RU2649921C1 - Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate - Google Patents
Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2649921C1 RU2649921C1 RU2017110648A RU2017110648A RU2649921C1 RU 2649921 C1 RU2649921 C1 RU 2649921C1 RU 2017110648 A RU2017110648 A RU 2017110648A RU 2017110648 A RU2017110648 A RU 2017110648A RU 2649921 C1 RU2649921 C1 RU 2649921C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- plate
- aluminum
- plates
- steel
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 62
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 44
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- CYUOWZRAOZFACA-UHFFFAOYSA-N aluminum iron Chemical compound [Al].[Fe] CYUOWZRAOZFACA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims description 35
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 17
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 131
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 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
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 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
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 2
- -1 for example Substances 0.000 description 2
- 238000005098 hot rolling Methods 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
- 239000007788 liquid Substances 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
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102220504526 Dolichyl-diphosphooligosaccharide-protein glycosyltransferase subunit 4_V23K_mutation Human genes 0.000 description 1
- 235000015895 biscuits Nutrition 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 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
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 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 ч 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 мин, 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 maintained at this temperature in a vacuum oven for 10-14 hours until a highly hard intermetallic compound is formed in the wave-shaped zone formed by explosion welding during the explosion welding diffusion layer with a thickness of 0.16-0.3 mm (160-300 μm), after which the preform is cooled together with the furnace, and then heated to a temperature of 930-950 ° C, maintained 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°C 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 B23K 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 B23K 20/08, С23С 26/00, publ. 10.07.13, bull. No. 19 - prototype).
Недостатком этого способа является возможность получения за один технологический цикл жаростойкого покрытия из интерметаллидов системы алюминий-никель лишь на одной стальной пластине, использование в его технологической схеме дефицитного и дорогостоящего никеля, необходимость осуществления сварки взрывом металлических слоев в два этапа, что значительно увеличивает затраты на получение покрытия и ограничивает применение данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок.The disadvantage of this method is the possibility of obtaining a heat-resistant coating of aluminum-nickel intermetallic compounds on only one steel plate in one technological cycle, the use of scarce and expensive nickel in its technological scheme, the need for explosion welding of metal layers in two stages, which significantly increases the cost of obtaining coatings and 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 биметаллических пластинах, состоящих из слоев легированной и 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 дефицитного и дорогостоящего никеля, 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 immediately on two bimetallic plates, consisting of layers of alloyed and 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 transfer, without the use of scarce and expensive nickel in the technological scheme, with a reduction in the number of explosion welding operations to one, according to the new technological scheme formations of the phase composition of intermetallic coatings, their structure and service properties.
Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологии, обеспечивающей с помощью сварки взрывом пакета из металлических пластин и последующих термических воздействий на сваренную заготовку одновременное получение на двух биметаллических пластинах, состоящих из слоев легированной и низкоуглеродистой стали интерметаллидных покрытий системы алюминий-железо без использования, при этом в технологической схеме дефицитного и дорогостоящего никеля, с сокращением количества операций сварки взрывом до одной, с обеспечением при этом, высокой жаростойкости, малой амплитуды шероховатостей поверхности покрытия на каждой биметаллической пластине и 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 of a package of metal plates and subsequent thermal effects on the welded workpiece, the simultaneous production of aluminum-iron intermetallic coatings on two bimetallic plates consisting of alloyed and low-carbon steel layers, without using in the technological scheme of scarce and expensive nickel, with a reduction in the number of explosion welding operations to one, both biscuits thus, high heat resistance, low surface roughness of the coating on the amplitude of each bimetallic plate coatings and reduced tendency to cracking during thermal cycles.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения жаростойкого интерметаллидного покрытия на поверхности стальной пластины, включающий составление пакета из стальных пластин и размещенной между ними с зазором пластины, содержащей материал покрытия, установку над пакетом заряда взрывчатого вещества и 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 диффузионной прослойке, в качестве стальных пластин используют биметаллические пластины, состоящие из слоя легированной стали и слоя низкоуглеродистой стали, в качестве пластины, содержащей материал покрытия, используют алюминиевую пластину толщиной 1-1,5 мм, которую размещают между слоями из низкоуглеродистой стали двух биметаллических пластин, при этом толщину верхней метаемой биметаллической пластины выбирают в пределах 2-10 мм, нижней биметаллической пластины - не менее 2 мм, а толщину слоев из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин выбирают в пределах 0,3-0,5 мм, сварку взрывом полученного пакета осуществляют при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 2400-2950 м/с, при этом высоту заряда взрывчатого вещества и сварочные зазоры между пластинами в пакете выбирают из условия получения скорости соударения слоя из низкоуглеродистой стали верхней метаемой биметаллической пластины с алюминиевой в пределах 440-550 м/с, а алюминиевой пластины со слоем из низкоуглеродистой стали нижней биметаллической пластины - 430-510 м/с, причем термическую обработку сваренной пятислойной заготовки проводят при температуре 660-665°С в течение 0,7-1 ч, охлаждают с печью до температуры 640-650°С и выдерживают 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 на поверхности слоя из низкоуглеродистой стали каждой из двух биметаллических пластин сплошного жаростойкого покрытия системы алюминий-железо.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for producing a heat-resistant intermetallic coating on the surface of a steel plate, comprising composing a package of steel plates and a plate containing between them a gap containing a coating material, installing an explosive charge over the package and carrying out explosion welding, after which conduct heat treatment of the welded billet to form a continuous intermetallic diffusion layer of a given t at the metal interface thickening, followed by separation of the obtained workpiece by a diffusion layer, bimetallic plates consisting of a layer of alloy steel and a layer of low carbon steel are used as steel plates, an aluminum plate 1-1.5 mm thick is used as a plate containing a coating material, which is placed between layers of low carbon steel of two bimetallic plates, while the thickness of the upper throwable bimetallic plate is chosen within 2-10 mm, the lower bimetallic plate is not less than 2 mm, and the thickness of the low-carbon steel layers of the bimetallic plates is chosen within 0.3-0.5 mm, explosion welding of the resulting package is carried out at an explosive charge detonation speed of 2400-2950 m / s, while the explosive charge height and welding gaps between the plates in the package choose from the conditions for obtaining the collision speed of the layer of mild steel of the upper missile bimetallic plate with aluminum in the range of 440-550 m / s, and the aluminum plate with the layer of mild steel of the lower bimetallic layer ini - 430-510 m / s, and the heat treatment of the welded five-layer billet is carried out at a temperature of 660-665 ° C for 0.7-1 h, cooled with an oven to a temperature of 640-650 ° C and maintained at this temperature for 2-3 h, followed by cooling in air, which leads to spontaneous separation of aluminum from steel layers along intermetallic diffusion layers, with the formation of a low-carbon steel layer on each of the two bimetallic plates of a continuous heat-resistant coating of the aluminum-iron system.
Новый способ получения покрытия 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 for producing coatings 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 for its preparation.
