RU2649920C1 - Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate - Google Patents
Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2649920C1 RU2649920C1 RU2017110590A RU2017110590A RU2649920C1 RU 2649920 C1 RU2649920 C1 RU 2649920C1 RU 2017110590 A RU2017110590 A RU 2017110590A RU 2017110590 A RU2017110590 A RU 2017110590A RU 2649920 C1 RU2649920 C1 RU 2649920C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- plates
- heat
- steel
- steel plate
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 77
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 11
- CYUOWZRAOZFACA-UHFFFAOYSA-N aluminum iron Chemical compound [Al].[Fe] CYUOWZRAOZFACA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 86
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 7
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 description 4
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 3
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 102220504526 Dolichyl-diphosphooligosaccharide-protein glycosyltransferase subunit 4_V23K_mutation Human genes 0.000 description 1
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
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
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/06—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of high energy impulses, e.g. magnetic energy
- B23K20/08—Explosive welding
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ и может быть использовано при изготовлении деталей энергетических и химических установок, обладающих повышенной жаростойкостью.The invention relates to a technology for producing coatings on metals using the energy of explosives and can be used in the manufacture of parts of power and chemical plants with high heat resistance.
Известен способ, обеспечивающий одновременное получение за время одного технологического цикла износостойких покрытий на титановой и стальной пластинах. При реализации этого способа осуществляют сварку взрывом пластин титана и стали, а затем проводят высокотемпературную диффузионную термическую обработку сваренной заготовки для формирования на границах раздела металлов интерметаллидного слоя заданной толщины. Сварку взрывом пластины из титана со стальной пластиной осуществляют на режимах, обеспечивающих амплитуду волн в зоне соединения металлов равную 0,18-0,37 мм, при этом процесс ведут при скорости соударения свариваемых пластин равной 440-650 м/с и регламентированной скорости детонации взрывчатого вещества, затем сваренную заготовку нагревают до температуры 900-950°С и выдерживают при этой температуре в вакуумной печи 10-14 часов до образования в сформированной при сварке взрывом волнообразной зоне соединения титана и стали высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки толщиной 0,16-0,3 мм (160-300 мкм), после этого заготовку охлаждают вместе с печью, а затем нагревают до температуры 930-950°С, выдерживают при этой температуре 3-8 минут, а затем охлаждают в воде для отделения титана от стали по диффузионной прослойке с формированием при этом на титане и стали высокотвердых износостойких покрытий с регулярной волнообразной поверхностью. Полученные по этому способу покрытия обладают высокой износостойкостью (Патент РФ №2350442, МПК В23К 20/08 опубл. 27.03.2009, бюл. №9).A known method that provides simultaneous receipt during one technological cycle of wear-resistant coatings on titanium and steel plates. When implementing this method, explosion welding of titanium and steel plates is carried out, and then high-temperature diffusion heat treatment of the welded billet is carried out to form an intermetallic layer of a given thickness at the metal interfaces. Explosion welding of a titanium plate with a steel plate is carried out in modes that ensure the wave amplitude in the metal joining zone is 0.18-0.37 mm, while the process is carried out at a collision speed of the welded plates of 440-650 m / s and a regulated detonation velocity of the explosive substances, then the welded billet is heated to a temperature of 900-950 ° C and held at this temperature in a vacuum oven for 10-14 hours until a titanium-steel compound of high hardness is formed in the wave-shaped zone formed by explosion welding 0.16-0.3 mm thick (160-300 microns) thick ice diffusion layer, after which the preform is cooled together with the furnace, and then heated to a temperature of 930-950 ° C, kept at this temperature for 3-8 minutes, and then cooled in water to separate titanium from steel along a diffusion layer with the formation of high-hard wear-resistant coatings with a regular wavy surface on titanium and steel. The coatings obtained by this method have high wear resistance (RF Patent No. 2350442, IPC V23K 20/08 publ. 03/27/2009, bull. No. 9).
Достоинством этого способа является возможность одновременного получения покрытий на титановой и стальной пластинах, а к его недостаткам следует отнести малую жаростойкость получаемых по этому способу покрытий: допускаемая рабочая температура изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 600°С, что ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок.The advantage of this method is the ability to simultaneously obtain coatings on titanium and steel plates, and its disadvantages include the low heat resistance of the coatings obtained by this method: the permissible operating temperature of products with such coatings in oxidizing gas environments does not exceed 600 ° C, which limits the possibility of using this method in the manufacture of heat-resistant parts of energy and chemical plants.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения покрытия, при котором сваривают взрывом пакет из никелевой пластины толщиной 1-1,2 мм и стальной пластины, осуществляют горячую прокатку сваренного двухслойного пакета при температуре 900-950°С с обжатием до толщины никелевого слоя, составляющей 0,3-0,5 его исходной толщины. Сваривают взрывом эту биметаллическую заготовку и алюминиевую пластину при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 2000-2700 м/с. Высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочный зазор между метаемой алюминиевой пластиной и никелевым слоем неподвижной биметаллической заготовки выбирают из условия получения скорости их соударения в пределах 420-500 м/с. Термообработку сваренной трехслойной заготовки для образования сплошной интерметаллидной диффузионной прослойки между алюминием и никелем проводят при температуре 600-630°С в течение 1,5-7 ч с охлаждением на воздухе, приводящим к самопроизвольному разделению алюминия и никеля по интерметаллидной диффузионной прослойке. На поверхности стальной пластины получают жаростойкое покрытие из интерметаллидов системы алюминий-никель толщиной 0,045-0,065 мм (45-65 мкм) с малой амплитудой шероховатостей поверхности, имеющее пониженную склонность к образованию трещин при теплосменах, с рабочей температурой в окислительных газовых средах до 1000°С. (Патент РФ №2486999, МПК В23К 20/08, С23С 26/00, опубл. 10.07.13, бюл. №19 - прототип).The closest in technical level and the achieved result is a method for producing a coating in which a package of nickel plate 1-1.2 mm thick and a steel plate is welded by explosion, the welded two-layer package is hot rolled at a temperature of 900-950 ° C with compression to a nickel thickness layer component of 0.3-0.5 of its original thickness. Explosive weld this bimetallic billet and aluminum plate at a detonation velocity of the explosive charge of 2000-2700 m / s. The height of the explosive charge, as well as the welding gap between the throwable aluminum plate and the nickel layer of the fixed bimetallic billet, is selected from the condition of obtaining their collision speed in the range of 420-500 m / s. Heat treatment of a welded three-layer billet to form a continuous intermetallic diffusion layer between aluminum and nickel is carried out at a temperature of 600-630 ° C for 1.5-7 hours with cooling in air, which leads to spontaneous separation of aluminum and nickel along the intermetallic diffusion layer. On the surface of the steel plate, a heat-resistant coating is made of intermetallic compounds of the aluminum-nickel system with a thickness of 0.045-0.065 mm (45-65 μm) with a small amplitude of surface roughness, which has a reduced tendency to crack during heat exchange, with a working temperature in oxidizing gas environments of up to 1000 ° C . (RF patent No. 2486999, IPC В23К 20/08, С23С 26/00, publ. 07/10/13, bull. No. 19 - prototype).
