RU2807264C1 - Method for producing heat-resistant coating - Google Patents
Method for producing heat-resistant coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807264C1 RU2807264C1 RU2023104791A RU2023104791A RU2807264C1 RU 2807264 C1 RU2807264 C1 RU 2807264C1 RU 2023104791 A RU2023104791 A RU 2023104791A RU 2023104791 A RU2023104791 A RU 2023104791A RU 2807264 C1 RU2807264 C1 RU 2807264C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- plate
- nichrome
- copper
- thickness
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 139
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 69
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 44
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 19
- 238000005269 aluminizing Methods 0.000 claims description 13
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 9
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 claims description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 19
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 abstract description 8
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 25
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 4
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 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 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011093 chipboard Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 229910018507 Al—Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 102220504526 Dolichyl-diphosphooligosaccharide-protein glycosyltransferase subunit 4_V23K_mutation Human genes 0.000 description 1
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- CYUOWZRAOZFACA-UHFFFAOYSA-N aluminum iron Chemical compound [Al].[Fe] CYUOWZRAOZFACA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Inorganic materials [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) 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 for energy and chemical installations with increased heat resistance.
Известен способ получения износостойкого покрытия на поверхности титановой пластины, при котором составляют пакет под сварку взрывом из слоев алюминия и титана с соотношением толщин слоев 1:(2-8) при толщине слоя алюминия 1-1,5 мм, располагают на поверхности пакета заряд ВВ и осуществляют сварку взрывом при скорости детонации 1760-2700 м/с. Высоту заряда ВВ и сварочный зазор между пластинами пакета выбирают из условия получения скорости соударения при сварке в пределах 550-650 м/с. После сварки пакет подвергают отжигу путем нагрева до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 90-100°С в течение 1,5-3 часов с формированием между слоями алюминия и титана сплошной интерметаллидной прослойки. Затем производят обжатие пакета стальными пуансонами до полного удаления с поверхности интерметаллидной прослойки остатков алюминиевого слоя. Полученную заготовку нагревают до температуры 730-740°С, выдерживают в течение 0,2-0,3 часов, а затем ускоренно охлаждают между металлическими пластинами с высокой теплопроводностью с получением на поверхности титановой пластины высокотвёрдого интерметаллидного покрытия. Полученное износостойкое интерметаллидное покрытие на титановой пластине обладает значительной толщиной и высокой твердостью при высокой скорости роста его толщины. (Патент РФ №2373036, МПК B23K 20/08, С23С 26/00, опубл. 20.11.2009, бюл. №32).There is a known method for obtaining a wear-resistant coating on the surface of a titanium plate, in which a package for explosion welding is made from layers of aluminum and titanium with a layer thickness ratio of 1:(2-8) with an aluminum layer thickness of 1-1.5 mm, an explosive charge is placed on the surface of the package and carry out explosion welding at a detonation speed of 1760-2700 m/s. The height of the explosive charge and the welding gap between the plates of the stack are selected from the condition of obtaining a collision speed during welding in the range of 550-650 m/s. After welding, the package is subjected to annealing by heating to a temperature exceeding the melting point of aluminum by 90-100°C for 1.5-3 hours with the formation of a continuous intermetallic layer between the layers of aluminum and titanium. Then the package is compressed with steel punches until the remaining aluminum layer is completely removed from the surface of the intermetallic layer. The resulting workpiece is heated to a temperature of 730-740°C, held for 0.2-0.3 hours, and then rapidly cooled between metal plates with high thermal conductivity to obtain a highly hard intermetallic coating on the surface of the titanium plate. The resulting wear-resistant intermetallic coating on a titanium plate has significant thickness and high hardness with a high growth rate of its thickness. (RF Patent No. 2373036, IPC B23K 20/08, C23C 26/00, publ. 11/20/2009, Bulletin No. 32).
К недостаткам данного способа относится повышенная склонность к хрупкому разрушению получаемого по нему покрытия при теплосменах и динамических нагрузках, что связано с его весьма высокой твёрдостью, достигающей 7-7,5 ГПа, а также малая жаростойкость получаемого покрытия: допускаемая рабочая изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 900 оС, что ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок.The disadvantages of this method include an increased tendency to brittle destruction of the coating obtained using it during thermal changes and dynamic loads, which is associated with its very high hardness, reaching 7-7.5 GPa, as well as the low heat resistance of the resulting coating: the permissible working capacity of products with such coatings is oxidizing gas environments does not exceed 900 o C, which limits the possibility of using this method in the manufacture of heat-resistant parts for power and chemical plants.