Так предложено использовать для нанесения покрытий две биметаллические пластины, состоящие из слоев легированной и низкоуглеродистой стали, и составлять пакет под сварку взрывом с размещением между слоями из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин алюминиевой пластины толщиной 1-1,5 мм, при этом толщину верхней метаемой биметаллической пластины выбирать в пределах 2-10 мм, нижней биметаллической пластины - не менее 2 мм, толщину слоев из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин выбирать в пределах 0,3-0,5 мм, полученный пакет предложено сваривать взрывом при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 2400-2950 м/с, высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между пластинами в пакете выбирать из условия получения скорости соударения слоя из низкоуглеродистой стали верхней метаемой биметаллической пластины с алюминиевой в пределах 440-550 м/с, а алюминиевой пластины со слоем из низкоуглеродистой стали нижней биметаллической пластины - 430-510 м/с, что обеспечивает в пакете из металлических пластин надежную сварку алюминиевой пластины с пластинами из низкоуглеродистой стали 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 слоях из низкоуглеродистой стали двух биметаллических пластин. Толщина алюминиевой пластины менее 1 мм является недостаточной для обеспечения стабильных сварочных зазоров между ней и слоями из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин, 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 пятислойной заготовке необходим для формирования двух жаростойких диффузионных прослоек из интерметаллидов системы алюминий - железо между алюминием и слоями из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин при последующей термической обработке, а также для создания необходимого уровня внутренних термических напряжений, возникающих при охлаждении многослойной заготовки, способствующих отделению алюминия от стальных слоев по интерметаллидным диффузионным прослойкам.Thus, it was proposed to use two bimetallic plates for coating, consisting of alloyed and low-carbon steel layers, and to make an explosion welding package with the placement of aluminum plate between the low-carbon steel bimetal plates of a thickness of 1-1.5 mm, while the thickness of the top bimetallic plate being thrown choose within 2-10 mm, the lower bimetallic plate - not less than 2 mm, the thickness of the layers of low-carbon steel bimetallic plates choose within 0.3-0.5 mm, the resulting package It was proposed to weld by explosion at a detonation speed of the explosive charge of 2400-2950 m / s, the height of the explosive charge, as well as the welding gaps between the plates in the bag, should be selected from the conditions for obtaining the collision speed of the low carbon steel layer of the upper bimetallic plate with aluminum in the range 440-550 m / s, and an aluminum plate with a layer of low carbon steel of the lower bimetallic plate is 430-510 m / s, which ensures reliable welding of an aluminum plate with plates in a package of metal plates of low-carbon steel with a minimum wave amplitude in the zones of the joints 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 service properties during further technological operations during one technological cycle simultaneously on two bimetallic low-carbon steel layers plates. A thickness of the aluminum plate less than 1 mm is insufficient to ensure stable welding gaps between it and the low-carbon steel layers of the bimetallic 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 products. 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 five-layer billet is necessary for the formation of two heat-resistant diffusion layers of intermetallic compounds of the aluminum-iron system between aluminum and the layers of low-carbon steel of bimetallic plates during subsequent heat treatment, as well as to create the necessary level of internal thermal stresses arising from the cooling of the multilayer billet separation of aluminum from steel layers along intermetallic diffusion layers.
Предложено при составлении пакета под сварку взрывом использовать две биметаллические пластины, состоящие из слоев легированной и низкоуглеродистой стали. Слой из легированной стали в каждый биметаллической пластине обеспечивает высокую прочность получаемых изделий в процессе эксплуатации при обычных и повышенных температурах, а слои из низкоуглеродистой стали в таких пластинах выполняют функции вспомогательных промежуточных прослоек между алюминиевым слоем и слоями из легированной стали, что обеспечивает возможность получения в зонах соединения слоев низкоуглеродистой стали с алюминиевой пластиной диффузионных прослоек из интерметаллидов системы алюминий - железо с необходимым составом и свойствами.It is proposed to use two bimetallic plates consisting of alloyed and low-carbon steel layers when compiling a package for explosion welding. The alloy steel layer in each bimetallic plate provides high strength of the obtained products during operation at ordinary and elevated temperatures, and the low-carbon steel layers in such plates serve as auxiliary intermediate layers between the aluminum layer and alloy steel layers, which makes it possible to obtain in zones connection of low-carbon steel layers with an aluminum plate of diffusion layers of intermetallic compounds of the aluminum - iron system with the necessary stav and properties.
Толщина верхней метаемой биметаллической пластины 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 биметаллической пластины менее 2 мм возможны неконтролируемые деформации металлических слоев при сварке взрывом, приводящие к снижению качества получаемой продукции. Использование нижней биметаллической пластины с толщиной равной или большей 2 мм не приводит к ухудшению качества сварных соединений и качества получаемой продукции. Толщина слоев из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин менее 0,3 мм может оказаться недостаточной для обеспечения необходимой прочности их соединения со слоями из легированной стали при получении биметаллических пластин, например, горячей прокаткой. Толщина слоев из низкоуглеродистой стали более 0,5 мм является избыточной, поскольку для формирования диффузионных прослоек из интерметаллидов системы алюминий - железо большая толщина этих слоев не требуется.A thickness of the upper bimetallic plate being thrown 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 products obtained. When the thickness of the lower bimetallic 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 bimetallic plate with a thickness equal to or greater than 2 mm does not lead to a deterioration in the quality of welded joints and the quality of the products obtained. The thickness of the low-carbon steel layers of bimetallic plates of less than 0.3 mm may not be sufficient to provide the necessary strength of their connection with the layers of alloy steel when receiving bimetallic plates, for example, by hot rolling. The thickness of the low-carbon steel layers of more than 0.5 mm is excessive, since a large thickness of these layers is not required for the formation of diffusion layers from intermetallic compounds of the aluminum - iron system.