Достоинством этого способа является возможность получения на стальной пластине жаростойкого покрытия из интерметаллидов системы алюминий - никель с рабочей температурой в окислительных газовых средах до 950-1000°С, а к его недостаткам следует отнести использование в его технологической схеме дорогостоящего никеля, дорогостоящей операции прокатки сваренной двухслойной заготовки, необходимость осуществления сварки взрывом металлических слоев в два этапа, что значительно увеличивает затраты на получение покрытия. Все это ограничивает применение данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок.The advantage of this method is the possibility of obtaining a heat-resistant coating of an aluminum-nickel intermetallic system on a steel plate with an operating temperature in oxidizing gas environments of up to 950-1000 ° С, and its disadvantages include the use of expensive nickel in its technological scheme, the expensive rolling operation of welded two-layer billets, the need for explosion welding of metal layers in two stages, which significantly increases the cost of obtaining coatings. All this limits the application of this method in the manufacture of heat-resistant parts of power and chemical plants.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения сразу на двух пластинах из низкоуглеродистой стали интерметаллидных покрытий с высокой жаростойкостью, с малой амплитудой шероховатостей на поверхности каждого покрытия, с пониженной склонностью к образованию трещин при теплосменах, без использования при этом в технологической схеме дорогостоящего никеля и операции прокатки, с сокращением количества операций сварки взрывом до одной, по новой технологической схеме формирования фазового состава интерметаллидных покрытий, их структуры и служебных свойств.In this regard, the most important task is to create a new method for producing, on two plates of low carbon steel, intermetallic coatings with high heat resistance, with a small amplitude of roughness on the surface of each coating, with a reduced tendency to crack during heat exchange, without the use of expensive nickel and rolling operations, with a reduction in the number of explosion welding operations to one, according to a new technological scheme for the formation of the phase composition of the intermetal GOVERNMENTAL coatings, their structure and working properties.
Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологии, обеспечивающей с помощью сварки взрывом трехслойного пакета из пластин из низкоуглеродистой стали и алюминиевой пластины и последующих термических воздействий на сваренную заготовку одновременное получение на двух стальных пластинах из низкоуглеродистой стали интерметаллидных покрытий системы алюминий-железо без использования, при этом в технологической схеме, дорогостоящего никеля и операции прокатки, с сокращением количества операций сварки взрывом до одной, с обеспечением при этом, высокой жаростойкости, малой амплитуды шероховатостей поверхности покрытия на каждой стальной пластине, пониженной склонности покрытий к образованию трещин при теплосменах.The technical result of the claimed method is the creation of a new technology that ensures, by explosion welding, a three-layer package of low-carbon steel plates and an aluminum plate and subsequent thermal effects on the welded billet, simultaneous production of aluminum-iron intermetallic coatings on two low-carbon steel plates without using this in the flow chart of expensive nickel and rolling operations, with a reduction in the number of explosion welding operations m to one, while ensuring, high heat resistance, low amplitude of surface roughness on the coating of each steel plate, a reduced tendency of coatings to cracking during thermal cycles.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемом способе получения жаростойкого интерметаллидного покрытия на поверхности пластины из низкоуглеродистой стали, включающий составление пакета из стальных пластин с размещением между ними с зазором пластины, содержащей материал покрытия, установку над пакетом заряда взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, после чего проводят термическую обработку сваренной заготовки для формирования на границе раздела металлов сплошной интерметаллидной диффузионной прослойки заданной толщины с последующим разделением полученной заготовки по упомянутой диффузионной прослойке, в качестве пластины, содержащей материал покрытия, используют алюминиевую пластину толщиной 1-1,5 мм, которую размещают между пластинами из низкоуглеродистой стали, при этом толщину верхней метаемой стальной пластины выбирают в пределах 2-10 мм, нижней стальной пластины - не менее 2 мм, сварку взрывом осуществляют при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 2400-2950 м/с, при этом высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между пластинами в пакете выбирают из условия получения скорости соударения верхней метаемой стальной пластины с алюминиевой в пределах 440-550 м/с, а алюминиевой пластины с нижней стальной пластиной - 430-510 м/с, причем термическую обработку сваренной трехслойной заготовки проводят при температуре 660-665°С в течение 0,7-1 ч, затем охлаждают с печыо до температуры 640-650°С, выдерживают при этой температуре 2-3 ч с последующим охлаждением на воздухе, приводящим к самопроизвольному отделению алюминия от слоев низкоуглеродистой стали по интерметаллидным диффузионным прослойкам с образованием при этом на поверхности каждой из двух стальных пластин сплошного жаростойкого покрытия системы алюминий-железо.The specified technical result is achieved by the fact that the proposed method for producing a heat-resistant intermetallic coating on the surface of a low-carbon steel plate, comprising compiling a package of steel plates with a plate between them containing the coating material, installing an explosive charge over the package, carrying out explosion welding, after why heat treatment of the welded billet is carried out to form a continuous intermetallic diffusion sheet at the metal interface holes of a given thickness, followed by separation of the obtained workpiece according to the diffusion layer, as a plate containing a coating material, an aluminum plate 1-1.5 mm thick is used, which is placed between the plates from low carbon steel, while the thickness of the upper missile steel plate is selected within 2-10 mm, the lower steel plate - not less than 2 mm, explosion welding is carried out at a detonation speed of the explosive charge of 2400-2950 m / s, while the height of the explosive charge, as well as welding e the gaps between the plates in the package is selected from the condition of obtaining the collision speed of the upper missile steel plate with aluminum in the range of 440-550 m / s, and the aluminum plate with the lower steel plate - 430-510 m / s, and the heat treatment of the welded three-layer workpiece is carried out at at a temperature of 660-665 ° C for 0.7-1 h, then cooled from a furnace to a temperature of 640-650 ° C, kept at this temperature for 2-3 h, followed by cooling in air, resulting in spontaneous separation of aluminum from the layers of mild steel by inter tallidnym diffusion strata to thereby form on the surface of each of the two steel plates continuous refractory coating aluminum-iron system.
