RU2580584C1 - Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов - Google Patents

Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов Download PDF

Info

Publication number
RU2580584C1
RU2580584C1 RU2014139777/02A RU2014139777A RU2580584C1 RU 2580584 C1 RU2580584 C1 RU 2580584C1 RU 2014139777/02 A RU2014139777/02 A RU 2014139777/02A RU 2014139777 A RU2014139777 A RU 2014139777A RU 2580584 C1 RU2580584 C1 RU 2580584C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amorphous boron
titanium
mass
alloying
composition
Prior art date
Application number
RU2014139777/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Павел Георгиевич Овчаренко
Андрей Юрьевич Лещев
Вячеслав Борисович Дементьев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2014139777/02A priority Critical patent/RU2580584C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2580584C1 publication Critical patent/RU2580584C1/ru

Links

Landscapes

  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на поверхность модели из пенополистирола легирующей композиции, которую готовят путем смешивания сухой порошкообразной смеси, содержащей титан и аморфный бор, с отношением массы титана к массе аморфного бора от 0,42 до 9,00, с клеевым связующим. Содержание компонентов составляет, мас.%: сухая порошкообразная смесь титана и аморфного бора 95÷10%, клеевое связующее 5÷90%. Входящие в легирующую композицию материалы обеспечивают протекание СВС-реакции при формообразовании отливки, что позволяет получать легированный слой высокой твердости, заданной толщины и состава на отливках из железоуглеродистых сплавов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 пр.