При скорости детонации взрывчатого вещества и скоростях соударения металлических пластин при сварке взрывом выше верхних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации металлических пластин 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 пластин в пакете ниже нижних предлагаемых пределов возможно появление непроваров в зонах соединения металлов, что приводит появлению брака получаемой продукции.When the detonation velocity of the explosive and the collision speeds of the metal plates during explosion welding are higher than the upper suggested limits, uncontrolled deformation of the metal plates with violations of their continuity is possible, and intense wave formation can occur in the zones of the joints, which can lead to the impossibility of further practical use of the welded workpieces. At the detonation velocity of the explosive and the collision speeds of the plates in the package below 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 пятислойной заготовки для образования сплошных интерметаллидных диффузионных прослоек между алюминиевым слоем и слоями из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин 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 слоев из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин сплошных жаростойких покрытий. Таким образом, термическую обработку предложено проводить в два этапа. На первом этапе ее проводят при температуре 660-665°С в течение 0,7-1 ч с переводом алюминия в жидкое состояние, но, когда его жидкотекучесть невелика, с последующим 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, то есть, когда алюминиевый слой находится в твердом, закристаллизованном состоянии. При термической обработке первого этапа, когда алюминиевый слой находится в жидком состоянии, 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 необходимого 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 биметаллическими 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 биметаллических пластинах имеют незначительную амплитуду шероховатости поверхности. При температуре и времени термической обработки второго этапа ниже нижних предлагаемых пределов толщина получаемых интерметаллидных 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.It is proposed that heat treatment of the welded five-layer billet to form continuous intermetallic diffusion layers between the aluminum layer and the low-carbon steel layers of bimetal plates be carried out at a temperature of 660-665 ° C for 0.7-1 h, cool with a furnace to a temperature of 640-650 ° C, to withstand in the furnace 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 on the surface layers of bimetallic mild steel plates of solid heat-resistant coatings. Thus, the heat treatment is proposed to 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 h with the conversion of aluminum to a liquid state, but when its fluidity is small, followed by cooling with a furnace 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 through intermetallic diffusion layers, that is, when the aluminum layer is in a solid, crystallized condition. During the heat treatment of the first stage, when the aluminum layer is in a liquid state, the rate 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 a 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 bimetallic 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 the bimetallic 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 obtained intermetallic diffusion layers from the FeAl 3 intermetallic compound is insufficient and at the same time spontaneous separation of aluminum from steel layers by intermetallic diffusion layers during cooling of the multilayer billet in air does not occur. 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. Берут две биметаллические пластины, состоящие из слоев легированной и низкоуглеродистой стали, а также алюминиевую пластину, очищают их от окислов и загрязнений и составляют пакет под сварку взрывом с размещением со сварочными зазорами между слоями из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин алюминиевой пластины толщиной 1-1,5 мм, при этом толщину верхней метаемой биметаллической пластины выбирают в пределах 2-10 мм, нижней биметаллической пластины - не менее 2 мм, толщину слоев из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин выбирают в пределах 0,3-0,5 мм. Полученный при этом пятислойный пакет укладывают на основание, размещенное на грунте. На поверхность пакета укладывают защитную прослойку из высокоэластичного материала, например, резины, защищающую поверхность верхней метаемой биметаллической пластины от повреждений, а на ее поверхности располагают заряд взрывчатого вещества со скоростью детонации 2400-2950 м/с. Высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между пластинами в пакете выбирают из условия получения скорости соударения слоя из низкоуглеродистой стали верхней метаемой биметаллической пластины с алюминиевой в пределах 440-550 м/с, а алюминиевой пластины со слоем из низкоуглеродистой стали нижней биметаллической пластины - 430-510 м/с. Инициирование процесса детонации в заряде взрывчатого