Новый способ имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по количеству стальных пластин с покрытиями, получаемых за один технологический цикл, так и по фазовому составу и по совокупности технологических приемов и режимов при его получении.The new method has significant differences compared with the prototype both in the number of steel plates with coatings obtained in one technological cycle, and in phase composition and in the totality of technological methods and modes when it is received.
Так предложено составлять трехслойный пакет с размещением между стальными пластинами из низкоуглеродистой стали алюминиевой пластины So it is proposed to make a three-layer package with the placement of aluminum plate between steel plates of low-carbon steel
толщиной 1-1,5 мм, при этом толщину верхней метаемой стальной пластины предложено выбирать в пределах 2-10 мм, нижней стальной пластины - не менее 2 мм, при этом предложено сваривать пластины трехслойного пакета взрывом при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 2400-2950 м/с, высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между пластинами в пакете предложено выбирать из условия получения скорости соударения верхней метаемой стальной пластины с алюминиевой в пределах 440-550 м/с, а алюминиевой пластины с нижней стальной пластиной - 430-510 м/с, что обеспечивает надежную сварку алюминиевой пластины со стальными слоями с минимальной амплитудой волн в зонах соединения слоев, исключает нарушение сплошности металлических пластин при сварке взрывом, создает, благоприятные условия для получения при дальнейших технологических операциях жаростойких покрытий с высокими служебными свойствами за время одного технологического цикла одновременно на двух стальных пластинах. Толщина алюминиевой пластины менее 1 мм является недостаточной для обеспечения стабильных сварочных зазоров между ней и стальными пластинами, что может привести к появлению непроваров и других дефектов в зонах соединения слоев, а это, в свою очередь, может привести к снижению качества получаемой продукции. Толщина алюминиевой пластины более 1,5 мм является избыточной, поскольку при этом происходит чрезмерный расход алюминия в расчете на одно изделие. Алюминиевый слой в сваренной трехслойной заготовке необходим для формирования двух жаростойких диффузионных прослоек из интерметаллидов системы алюминий - железо между алюминием и стальными слоями при последующей термической обработке, а также для создания необходимого уровня внутренних термических напряжений, возникающих при охлаждении многослойной заготовки, для отделении алюминия от стальных слоев по интерметаллидным диффузионным прослойкам.a thickness of 1-1.5 mm, while the thickness of the top missile steel plate is proposed to be selected within 2-10 mm, the bottom steel plate is not less than 2 mm, while it is proposed to weld the plates of a three-layer package by explosion at an explosive charge detonation speed of 2400-2950 m / s, the height of the explosive charge, as well as the welding gaps between the plates in the package, it is proposed to choose from the conditions for obtaining the collision speed of the upper missile steel plate with aluminum within 440-550 m / s, and the aluminum plate from the lower steel plate oh - 430-510 m / s, which provides reliable welding of an aluminum plate with steel layers with a minimum wave amplitude in the zones of connection of the layers, eliminates the violation of the continuity of metal plates during explosion welding, creates favorable conditions for obtaining heat-resistant coatings with high temperature during further technological operations service properties during one technological cycle simultaneously on two steel plates. A thickness of an aluminum plate of less than 1 mm is insufficient to ensure stable welding gaps between it and steel plates, which can lead to the formation of imperfections and other defects in the zones of the connection of the layers, and this, in turn, can lead to a decrease in the quality of the products obtained. A thickness of an aluminum plate of more than 1.5 mm is excessive, since this causes an excessive consumption of aluminum per product. The aluminum layer in the welded three-layer billet is necessary for the formation of two heat-resistant diffusion layers of intermetallic compounds of the aluminum-iron system between aluminum and steel layers during subsequent heat treatment, as well as to create the necessary level of internal thermal stresses arising from the cooling of the multilayer billet, to separate aluminum from steel layers along intermetallic diffusion layers.
Предложено при составлении трехслойного пакета использовать стальные пластины из низкоуглеродистой стали, что обеспечивает возможность получения в зоне соединения стальных пластин с алюминиевой диффузионных прослоек из интерметаллидов системы алюминий - железо с необходимым составом и свойствами. Толщина верхней метаемой менее 2 мм является недостаточной для получения сварных соединений без волнообразования в зонах соединения слоев, снижающего качество получаемых покрытий, а ее толщина более 10 мм может приводить к появлению непроваров в зонах соединения слоев, приводящих к браку получаемой продукции. При толщине нижней стальной пластины менее 2 мм возможны неконтролируемые деформации металлических слоев при сварке взрывом, приводящие к снижению качества получаемой продукции. Использование нижней стальной пластины с толщиной равной или большей 2 мм не приводит к ухудшению качества сварных соединений.It is proposed to use steel plates of low-carbon steel when compiling a three-layer package, which makes it possible to obtain in the zone of connection of steel plates with aluminum diffusion layers of intermetallic aluminum-iron systems with the necessary composition and properties. The thickness of the upper missile less than 2 mm is insufficient to obtain welded joints without wave formation in the zones of the joints of the layers, which reduces the quality of the resulting coatings, and its thickness of more than 10 mm can lead to lack of penetration in the zones of the joints of the layers, leading to marriage of the resulting product. When the thickness of the lower steel plate is less than 2 mm, uncontrolled deformation of the metal layers during explosion welding is possible, leading to a decrease in the quality of the products obtained. The use of a lower steel plate with a thickness equal to or greater than 2 mm does not lead to a deterioration in the quality of welded joints.