Description

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способам получения отливок методом литья по газифицируемым моделям.
Из уровня техники известен способ получения отливок литьем по газифицируемым моделям, при котором противопригарное покрытие наряду с огнеупорным наполнителем дополнительно содержит легирующие элементы (порошковый кремний) для улучшения обрабатываемости отливок (А.с. СССР №697244, В22С 3/00, опубл. 15.11.1979, бюл. №42).
Недостатком данного способа является сложность в обеспечении равномерного распределения легирующих элементов и, как следствие, затруднение диффузии легирующих элементов в поверхностный слой отливок и сложность в получении равномерного легированного слоя на поверхности отливок.
Наиболее близким по технической сущности является способ модифицирования поверхности отливок (Патент РФ №2391177 С2, В22С 3/00, опубл. 10.06.2010), включающий нанесение на поверхность модели из пенополистирола модифицирующих и легирующих поверхность отливок элементов в виде пасты, краски или пудры с последующим нанесением противопригарного покрытия.
Недостатком данного способа является формирование легированного слоя на поверхности отливок за счет процессов растворения, диффузии и массопереноса легирующих элементов в поверхностном слое, что не позволяет формировать легированный слой значительной толщины и заданного состава, поскольку процессы диффузии и образования фаз в значительной степени зависят от состава заливаемого расплава и сродства элементов расплава к легирующим элементам.
Все это снижает универсальность способа.
Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу.
Повышение универсальности способа выражается в возможности формирования легированного слоя значительной толщины (до 20 мм) и заданного состава независимо от марки заливаемого железоуглеродистого сплава за счет протекания в данной легирующей композиции СВС-реакции (самораспространяющийся высокотемпературный синтез), которая обеспечивает, с одной стороны, формирование требуемого фазового состава, а с другой, - хорошую адгезию легированного слоя к заливаемому железоуглеродистому сплаву.
Способ осуществляется следующим образом.
Легирующую композицию, состоящую из смеси порошкообразных титана и аморфного бора, взятых в отношении массы титана к массе аморфного бора от 0,42 до 9,00, смешивают с клеевым связующим, содержание которого составляет от 5 до 90% (масс.) от массы сухой порошкообразной смеси титана и аморфного бора, после чего ее наносят на поверхность модели из пенополистирола. Отношение массы титана к массе аморфного бора, равное 0,42, позволяет применять легирующую композицию с содержанием титана в сухой порошкообразной смеси, равным 30% (масс.). Применение легирующей композиции с содержанием титана менее 30% (масс.) (при отношении массы титана к массе аморфного бора менее 0,42) не позволяет инициировать СВС-реакцию и, как следствие, получить легированный слой требуемой толщины и состава. Легирующая композиция, содержащая более 90% (масс.) титана в сухой порошкообразной смеси, вызывает его растворение в поверхностном слое отливки, затрудняет начало СВС-реакции и не обеспечивает получения качественного легированного слоя с заданным составом и толщиной. Для получения качественного легированного слоя способ предусматривает использование сухой порошкообразной смеси с отношением масс титана к аморфному бору, не превышающим 9,00 (в пересчете на процентное содержание титана в сухой смеси - не более 90% (масс.)). Количество клеевого связующего выбирается исходя из требуемой толщины легированного слоя и находится в пределах от 5 до 90% (масс.) от массы сухой порошкообразной смеси титана и аморфного бора. Применение легирующей композиции, содержащей менее 5% (масс.) клеевого связующего, не позволяет обеспечить хорошей адгезии легирующего покрытия к поверхности модели из пенополистирола, вызывая отслаивание легирующей композиции от поверхности модели. Применение легирующей композиции, содержащей более 90% (масс.) клеевого связующего, приводит к значительному газовыделению при изготовлении отливок и формированию неравномерного и пористого легированного слоя. Для предотвращения изменений параметров модели способ предусматривает применять при изготовлении легирующей композиции клеевые составы, не взаимодействующие, в том числе не растворяющие пенополистирол. Крупность легирующих порошкообразных материалов (титана и аморфного бора) лежит в пределах от 1 нм до 6 мм. Фракцию менее 1 нм технически сложно получить, а применение порошков с крупностью более 6 мм не позволяет инициировать СВС-реакцию в легирующей композиции. В зависимости от требований, предъявляемых к отливкам, способ предусматривает нанесение легирующей композиции на модель локально, тем самым обеспечивая формирование легированного слоя на требуемых участках поверхности отливок. Также способ допускает наносить легирующую композицию на поверхность модели переменным по толщине слоем. Максимальная толщина легирующей композиции, нанесенной на поверхность модели, не превышает 20 мм, поскольку слой толщиной свыше 20 мм формирует на поверхности отливок пористый и неоднородный легированный слой. Известно, что СВС-реакции сопровождаются выделением тепловой энергии и газов. Для предотвращения брака в отливках способ допускает не наносить поверх легирующей композиции противопригарного покрытия, тем самым обеспечивая выход газообразных продуктов в поры опорного материала, удерживающего модельные блоки при формообразовании отливок.
Для формирования легированного слоя, содержащего структурные составляющие на основе железа, а также расширения области применения способ предусматривает приготовление легирующей композиции путем смешивания сухой порошкообразной смеси, содержащей ферротитан, с содержанием титана не менее 60%, и аморфный бор, взятых в отношении массы ферротитана к массе аморфного бора от 0,66 до 9,00, с клеевым связующим, содержание которого находится в пределах от 5 до 90% (масс.) от массы сухой порошкообразной смеси. Применение ферротитана позволяет формировать в легированном слое отливок структурные составляющие на основе железа (карбиды, бориды железа). Использование ферротитана с содержанием титана менее 60% нецелесообразно, поскольку инициировать СВС-реакцию крайне затруднительно. Кроме того, ферротитан более доступен, лучше подвергается измельчению, по сравнению с титаном, что расширяет область применения данного способа для изготовления отливок.
После нанесения легирующей композиции на поверхность модели и ее сушки модели окрашивают противопригарным покрытием, после высыхания которого модель помещают в опоку, засыпают опорным материалом и заливают металлическим расплавом.
Примеры конкретного исполнения
Пример 1. Легирующую композицию готовили путем смешивания сухой порошкообразной смеси, содержащей титан и аморфный бор, с отношением массы титана к массе аморфного бора, равным 1,85 (65% (масс.) титана и 35% (масс.) аморфного бора в пересчете на сухую порошкообразную смесь) с клеевым связующим в следующем соотношении, мас.%:
Сухая порошкообразная смесь титана и аморфного бора
с отношением масс титана к аморфному бору 1,85 80
Клеевое связующее 20
Полученную композицию наносили на поверхность модели из пенополистирола слоем 6 и 10 мм. Модели заливали расплавом стали 40. Полученные отливки содержали легированный слой, толщиной соответствующей толщине легирующей композиции. Легированный слой обладает высокой твердостью 954÷1017 HV0,05 (68÷69 HRC), превосходящей твердость основного металла (290÷323 HV0,05 (29÷33 HRC)) за счет наличия в его составе борида титана (TiB2).
Пример 2. Легирующую композицию готовили путем смешивания сухой порошкообразной смеси, содержащей ферротитан (с содержанием титана 70% масс.) и аморфный бор с отношением массы ферротитана к массе аморфного бора, равным 2,3 (70% (масс.) ферротитана и 30% (масс.) аморфного бора в пересчете на сухую порошкообразную смесь) с клеевым связующим в следующем соотношении, мас.%:
Сухая порошкообразная смесь ферротитана и аморфного бора
с отношением масс ферротитана к аморфному бору 2,3 70
Клеевое связующее 30
Полученную композицию наносили на поверхность модели из пенополистирола слоем 8 и 15 мм. Модели заливали расплавом серого чугуна. Полученные отливки содержали легированный слой, толщиной, соответствующей толщине легирующей композиции. Легированный слой обладает высокой твердостью 714÷797 HV0,05 (61÷64 HRC), превосходящей твердость основного металла (239÷291 HV0,05 (21÷26 HRC)) за счет наличия в его составе борида титана (TiB2), а также боридов (Fe2B, FeB) и карбида (Fe3C) железа.