вещества осуществляют с помощью электродетонатора и вспомогательного заряда взрывчатого вещества.The proposed method for coating is carried out in the following sequence. Take two bimetallic plates, consisting of layers of alloyed and low-carbon steel, as well as an aluminum plate, clean them from oxides and contaminants and make up a package for explosion welding with placement of welding bores between the layers of low-carbon steel bimetal plates of an aluminum plate 1-1.5 thick mm, while the thickness of the upper throwable bimetallic plate is chosen within 2-10 mm, the bottom of the bimetallic plate is not less than 2 mm, the thickness of the low-carbon steel layers of the bimetallic plates is take in the range of 0.3-0.5 mm. The resulting five-layer package is laid on a base placed on the ground. A protective layer of highly elastic material, for example, rubber, is laid on the surface of the bag, protecting the surface of the upper throwable bimetallic plate from damage, and an explosive charge with a detonation velocity of 2400-2950 m / s is placed on its surface. The height of the explosive charge, as well as the welding gaps between the plates in the bag, are selected from the condition of obtaining the collision speed of the low carbon steel layer of the upper bimetallic plate with aluminum within 440-550 m / s, and the aluminum plate with the low carbon layer of the lower bimetal plate - 430-510 m / s. The initiation of the detonation process in the explosive charge is carried out using an electric detonator and an auxiliary explosive charge.
После сварки взрывом, например, на фрезерном станке обрезают у сваренной пятислойной 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 пятислойной 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 слоев из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин сплошных жаростойких покрытий. После этого эти две пластины 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 at a five-layer welded workpiece by 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 assembly, for example, in an electric furnace, after which heat treatment of a welded five-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 the layers of low-carbon steel bimetal plates. After that, these two plates 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 из биметаллических пластин, 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 биметаллических пластинах, без использования в технологической схеме дефицитного и дорогостоящего никеля, с сокращением количества операций сварки взрывом до одной.The properties of the coating on the surface of each of the bimetallic plates obtained by the proposed method are approximately the same as those of the products of the prototype: the working temperature in oxidizing gas media 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 bimetallic plates, without the use of scarce and expensive nickel in the technological scheme, with reduced quantities and explosion welding operations to one.
Сущность способа поясняется примерами. Все примеры, в том числе и пример по прототипу, сведены 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 summarized in a 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
Берут две биметаллические пластины полученные, например, горячей прокаткой, состоящие из слоев легированной и низкоуглеродистой стали, а также алюминиевую пластину из алюминия АД1, очищают их от окислов и загрязнений и составляют пакет под сварку взрывом с размещением со сварочными зазорами между слоями из низкоуглеродистой стали биметаллических пластин алюминиевой пластины. В каждой биметаллической пластине один из слоев выполнен из легированной стали 15Х12ВНМФ, другой - из низкоуглеродистой стали Ст3сп. Толщина верхней метаемой биметаллической пластины δ1=2 мм, нижней биметаллической пластины - δ2=2 мм, толщина каждого слоя из низкоуглеродистой стали в каждой из биметаллических пластин δн=0,3 мм. Толщина алюминиевой пластины δAl=1 мм. Длина всех пластин равна 400 мм, ширина - 300 мм. Полученный при этом пятислойный пакет укладывают на плоское основание из древесно-стружечной плиты длиной 400 мм, шириной 300 мм, толщиной 18 мм, размещенное на грунте.Take two bimetallic plates obtained, for example, by hot rolling, consisting of layers of alloyed and low-carbon steel, as well as an aluminum plate made of aluminum AD1, clean them from oxides and impurities and make up a package for explosion welding with placement with welding gaps between the layers of low-carbon bimetallic steel aluminum plate plates. In each bimetallic plate, one of the layers is made of alloy steel 15Kh12VNMF, the other is made of low-carbon steel St3sp. The thickness of the upper throwable bimetallic plate δ 1 = 2 mm, the lower bimetallic plate - δ 2 = 2 mm, the thickness of each layer of low carbon steel in each of the bimetallic plates δ n = 0.3 mm. The thickness of the aluminum plate δ Al = 1 mm. The length of all plates is 400 mm, the width is 300 mm. The resulting five-layer package is laid on a flat base of particle board 400 mm long, 300 mm wide, 18 mm thick, placed on the ground.