Сварка взрывом на предлагаемых режимах обеспечивает качественную сварку разнородных металлических слоев без нарушений сплошности и неконтролируемых деформаций, снижающих качество получаемых заготовок, а также с минимальной амплитудой волн в зонах соединения слоев. При скорости детонации взрывчатого вещества и скоростях соударения металлических пластин в трехслойном пакете выше верхних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации металлических слоев с нарушениями их сплошности, при этом может происходить интенсивное волнообразование в зонах соединения слоев, что может привести к невозможности дальнейшего практического использования сваренных заготовок. При скорости детонации взрывчатого вещества и скоростях соударения металлических пластин в трехслойном пакете ниже нижних предлагаемых пределов возможно появление непроваров в зонах соединения металлов, что приводит появлению брака получаемой продукции.Explosion welding at the proposed modes provides high-quality welding of dissimilar metal layers without continuity and uncontrolled deformations that reduce the quality of the resulting workpieces, as well as with a minimum wave amplitude in the zones of the layers. When the detonation velocity of the explosive and the collision speeds of metal plates in a three-layer package are higher than the upper suggested limits, uncontrolled deformation of metal layers with violations of their continuity is possible, and intense wave formation in the zones of the joints of layers can occur, which can lead to the impossibility of further practical use of welded billets. When the detonation velocity of the explosive and the collision speeds of the metal plates in a three-layer package are lower than the lower proposed limits, the occurrence of lack of penetration in the zones of metal joining, which leads to the appearance of defective products.
Термическую обработку сваренной трехслойной заготовки для образования сплошных интерметаллидных диффузионных прослоек между алюминиевым слоем и слоями из низкоуглеродистой стали предложено проводить при температуре 660-665°С в течение 0,7-1 ч, охлаждать с печью до температуры 640-650°С, выдерживать в печи при этой температуре 2-3 ч с последующим охлаждением на воздухе, приводящим к самопроизвольному отделению алюминия от стальных слоев по интерметаллидным диффузионным прослойкам с образованием при этом на поверхностях двух стальных пластин сплошных жаростойких покрытий. Таким образом, предложено термическую обработку сваренной трехслойной заготовки проводить в два этапа. На первом этапе ее проводят при температуре 660-665°С в течение 0,7-1 ч с охлаждением с печью до температуры 640-650°С. На втором этапе заготовку выдерживают в печи при температуре 640-650°С в течение 2-3 ч с последующим охлаждением на воздухе, приводящим к самопроизвольному отделению алюминия от стальных слоев по интерметаллидным диффузионным прослойкам с образованием при этом на поверхностях двух стальных пластин, сплошных жаростойких покрытий.It was proposed that heat treatment of the welded three-layer billet to form continuous intermetallic diffusion layers between the aluminum layer and the low-carbon steel layers be carried out at a temperature of 660-665 ° C for 0.7-1 h, cool with an oven to a temperature of 640-650 ° C, and keep in furnaces at this temperature for 2-3 hours, followed by cooling in air, leading to spontaneous separation of aluminum from steel layers along intermetallic diffusion layers with the formation of two steel plates on the surfaces ploshnyh heat-resistant coatings. Thus, it is proposed that the heat treatment of the welded three-layer billet be carried out in two stages. At the first stage, it is carried out at a temperature of 660-665 ° C for 0.7-1 hours with cooling with an oven to a temperature of 640-650 ° C. At the second stage, the billet is kept in an oven at a temperature of 640-650 ° C for 2-3 hours, followed by cooling in air, which leads to spontaneous separation of aluminum from steel layers along intermetallic diffusion layers with the formation of solid heat-resistant solid surfaces on the surfaces of two coatings.
При термической обработке первого этапа алюминиевый слой переходит в жидкое состояние, при этом весьма существенно увеличивается скорость диффузионных процессов между алюминием и стальными слоями, что способствует получению за короткое время термической обработки на межслойных границах интерметаллидных диффузионных прослоек требуемой толщины и состава, материал которых обладает высокой жаростойкостью. При температуре и времени термической обработки первого этапа ниже нижних предлагаемых пределов толщина получаемых интерметаллидных диффузионных прослоек оказывается недостаточной, что снижает способность каждого получаемого покрытия сопротивляться длительному окислительному воздействию газов при высоких температурах. Температура и время термической обработки выше верхних предлагаемых пределов являются избыточными, поскольку толщина интерметаллидных прослоек становится чрезмерной, при этом повышается вероятность хрупкого разрушения покрытий при дальнейшей эксплуатации полученных изделий в условиях теплосмен. Кроме того, при более высоких температурах жидкотекучесть алюминия становится слишком большой, что может привести к вытеканию алюминия из промежутка между стальными пластинами. Охлаждение с печью до температуры 640-650°С после термообработки первого этапа обеспечивает целостность диффузионных интерметаллидных прослоек в полученной многослойной заготовке. При термической обработке второго этапа происходит дополнительное увеличение толщины интерметаллидных диффузионных прослоек, но при этом с двух сторон алюминиевого слоя возникают тонкие весьма хрупкие прослойки из интерметаллида FeAl3, способствующие в процессе охлаждения на воздухе полученной многослойной заготовки самопроизвольному отделению алюминия от стальных слоев по интерметаллидным диффузионным прослойкам, при этом самопроизвольное отделение происходит по тонким слоям из интерметаллида FeAl3, благодаря чему наружные поверхности полученных покрытий на стальных пластинах имеют незначительную амплитуду шероховатости поверхности. При температуре и времени термической обработки второго этапа ниже нижних предлагаемых пределов толщина получаемых интерметаллидныхй диффузионных прослоек из интерметаллида FeAl3 оказывается недостаточной, и при этом не происходит самопроизвольного отделения алюминия от стальных слоев по интерметаллидным диффузионным прослойкам в процессе охлаждения многослойной заготовки на воздухе. При температуре и времени термической обработки этого этапа выше верхних предлагаемых пределов толщина получаемых интерметаллидных диффузионных прослоек из интерметаллида FeAl3 оказывается избыточной, что приводит к получению покрытий на стальных пластинах с чрезмерно большой амплитудой шероховатости поверхности.During the heat treatment of the first stage, the aluminum layer goes into a liquid state, while the speed of diffusion processes between aluminum and steel layers increases very significantly, which contributes to obtaining, in a short time, heat treatment at the interlayer boundaries of intermetallic diffusion layers of the required thickness