Claims (12)

1. Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов методом литья по газифицируемым моделям, включающий нанесение легирующей композиции на поверхность модели из пенополистирола, отличающийся тем, что легирующую композицию готовят путем смешивания сухой порошкообразной смеси титана и аморфного бора с отношением массы титана к массе аморфного бора от 0,42 до 9,00 с клеевым связующим в следующих соотношениях, мас.%:
Сухая порошкообразная смесь титана и аморфного бора с отношением массы титана к массе аморфного бора 0,42÷9,00 95÷10 Клеевое связующее 5÷90
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что крупность порошков титана и аморфного бора составляет от 1 нм до 6 мм.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве клеевого связующего используют составы, не взаимодействующие с пенополистиролом.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на газифицируемую модель локально на требуемые участки.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на газифицируемую модель слоем толщиной не более 20 мм.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на газифицируемую модель слоем переменной толщины.
7. Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов методом литья по газифицируемым моделям, включающий нанесение легирующей композиции на поверхность модели из пенополистирола, отличающийся тем, что легирующую композицию готовят путем смешивания сухой порошкообразной смеси ферротитана с содержанием титана не менее 60% и аморфного бора с отношением массы ферротитана к массе аморфного бора от 0,66 до 9,00 с клеевым связующим в следующих соотношениях, мас.%:
Сухая порошкообразная смесь ферротитана и аморфного бора с отношением масс ферротитана и аморфного бора 0,66÷9,00 95÷10 Клеевое связующее 5÷90
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что крупность порошков ферротитана и аморфного бора составляет от 1 нм до 6 мм.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве клеевого связующего используют составы, не взаимодействующие с пенополистиролом.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на газифицируемую модель локально на требуемые участки.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на газифицируемую модель слоем толщиной не более 20 мм.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на газифицируемую модель слоем переменной толщины.
RU2014139777/02A 2014-09-30 2014-09-30 Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов RU2580584C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014139777/02A RU2580584C1 (ru) 2014-09-30 2014-09-30 Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014139777/02A RU2580584C1 (ru) 2014-09-30 2014-09-30 Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2580584C1 true RU2580584C1 (ru) 2016-04-10

Family

ID=55794157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014139777/02A RU2580584C1 (ru) 2014-09-30 2014-09-30 Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2580584C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2735384C1 (ru) * 2020-01-09 2020-10-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов боридами хрома
RU2793662C1 (ru) * 2022-06-10 2023-04-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих борид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5273099A (en) * 1989-05-18 1993-12-28 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Composite aluminum member joining process
RU2240894C2 (ru) * 2002-10-21 2004-11-27 Караник Юрий Апполинарьевич Способ изготовления отливок
RU2391177C2 (ru) * 2008-01-24 2010-06-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" Способ модифицирования поверхности отливок
RU2473411C1 (ru) * 2011-08-02 2013-01-27 Павел Георгиевич Овчаренко Способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности заданной глубины литьем по газифицируемым моделям
RU2510304C2 (ru) * 2012-04-04 2014-03-27 Павел Георгиевич Овчаренко Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5273099A (en) * 1989-05-18 1993-12-28 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Composite aluminum member joining process
RU2240894C2 (ru) * 2002-10-21 2004-11-27 Караник Юрий Апполинарьевич Способ изготовления отливок
RU2391177C2 (ru) * 2008-01-24 2010-06-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" Способ модифицирования поверхности отливок
RU2473411C1 (ru) * 2011-08-02 2013-01-27 Павел Георгиевич Овчаренко Способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности заданной глубины литьем по газифицируемым моделям
RU2510304C2 (ru) * 2012-04-04 2014-03-27 Павел Георгиевич Овчаренко Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2735384C1 (ru) * 2020-01-09 2020-10-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов боридами хрома
RU2793662C1 (ru) * 2022-06-10 2023-04-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих борид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102274951B (zh) 一种铸件表面原位合成碳化钛基硬质合金涂层的方法
RU2427442C1 (ru) Способ введения модификаторов и легирующих добавок при литье по газифицируемым моделям
RU2581336C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
RU2391177C2 (ru) Способ модифицирования поверхности отливок
RU2612864C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
MX347082B (es) Una aleación patrón para producir partes de acero endurecidas sinterizadas y proceso para la producción de partes endurecidas sinterizadas.
Wang et al. Cast sinter technique for producing iron base surface composites
RU2400552C2 (ru) Способ получения пеноалюминия
Dudina et al. Structural and mechanical characterization of porous iron aluminide FeAl obtained by pressureless spark plasma sintering
RU2473411C1 (ru) Способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности заданной глубины литьем по газифицируемым моделям
RU2580584C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
RU2510304C2 (ru) Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок
DE502006002202D1 (de) R gasdurchlässigkeit
RU2612476C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
RU2735384C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов боридами хрома
RU2455103C2 (ru) Способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности на заданную глубину при литье по газифицируемым моделям, в частности, бурового и режущего инструмента
RU2658566C2 (ru) Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
RU2660446C2 (ru) Способ поверхностного легирования отливок из металлических сплавов на заданную глубину
CN102861870A (zh) 一种砂模及使用该砂模生产铸钢件的工艺
RU2514250C1 (ru) Способ получения композиционных отливок методом литья по газифицируемым моделям
Dave et al. Optimization of ceramic shell mold materials in investment casting
RU2475331C2 (ru) Способ легирования поверхности металлических изделий
RU2469813C1 (ru) Смесь для изготовления литейных форм и стержней и способ ее приготовления (варианты)
RU2675675C1 (ru) Способ модифицирования и легирования отливок при литье по газифицируемым моделям
RU2793662C1 (ru) Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих борид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171001