При сборке пакета предварительно, с помощью компьютерной технологии, определяют величину необходимых сварочных зазоров: зазор между слоем из низкоуглеродистой стали верхней метаемой биметаллической пластины и алюминиевой пластиной h1, а между алюминиевой пластиной и слоем из низкоуглеродистой стали нижней биметаллической пластины - h2.When assembling the package, the value of the necessary welding gaps is determined using computer technology: the gap between the low-carbon steel layer of the upper bimetallic plate being thinned and the aluminum plate h 1 , and between the aluminum plate and the low-carbon steel layer of the lower bimetallic plate - 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 HBB=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 биметаллической 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: h1=2 мм, h2=1 мм, что обеспечивает скорость соударения слоя из низкоуглеродистой стали верхней метаемой биметаллической пластины с алюминиевой V1=550 м/с, а алюминиевой пластины со слоем из низкоуглеродистой стали нижней биметаллической пластины V2=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 пятислойной заготовки боковые кромки с краевыми эффектами. После обрезки длина заготовки равна 380 мм, ширина - 280 мм. Затем закрепляют ее в специальном удерживающем устройстве, размещают полученную сборку в электропечи, после чего проводят термическую обработку сваренной пятислойной заготовки для образования сплошных интерметаллидных диффузионных прослоек между алюминиевым и стальными слоями, и при температуре T1=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.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 laid on the surface of the bag, protecting the surface of the upper throwable bimetallic 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 low-carbon steel layer of the upper bimetallic plate with aluminum V 1 = 550 m / s, and an aluminum plate with a layer of low-carbon steel lower bimetallic 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 five-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 five-layer billet is heat treated to form continuous intermetallic diffusion layers between aluminum and steel layers, and at a temperature of T 1 = 660 ° C for τ 1 = 1 h then the furnace is cooled to a temperature T 2 = 640 ° C, held at this temperature for 2 τ h = 3, the thermally treated preform is removed from the holding device, after which it was cooled in air, resulting in samop Accidental aluminum layers separate from the steel by intermetallic diffusion layer.
В результате за один технологический цикл одновременно получают две биметаллические пластины, состоящие из слоев легированной стали 15Х12ВНМФ и низкоуглеродистой стали Ст3сп со сплошными жаростойкими покрытиями из интерметаллидов системы алюминий-железо с толщиной каждого из них δинт=0,08 мм (80 мкм) на поверхностях слоев из низкоуглеродистой стали, при этом толщина каждого слоя из легированной стали в каждой биметаллической пластине - δлег=1,7 мм, толщина каждого слоя из низкоуглеродистой стали Ст3сп - около 0,28 мм. 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 пониженная склонность к образованию трещин при теплосменах. В отличие от прототипа, получение покрытий по предлагаемому способу осуществляют одновременно на двух пластинах, без использования в технологической схеме дефицитного и дорогостоящего никеля, при этом сокращено количество операций сварки взрывом до одной.As a result, in one technological cycle, two bimetallic plates are simultaneously obtained, consisting of layers of alloy steel 15Kh12VNMF and low-carbon steel St3sp with continuous 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) on the surfaces layers of low carbon steel, while the thickness of each layer of alloy steel in each bimetallic plate is δ leg = 1.7 mm, the thickness of each layer of low carbon steel St3sp is about 0.28 mm. 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 resulting coatings have a reduced tendency to crack during heat exchange. In contrast to the prototype, coatings according to the proposed method are carried out simultaneously on two plates, without using scarce and expensive nickel in the technological scheme, while the number of explosion welding operations is reduced to one.