and composition, the material of which has high heat resistance . At the temperature and time of heat treatment of the first stage below the lower proposed limits, the thickness of the obtained intermetallic diffusion layers is insufficient, which reduces the ability of each coating to resist the prolonged oxidative effects of gases at high temperatures. The temperature and time of heat treatment above the upper proposed limits are excessive, since the thickness of the intermetallic layers becomes excessive, while increasing the likelihood of brittle fracture of the coatings during further operation of the obtained products under heat-exchange conditions. In addition, at higher temperatures, the fluidity of aluminum becomes too large, which can lead to leakage of aluminum from the gap between the steel plates. Cooling with a furnace to a temperature of 640-650 ° C after heat treatment of the first stage ensures the integrity of the diffusion intermetallic layers in the resulting multilayer workpiece. During the heat treatment of the second stage, an additional increase in the thickness of the intermetallic diffusion layers occurs, but on the two sides of the aluminum layer there appear thin very fragile layers of FeAl 3 intermetallic which, in the process of cooling the obtained multilayer billet in air, spontaneously separate aluminum from steel layers by intermetallic diffusion layers , the spontaneous separation occurs by thin strata of intermetallic compound FeAl 3, whereby outer power metal of obtaining coatings on steel plates have a low amplitude of surface roughness. At a temperature and time of heat treatment of the second stage below the lower proposed limits, the thickness of the resulting intermetallic diffusion layers from the FeAl 3 intermetallic compound is insufficient, and spontaneous separation of aluminum from steel layers does not occur along the intermetallic diffusion layers during cooling of the multilayer billet in air. At a temperature and time of heat treatment of this stage above the upper suggested limits, the thickness of the resulting intermetallic diffusion layers from the FeAl 3 intermetallic compound turns out to be excessive, which leads to coatings on steel plates with an excessively large surface roughness amplitude.
Предлагаемый способ получения покрытия осуществляется в следующей последовательности. Очищают от окислов и загрязнений свариваемые металлические пластины и составляют трехслойный пакет под сварку взрывом с размещением со сварочными зазорами между стальными пластинами из низкоуглеродистой стали алюминиевой пластины толщиной 1-1,5 мм, при этом толщину верхней метаемой стальной пластины выбирают в пределах 2-10 мм, нижней стальной пластины - не менее 2 мм, укладывают его на основание, размещенное на грунте. На поверхность пакета укладывают защитную прослойку из высокоэластичного материала, например, резины, защищающую поверхность верхней метаемой стальной пластины от повреждений, а на ее поверхности располагают заряд взрывчатого вещества со скоростью детонации 2400-2950 м/с, при этом высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между пластинами в пакете выбирают из условия получения скорости соударения верхней метаемой стальной пластины с алюминиевой в пределах 440-550 м/с, а алюминиевой пластины с нижней стальной пластиной - 430-510 м/с. Инициирование процесса детонации в заряде взрывчатого вещества осуществляют с помощью электродетонатора.The proposed method for coating is carried out in the following sequence. The weldable metal plates are cleaned from oxides and contaminants and a three-layer package for explosion welding is formed with an aluminum plate 1-1.5 mm thick with welding gaps between steel plates of low-carbon steel, and the thickness of the upper throwable steel plate is selected within 2-10 mm , lower steel plate - at least 2 mm, lay it on a base placed on the ground. A protective layer of highly elastic material, for example rubber, is laid on the surface of the packet, which protects the surface of the upper missile steel plate from damage, and an explosive charge is placed on its surface with a detonation velocity of 2400-2950 m / s, while the height of the explosive charge, as well as welding gaps between the plates in the package are selected from the condition of obtaining the collision speed of the upper missile steel plate with aluminum in the range of 440-550 m / s, and the aluminum plate with the lower steel plate - 430-51 0 m / s. The initiation of the detonation process in the explosive charge is carried out using an electric detonator.
После сварки взрывом, например, на фрезерном станке обрезают у сваренной трехслойной заготовки боковые кромки с краевыми эффектами, закрепляют ее в специальном удерживающем устройстве, которое предотвращает взаимное перемещение металлических слоев и вытекание алюминия из промежутка между стальными слоями при последующей термической обработке, размещают полученную сборку, например, в электропечи, после чего проводят термическую обработку сваренной трехслойной заготовки для образования сплошных интерметаллидных диффузионных прослоек между алюминиевым и стальными слоями, при температуре 660-665°С в течение 0,7-1 ч, охлаждают с печью до температуры 640-650°С, выдерживают при этой температуре 2-3 ч, извлекают термически обработанную заготовку из удерживающего устройства, после чего ее охлаждают на воздухе, что приводит к самопроизвольному отделению алюминия от стальных слоев по интерметаллидным диффузионным прослойкам с образованием при этом на поверхностях двух стальных пластин сплошных жаростойких покрытий. После этого две пластины из низкоуглеродистой стали с нанесенными на них жаростойкими покрытиями, состоящими из интерметаллидов системы алюминий-железо, могут быть использованы по назначению, а отделенный алюминиевый слой с тонкими интерметаллидными слоями на его наружных поверхностях идет на вторичную переработку.After explosion welding, for example, side edges with edge effects are cut off from a welded three-layer workpiece on a milling machine, fixed in a special holding device that prevents mutual movement of metal layers and aluminum leakage from the gap between the steel layers during subsequent heat treatment, place the resulting assembly, for example, in an electric furnace, after which heat treatment of a welded three-layer billet is carried out to form continuous intermetallic diffusion interlayers between aluminum and steel layers, at a temperature of 660-665 ° C for 0.7-1 h, cool with a furnace to a temperature of 640-650 ° C, maintain at this temperature for 2-3 h, remove the heat-treated workpiece from the holding device and then it is cooled in air, which leads to spontaneous separation of aluminum from steel layers along intermetallic diffusion layers with the formation of continuous heat-resistant coatings on the surfaces of two steel plates. After that, two plates of low-carbon steel with heat-resistant coatings deposited on them, consisting of intermetallic compounds of the aluminum-iron system, can be used for their intended purpose, and the separated aluminum layer with thin intermetallic layers on its outer surfaces is recycled.
