筒 | |
JPS6268665A (ja) | 連続鋳造用ロ−ラ | |
Hussein et al. | Preliminary study of on cladding process on grey cast iron substrate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150927 |