Пример 2.Example 2
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.The same as in example 1, but the following changes.
Толщина верхней метаемой биметаллической пластины δ1=6 мм, нижней биметаллической пластины - δ2=10 мм, толщина каждого слоя из низкоуглеродистой стали в каждой из биметаллических пластин δн=0,4 мм. Толщина алюминиевой пластины δAl=1,2 мм.The thickness of the upper throwable bimetallic plate δ 1 = 6 mm, the lower bimetallic plate - δ 2 = 10 mm, the thickness of each layer of low carbon steel in each of the bimetallic plates δ n = 0.4 mm. The thickness of the aluminum plate δ Al = 1.2 mm.
Для сварки взрывом пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=2540 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 33% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 67% аммиачной селитры. Высота заряда взрывчатого вещества HBB=60 мм.For burst welding, select an explosive from the recommended range with a detonation speed 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. Explosive charge height H BB = 60 mm.
Для получения скорости соударения металлических слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, величина сварочных зазоров равна: h1=5,2 мм, h2=1 мм, что обеспечивает скорость соударения слоя из низкоуглеродистой стали верхней метаемой биметаллической пластины с алюминиевой V1=480 м/с, а алюминиевой пластины со слоем из низкоуглеродистой стали нижней биметаллической пластины V2=460 м/с.To obtain the collision speed of metal layers within the proposed range, with the explosive charge parameters selected, the size of the welding clearances is: h 1 = 5.2 mm, h 2 = 1 mm, which ensures the collision speed of the low-carbon steel layer of the upper bimetallic plate with aluminum V 1 = 480 m / s, and an aluminum plate with a layer of low-carbon steel lower bimetallic plate V 2 = 460 m / s.
После сварки взрывом, обрезки у сваренной пятислойной заготовки боковых кромок с краевыми эффектами и нанесения на ее боковые поверхности специальной обмазки заготовку подвергают термической обработке при 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 five-layer workpiece of the side edges with edge effects and applying a special coating on its side surfaces, the 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 a 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.
Результаты те же, что в примере 1, но толщина слоя из легированной стали у одной из биметаллических пластин - 5,6 мм, у второй - 9,6 мм, толщина каждого слоя из низкоуглеродистой стали - около 0,38 мм, толщина каждого жаростойкого покрытия из интерметаллидов системы алюминий-железо δинт=0,07 мм (70 мкм).The results are the same as in example 1, but the thickness of the alloy steel layer of one of the bimetallic plates is 5.6 mm, the second of 9.6 mm, the thickness of each layer of low carbon steel is about 0.38 mm, the thickness of each heat-resistant coatings from intermetallic compounds of the aluminum-iron system δ int = 0.07 mm (70 μm).
Пример 3.Example 3
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.The same as in example 1, but the following changes.
Толщина верхней метаемой биметаллической пластины δ1=10 мм, нижней биметаллической пластины - δ2=15 мм, толщина каждого слоя из низкоуглеродистой стали в каждой из биметаллических пластин δн=0,5 мм. Толщина алюминиевой пластины δAl=1,5 мм.The thickness of the upper throwable bimetallic plate δ 1 = 10 mm, the lower bimetallic plate - δ 2 = 15 mm, the thickness of each layer of low carbon steel in each of the bimetallic plates δ n = 0.5 mm. The thickness of the aluminum plate is δ Al = 1.5 mm.
Для сварки взрывом пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=2400 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 20% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 80% аммиачной селитры. Высота заряда взрывчатого вещества HBB=150 мм.For burst welding, select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 2400 m / s. This speed provides an explosive, which is a mixture of 20% powdered ammonite 6GV and 80% ammonium nitrate. Explosive charge height H BB = 150 mm.