Свойства покрытия на поверхности каждой пластины из низкоуглеродистой стали, полученного по предлагаемому способу, примерно такие же, как у изделий по прототипу: рабочая температура в окислительных газовых средах достигает 950-1000°С, малая амплитуда шероховатостей поверхности и пониженная склонность к образованию трещин при теплосменах, но, в отличие от прототипа, получение покрытий осуществляют одновременно на двух стальных пластинах без использования в технологической схеме дорогостоящего никеля и операции прокатки, с сокращением количества операций сварки взрывом до одной.The properties of the coating on the surface of each plate of low carbon steel obtained by the proposed method are approximately the same as those of the products of the prototype: the working temperature in oxidizing gas environments reaches 950-1000 ° C, a small amplitude of surface roughness and a reduced tendency to crack during heat exchange , but, unlike the prototype, coatings are produced simultaneously on two steel plates without the use of expensive nickel in the technological scheme and the rolling operation, with a reduction in t he explosion welding operations to one.
Сущность способа поясняется примерами. Все примеры, в том числе и пример по прототипу, приведены в таблице с указанием основных технологических режимов получения покрытия, состава и толщин свариваемых материалов, а также свойств полученного продукта.The essence of the method is illustrated by examples. All examples, including the example of the prototype, are shown in the table indicating the main technological modes of obtaining coatings, the composition and thickness of the materials being welded, as well as the properties of the resulting product.
Пример 1.Example 1
Очищают от окислов и загрязнений свариваемые металлические пластины из низкоуглеродистой стали Ст3сп, алюминия марки АД1 и составляют трехслойный пакет под сварку взрывом с размещением между стальными пластинами из низкоуглеродистой стали алюминиевой пластины. Длина у всех пластин - 400 мм, ширина - 300 мм. Слои в пакете располагают параллельно друг другу на расстоянии сварочных зазоров, причем метаемую стальную пластину располагают сверху. Толщина метаемой стальной пластины δ1=2 мм, толщина алюминиевой пластины δ2=1 мм, у нижней стальной пластины толщина δ3=2 мм. Укладывают полученный пакет на плоское основание из древесно-стружечной плиты длиной 400 мм, шириной 300 мм, толщиной 18 мм, размещенные на грунте. При сборке пакетов предварительно, с помощью компьютерной технологии, определяют величину необходимых сварочных зазоров: зазор между метаемой стальной пластиной и алюминиевой h 1 , а между алюминиевой и нижней стальной - h 2 . Для сварки взрывом пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=2950 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 75% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 25% аммиачной селитры. Взрывчатое вещество помещают в контейнер с обеспечением высоты заряда взрывчатого вещества Нвв=30 мм, длиной 420 мм, шириной 320 мм. На поверхность пакета укладывают защитную прослойку из высокоэластичного материала, например, резины толщиной 2 мм, защищающую поверхность верхней метаемой стальной пластины от повреждений, а на ее поверхности располагают заряд взрывчатого вещества. Для получения скорости соударения металлических слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда взрывчатого вещества, величина сварочных зазоров равна: h 1 =2 мм, h 2 =1 мм, что обеспечивает скорость соударения верхней метаемой стальной пластины с алюминиевой V 1 =550 м/с, а алюминиевой пластины с нижней стальной пластиной V 2 =510 м/с. Сварку взрывом осуществляют с инициированием процесса детонации в заряде взрывчатого вещества с помощью электродетонатора и вспомогательного заряда взрывчатого вещества. После сварки, например, на фрезерном станке обрезают у сваренной трехслойной заготовки боковые кромки с краевыми эффектами. После обрезки длина заготовки 380 мм, ширина - 280 мм. Затем закрепляют ее в специальном удерживающем устройстве, размещают полученную сборку в электропечи, после чего проводят термическую обработку сваренной трехслойной заготовки для образования сплошных интерметаллидных диффузионных прослоек между алюминиевым и стальными слоями при температуре Т1=660°С в течение τ1=1 ч, затем охлаждают с печью до температуры Т2=640°С, выдерживают при этой температуре τ2=3 ч, извлекают термически обработанную заготовку из удерживающего устройства, после чего ее охлаждают на воздухе, что приводит к самопроизвольному отделению алюминия от стальных слоев по интерметаллидным диффузионным прослойкам.The weldable metal plates of low-carbon steel St3sp, aluminum of grade AD1 are cleaned of oxides and contaminants and they make up a three-layer package for explosion welding with an aluminum plate placed between the steel plates of low-carbon steel. The length of all plates is 400 mm, the width is 300 mm. The layers in the bag are arranged parallel to each other at a distance of the welding clearances, with a throwable steel plate placed on top. The thickness of the missile steel plate is δ 1 = 2 mm, the thickness of the aluminum plate is δ 2 = 1 mm, and the thickness of the lower steel plate is δ 3 = 2 mm. The resulting package is laid on a flat base of particleboard 400 mm long, 300 mm wide, 18 mm thick, placed on the ground. When assembling packages previously, using computer technology, determine the amount of required welding gaps: the gap between the metal plate being thrown and aluminum h 1 , and between aluminum and lower steel - h 2 . For burst welding, select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 2950 m / s. This speed is provided by an explosive, which is a mixture of 75% powdered ammonite 6GV and 25% ammonium nitrate. Explosive is placed in a container with the explosive charge height H BB = 30 mm, 420 mm long, 320 mm wide. A protective layer of highly elastic material, for example, rubber 2 mm thick, is placed on the surface of the bag, protecting the surface of the upper missile steel plate from damage, and an explosive charge is placed on its surface. To obtain the collision speed of metal layers within the proposed range, with the selected explosive charge parameters, the welding gaps are equal to: h 1 = 2 mm, h 2 = 1 mm, which ensures the collision speed of the upper missile steel plate with aluminum V 1 = 550 m / s, and an aluminum plate with a lower steel plate V 2 = 510 m / s. Explosion welding is carried out with the initiation of the detonation process in the explosive charge using an electric detonator and an auxiliary explosive charge. After welding, for example, on a milling machine, side edges with edge effects are cut off from a welded three-layer workpiece. After trimming, the workpiece is 380 mm long and 280 mm wide. Then, it is fixed in a special holding device, the assembly obtained is placed in an electric furnace, after which the welded three-layer billet is heat treated to form continuous intermetallic diffusion layers between aluminum and steel layers at a temperature of T 1 = 660 ° C for τ 1 = 1 h, then cooled with the oven to a temperature of T 2 = 640 ° C, maintained at this temperature τ 2 = 3 h, remove the heat-treated workpiece from the holding device, after which it is cooled in air, which leads to arbitrary separation of aluminum from steel layers along intermetallic diffusion layers.