Известен способ получения износостойких покрытий, при котором 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 ВВ, затем сваренную заготовку нагревают до температуры 900-950°C 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 160-300 мкм, после этого заготовку охлаждают вместе с печью, а затем нагревают до температуры 930-950°C, 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 B23K 20/08, опубл. 27.03.2009, бюл. №9).There is a known method for producing wear-resistant coatings, in which explosion welding of titanium and steel plates is carried out, and then high-temperature diffusion heat treatment of the welded workpiece is carried out to form an intermetallic layer of a given thickness at the interfaces of metals; explosion welding of a titanium plate with a steel plate is carried out in modes that provide amplitude waves in the metal joining zone equal to 0.18-0.37 mm, while the process is carried out at a collision speed of the welded plates equal to 440-650 m/s and a regulated explosive detonation speed, then the welded workpiece is heated to a temperature of 900-950°C and maintained at this temperature in a vacuum furnace for 10-14 hours until a high-hard intermetallic diffusion layer 160-300 microns thick is formed in the wave-shaped zone of the titanium-steel joint formed during explosion welding, after which the workpiece is cooled along 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, thereby forming high-hard wear-resistant coatings with a regular wavy surface on titanium and steel. The coatings obtained using this method have high wear resistance (RF Patent No. 2350442, IPC B23K 20/08, published 03/27/2009, Bulletin No. 9).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено малой жаростойкостью получаемых по этому способу покрытий: допускаемая рабочая температура изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 700°C. Кроме того, развитая волнообразная поверхность таких покрытий способствует снижению их жаростойкости, что ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок. This method has a low technical level, which is due to the low heat resistance of the coatings obtained using this method: the permissible operating temperature of products with such coatings in oxidizing gas environments does not exceed 700°C. In addition, the developed wavy surface of such coatings helps to reduce their heat resistance, which limits the possibility of using this method in the manufacture of heat-resistant parts for power and chemical plants.
Известен способ получения жаростойкого интерметаллидного покрытия на поверхности стальной пластины при котором алюминиевую пластину размещают между пластинами из низкоуглеродистой стали. Полученный трехслойный пакет располагают между пластинами из легированной стали. Полученный пятислойный пакет сваривают взрывом при заданной скорости детонации заряда ВВ. Высоту заряда и сварочные зазоры между пластинами в пятислойном пакете выбирают из условия получения заданных скоростей соударения пластин. Проводят термическую обработку сваренной пятислойной заготовки и охлаждение с печью до заданной температуры. Последующее охлаждение на воздухе заготовки приводит к самопроизвольному отделению алюминия от стальных слоев по интерметаллидным диффузионным прослойкам с образованием двух биметаллических пластин. Каждая из полученных пластин состоит из слоя легированной и слоя низкоуглеродистой стали и имеет сплошное жаростойкое покрытие системы алюминий-железо на поверхности слоя из низкоуглеродистой стали. Способ обеспечивает одновременное получение двух биметаллических пластин, состоящих из слоёв легированной и из низкоуглеродистой стали с сплошными жаростойкими покрытиями на поверхностях слоёв из низкоуглеродистой стали при проведении одной операции сварки взрывом. (Патент РФ №2649922, МПК B23K 20/08, С23С 26/00, опубл. 05.04.2018, бюл. №10).There is a known method for producing a heat-resistant intermetallic coating on the surface of a steel plate in which an aluminum plate is placed between low-carbon steel plates. The resulting three-layer package is placed between alloy steel plates. The resulting five-layer package is welded by explosion at a given detonation speed of the explosive charge. The charge height and welding gaps between the plates in a five-layer stack are selected from the condition of obtaining the specified plate collision velocities. The welded five-layer workpiece is heat treated and cooled in a furnace to a predetermined temperature. Subsequent cooling of the workpiece in air leads to spontaneous separation of aluminum from the steel layers along intermetallic diffusion layers with the formation of two bimetallic plates. Each of the resulting plates consists of a layer of alloy and a layer of low-carbon steel and has a continuous heat-resistant coating of the aluminum-iron system on the surface of the low-carbon steel layer. The method ensures the simultaneous production of two bimetallic plates consisting of layers of alloy and low-carbon steel with continuous heat-resistant coatings on the surfaces of the low-carbon steel layers during one explosion welding operation. (RF Patent No. 2649922, IPC B23K 20/08, C23C 26/00, published 04/05/2018, Bulletin No. 10).