Для получения скорости соударения металлических слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, величина сварочных зазоров равна: h1=6,4 мм, h2=1 мм, что обеспечивает скорость соударения слоя из низкоуглеродистой стали верхней метаемой биметаллической пластины с алюминиевой V1=440 м/с, а алюминиевой пластины со слоем из низкоуглеродистой стали нижней биметаллической пластины V2=430 м/с.To obtain the collision speed of metal layers within the proposed range, with the explosive charge parameters selected, the size of the welding gaps is equal to: h 1 = 6.4 mm, h 2 = 1 mm, which ensures the collision speed of the low carbon steel layer of the upper bimetallic plate with aluminum V 1 = 440 m / s, and an aluminum plate with a layer of low carbon steel lower bimetal plate V 2 = 430 m / s.
После сварки взрывом, обрезки у сваренной пятислойной заготовки боковых кромок с краевыми эффектами и нанесения на ее боковые поверхности специальной обмазки заготовку подвергают термической обработке при температуре T1=665°С в течение τ1=0,7 ч, затем охлаждают с печью до температуры Т2=650°С, выдерживают в печи при этой температуре в течение τ2=2 ч с последующим охлаждением на воздухе.After explosion welding, trimming of the welded five-layer workpiece of the side edges with edge effects and applying a special coating on its side surfaces, the 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, kept in an oven at this temperature for τ 2 = 2 hours, followed by cooling in air.
Результаты те же, что в примере 1, но толщина слоя из легированной стали у одной из биметаллических пластин - 9,5 мм, у второй - 14,5 мм, толщина каждого слоя из низкоуглеродистой стали - около 0,49 мм, толщина каждого жаростойкого покрытия из интерметаллидов системы алюминий-железо δинт=0,06 мм (60 мкм).The results are the same as in example 1, but the thickness of the alloy steel layer of one of the bimetallic plates is 9.5 mm, the second of 14.5 mm, the thickness of each layer of low-carbon steel is about 0.49 mm, the thickness of each heat-resistant coatings from intermetallic compounds of the aluminum-iron system δ int = 0.06 mm (60 μm).
При получении покрытия 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 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 дефицитный и дорогостоящий никель, дважды осуществляют операции сварки взрывом, что приводит к существенным затратам на получение покрытия, а это ограничивает применение данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок.Upon receipt of the coating 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 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, when obtaining the coating according to the prototype use scarce and expensive nickel, twice perform explosion welding operations, which leads to significant costs for coating, and this limits the application of this method in the manufacture arostoykih parts power and chemical plants.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110648A RU2649921C1 (en) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110648A RU2649921C1 (en) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2649921C1 true RU2649921C1 (en) | 2018-04-05 |
Family
ID=61867476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017110648A RU2649921C1 (en) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2649921C1 (en) |
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 RU2017110648A patent/RU2649921C1/en active
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 |
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 | |
| JPS63118058A (en) | Member thermally sprayed with ceramic and its production | |
| US4247036A (en) | Process for assembling aluminum-based members and steel members | |
| RU2679814C1 (en) | Method for obtaining wear-resistant coatings on surfaces of copper and magnesium alloy plates | |
| RU2350442C2 (en) | Method of wear-resistant coating receiving | |
| RU2649922C1 (en) | Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate | |
| RU2649920C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| RU2463140C1 (en) | Method of producing titanium-aluminium composite material | |
| RU2649921C1 (en) | Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate | |
| RU2486043C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2642240C1 (en) | Method for production of coatings | |
| US2317510A (en) | Process for the joining of metals | |
| RU2370350C1 (en) | Method of producing composite titanium-aluminium material | |
| RU2293004C1 (en) | Titanium-steel composition material producing method | |
| RU2701699C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper | |
| RU2463141C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2711284C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from copper and aluminum alloy | |
| RU2533508C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| RU2700441C1 (en) | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate | |
| RU2488469C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2807264C1 (en) | Method for producing heat-resistant coating | |
| RU2807253C1 (en) | Method for producing heat-resistant coating on surface of heat-resistant steel plate | |
| RU2807255C1 (en) | Method for producing heat-resistant coating on the surface of heat-resistant steel plate | |
| RU2725503C1 (en) | Method of producing heat-resistant coatings on steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191120 Effective date: 20191120 |