В результате за один технологический цикл одновременно получают на двух пластинах из низкоуглеродистой стали с толщиной каждой из них около 2 мм, жаростойкие покрытия из интерметаллидов системы алюминий-железо с толщиной каждого из них δинт=0,08 мм (80 мкм). Рабочая температура в окислительных газовых средах полученных покрытий достигает 950-1000°С, амплитуда шероховатостей поверхности не превышает 0,01 мм (10 мкм). У полученных покрытий, как и у изделий по прототипу, пониженная склонность к образованию трещин при теплосменах. В отличие от прототипа, получение покрытий по предлагаемому способу осуществляют без использования в технологической схеме, дорогостоящего никеля и операции прокатки, сокращено количество операций сварки взрывом до одной.As a result, in one technological cycle, two low-carbon steel plates with a thickness of each of them about 2 mm thick are simultaneously obtained, heat-resistant coatings from intermetallic compounds of the aluminum-iron system with a thickness of each of them δ int = 0.08 mm (80 μm). The working temperature in the oxidizing gas media of the resulting coatings reaches 950-1000 ° C, the amplitude of the surface roughness does not exceed 0.01 mm (10 μm). The coatings obtained, as well as the products of the prototype, have a reduced tendency to crack during heat exchange. In contrast to the prototype, the production of coatings by the proposed method is carried out without using expensive nickel and rolling operations in the technological scheme, the number of explosion welding operations is reduced to one.
Пример 2.Example 2
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина метаемой стальной пластины δ1=6 мм, алюминиевой - δ2=1,2 мм, у нижней стальной - δ3=15 мм. Для сварки взрывом пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации Dвв=2540 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 33% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 67% аммиачной селитры. Высота заряда взрывчатого вещества Нвв=60 мм, Для получения скорости соударения металлических слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда взрывчатого вещества, величина сварочных зазоров равна: h 1 =5,2 мм, h 2 =1 мм, что обеспечивает скорость соударения верхней метаемой стальной пластины с алюминиевой V 1 =480 м/с, а алюминиевой пластины с нижней стальной пластиной V 2 =460 м/с.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the cast steel plate is δ 1 = 6 mm, that of aluminum is δ 2 = 1.2 mm, and that of the lower steel is δ 3 = 15 mm. For explosion welding of a packet, we select an explosive from the recommended range with a detonation velocity D BB = 2540 m / s. Such a speed is provided by an explosive, which is a mixture of 33% powdered ammonite 6GV and 67% ammonium nitrate. The height of the explosive charge N BB = 60 mm. To obtain the collision speed of the metal layers within the proposed range, with the selected parameters of the explosive charge, the welding gaps are equal to: h 1 = 5.2 mm, h 2 = 1 mm, which ensures speed the collision of the upper missile steel plate with aluminum V 1 = 480 m / s, and the aluminum plate with the lower steel plate V 2 = 460 m / s.
После сварки взрывом, обрезки у сваренной трехслойной заготовки боковых кромок с краевыми эффектами и нанесения на ее боковые поверхности специальной обмазки эту заготовку подвергают термической обработке температуре T1=662°С в течение τ1=0,85 ч, затем охлаждают с печью до температуры Т2=645°С, выдерживают в печи при этой температуре в течение τ2=2,5 ч с последующим охлаждением на воздухе.After explosion welding, trimming of the welded three-layer workpiece of the side edges with edge effects and applying a special coating on its side surfaces, this workpiece is subjected to heat treatment at a temperature of T 1 = 662 ° C for τ 1 = 0.85 h, then it is cooled with the furnace to a temperature T 2 = 645 ° C, kept in an oven at this temperature for τ 2 = 2.5 hours, followed by cooling in air.
В результате за один технологический цикл одновременно получают на двух пластинах из низкоуглеродистой стали с толщиной одной из них около 6 мм, второй - около 15 мм, жаростойкие покрытия из интерметаллидов системы алюминий-железо с толщиной каждого из них δинт=0,07 мм (70 мкм).As a result, in one technological cycle, two low-carbon steel plates with one of them about 6 mm thick, one about 15 mm thick are simultaneously produced, heat-resistant coatings from intermetallic compounds of the aluminum-iron system with a thickness of each of them δ int = 0.07 mm ( 70 μm).
Пример 3.Example 3
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина метаемой стальной пластины δ1=10 мм, алюминиевой - δ2=1,5 мм, у нижней стальной - δ3=30 мм. Для сварки взрывом пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации Dвв=2400 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 20% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 80% аммиачной селитры. Высота заряда взрывчатого вещества Нвв=150 мм. Для получения скорости соударения металлических слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда взрывчатого вещества, величина сварочных зазоров равна: h 1 =6,4 мм, h 2 =1 мм, что обеспечивает скорость соударения верхней метаемой стальной пластины с алюминиевой V 1 =440 м/с, а алюминиевой пластины с нижней стальной пластиной V 2 =430 м/с.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the cast steel plate is δ 1 = 10 mm, that of aluminum is δ 2 = 1.5 mm, and that of the lower steel is δ 3 = 30 mm. For explosion welding of a packet, we select an explosive from the recommended range with a detonation velocity D BB = 2400 m / s. This speed provides an explosive, which is a mixture of 20% powdered ammonite 6GV and 80% ammonium nitrate. The height of the explosive charge H BB = 150 mm To obtain the collision speed of metal layers within the proposed range, with the selected explosive charge parameters, the welding gaps are equal to: h 1 = 6.4 mm, h 2 = 1 mm, which ensures the collision speed of the upper missile steel plate with aluminum V 1 = 440 m / s, and an aluminum plate with a lower steel plate V 2 = 430 m / s.
После сварки взрывом, обрезки у сваренной трехслойной заготовки боковых кромок с краевыми эффектами и нанесения на ее боковые поверхности специальной обмазки эту заготовку подвергают термической обработке температуре T1=665°С в течение τ1=0,7 ч, затем охлаждают с печью до температуры Т2=650°С, выдерживают при этой температуре τ2=2 ч с последующим охлаждением на воздухе.After explosion welding, trimming of the welded three-layer workpiece of the side edges with edge effects and applying a special coating on its side surfaces, this workpiece is subjected to heat treatment at a temperature of T 1 = 665 ° C for τ 1 = 0.7 h, then it is cooled with the furnace to a temperature T 2 = 650 ° C, maintained at this temperature, τ 2 = 2 hours, followed by cooling in air.
В результате за один технологический цикл одновременно получают на двух пластинах из низкоуглеродистой стали с толщиной одной из них около 10 мм, второй - около 30 мм, жаростойкие покрытия из интерметаллидов системы алюминий-железо с толщиной каждого из них δинт=0,06 мм (60 мкм).As a result, in one production cycle, two low-carbon steel plates with one of them about 10 mm thick, one about 30 mm thick, are simultaneously produced on two plates, heat-resistant coatings from intermetallic compounds of the aluminum-iron system with a thickness of each of them δ int = 0.06 mm ( 60 μm).
Продолжение таблицыTable continuation
При получении покрытий по прототипу (см. таблицу, пример 4) за один технологический цикл получают на поверхности лишь одной стальной пластины толщиной от 3 до 7 мм сплошное жаростойкое покрытие, состоящее из наружного слоя из интерметаллидов системы алюминий-никель толщиной от 0,045 мм (45 мкм) до 0,065 мм (65 мкм) и промежуточной никелевой прослойки толщиной 0,3-0,6 мм. Как и у предлагаемого способа рабочая температура жаростойкого покрытия на поверхности каждой стальной пластины в окислительных газовых средах достигает 950-1000°С, амплитуда шероховатостей поверхности покрытия не превышает 10 мкм, пониженная склонность к образованию трещин при теплосменах, но, в отличие от предлагаемого способа, при получении покрытия по прототипу используют дорогостоящий никель, трудоемкую операцию прокатки, дважды осуществляют операции сварки взрывом, что приводит к существенным затраты на получение покрытия, а это ограничивает применение данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок.Upon receipt of coatings according to the prototype (see table, example 4), in one technological cycle, on the surface of only one steel plate with a thickness of 3 to 7 mm, a continuous heat-resistant coating consisting of an outer layer of intermetallic compounds of the aluminum-nickel system from 0.045 mm thick (45 μm) to 0.065 mm (65 μm) and an intermediate nickel layer 0.3-0.6 mm thick. As with the proposed method, the working temperature of the heat-resistant coating on the surface of each steel plate in oxidizing gas media reaches 950-1000 ° C, the amplitude of the surface roughness does not exceed 10 μm, a reduced tendency to crack during heat exchange, but, unlike the proposed method, upon receipt of the coating according to the prototype, expensive nickel is used, a laborious rolling operation, explosive welding operations are carried out twice, which leads to significant costs for obtaining the coating, and this og The use of this method in the manufacture of heat-resistant parts of power and chemical plants is limited.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110590A RU2649920C1 (en) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110590A RU2649920C1 (en) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2649920C1 true RU2649920C1 (en) | 2018-04-05 |
Family
ID=61867474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017110590A RU2649920C1 (en) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2649920C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725510C1 (en) * | 2019-12-28 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of producing heat-resistant coatings on steel |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000117462A (en) * | 1998-10-20 | 2000-04-25 | Sanwa Shokai:Kk | Multilayered composite material and its manufacture |
| RU2202456C1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-04-20 | Волгоградский государственный технический университет | Method for applying wear resistant coating on surfaces of steel parts |
| RU2350442C2 (en) * | 2007-04-17 | 2009-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of wear-resistant coating receiving |
| RU2486999C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of producing coating |
-
2017
- 2017-03-29 RU RU2017110590A patent/RU2649920C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000117462A (en) * | 1998-10-20 | 2000-04-25 | Sanwa Shokai:Kk | Multilayered composite material and its manufacture |
| RU2202456C1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-04-20 | Волгоградский государственный технический университет | Method for applying wear resistant coating on surfaces of steel parts |
| RU2350442C2 (en) * | 2007-04-17 | 2009-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of wear-resistant coating receiving |
| RU2486999C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of producing coating |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725510C1 (en) * | 2019-12-28 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of producing heat-resistant coatings on steel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2486999C1 (en) | Method of producing coating | |
| RU2649929C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| RU2350442C2 (en) | Method of wear-resistant coating receiving | |
| RU2373036C1 (en) | Method of fabrication of wear resistant coating | |
| RU2679814C1 (en) | Method for obtaining wear-resistant coatings on surfaces of copper and magnesium alloy plates | |
| RU2649920C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| RU2649922C1 (en) | Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate | |
| RU2399471C1 (en) | Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding | |
| RU2463140C1 (en) | Method of producing titanium-aluminium composite material | |
| RU2486043C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2649921C1 (en) | Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate | |
| RU2293004C1 (en) | Titanium-steel composition material producing method | |
| RU2642240C1 (en) | Method for production of coatings | |
| RU2463141C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2370350C1 (en) | Method of producing composite titanium-aluminium material | |
| RU2701699C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper | |
| RU2711284C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from copper and aluminum alloy | |
| RU2488469C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2700441C1 (en) | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate | |
| RU2533508C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| RU2725503C1 (en) | Method of producing heat-resistant coatings on steel | |
| RU2725510C1 (en) | Method of producing heat-resistant coatings on steel | |
| RU2725501C1 (en) | Method of producing heat-resistant coating on steel | |
| RU2725507C1 (en) | Method of producing heat-resistant coating on steel | |
| RU2685314C1 (en) | Method for producing composition material from copper, titanium and steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190330 |