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено недостаточно высокой жаростойкостью получаемых по этому способу покрытий: допускаемая рабочая температура изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 950-1000°C, что ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении ряда жаростойких деталей энергетических и химических установок. This method has a low technical level, which is due to the insufficiently high heat resistance of the coatings obtained using this method: the permissible operating temperature of products with such coatings in oxidizing gas environments does not exceed 950-1000°C, which limits the possibility of using this method in the manufacture of a number of heat-resistant parts for energy and chemical plants.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения покрытия, при котором составляют пакет из никелевой пластины толщиной 1-1,2 мм и стальной пластины, сваривают их взрывом при скорости детонации заряда ВВ 2000-2700 м/с, высоту заряда ВВ, а также сварочный зазор между метаемой никелевой пластиной и неподвижной стальной пластиной выбирают из условия получения скорости их соударения в пределах 420-480 м/с, затем 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, после чего составляют пакет под сварку взрывом из полученной биметаллической заготовки и алюминиевой пластины толщиной 1,5-2 мм, сваривают их взрывом при скорости детонации заряда ВВ 2000-2700 м/с, высоту заряда ВВ, 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°C в течение 1,5-7 ч с охлаждением на воздухе, приводящим к самопроизвольному разделению алюминия и никеля по интерметаллидной диффузионной прослойке. Этим способом на поверхности стальной пластины получают двухслойное покрытие с наружным, наиболее жаростойким слоем из интерметаллидов системы алюминий-никель, толщиной 0,045-0,065 мм, с рабочей температурой в окислительных газовых средах до 1000°C. Промежуточный слой с толщиной 0,3-0,6 мм – из пластичного никеля, благодаря которому полученное данным способом покрытие имеет пониженную склонность к образованию трещин при теплосменах (термоциклировании). (Патент РФ №2486999, МПК В23К 20/08, С23С 26/00, опубл. 10.07.13, бюл. №19 - прототип).The closest in terms of technical level and achieved result is the method of obtaining a coating, in which a package is made up of a nickel plate with a thickness of 1-1.2 mm and a steel plate, welded by explosion at a detonation speed of the explosive charge of 2000-2700 m/s, the height of the explosive charge, and also the welding gap between the thrown nickel plate and the stationary steel plate is selected from the condition of obtaining their collision speed in the range of 420-480 m/s, then the welded two-layer package is hot rolled at a temperature of 900-950°C with compression to a nickel layer thickness of 0.3-0.5 of its original thickness, after which they make up a package for explosion welding from the resulting bimetallic billet and an aluminum plate 1.5-2 mm thick, weld them by explosion at a detonation speed of the explosive charge of 2000-2700 m/s, charge height The explosive, as well as the welding gap between the thrown aluminum plate and the nickel layer of the stationary bimetallic workpiece is selected from the condition of obtaining a speed of their collision in the range of 420-500 m/s; heat treatment of the welded three-layer workpiece 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, leading to spontaneous separation of aluminum and nickel along the intermetallic diffusion layer. In this way, a two-layer coating is obtained on the surface of a steel plate with an outer, most heat-resistant layer of intermetallic compounds of the aluminum-nickel system, 0.045-0.065 mm thick, with an operating temperature in oxidizing gas environments of up to 1000°C. The intermediate layer with a thickness of 0.3-0.6 mm is made of ductile nickel, due to which the coating obtained by this method has a reduced tendency to form cracks during thermal changes (thermal cycling). (RF Patent No. 2486999, IPC V23K 20/08, S23S 26/00, publ. 07/10/13, Bulletin No. 19 - prototype).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено недостаточно высокой жаростойкостью получаемых по этому способу покрытий: допускаемая рабочая температура изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 1000°C. Кроме того, в полученном по этому способу покрытии отсутствует слой с повышенной теплопроводностью, препятствующий возникновению в хрупком наружном слое покрытия термических напряжений недопустимо высокого уровня при воздействии на него концентрированных источников нагрева, что весьма ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении ряда жаростойких деталей энергетических и химических установок. This method has a low technical level, which is due to the insufficiently high heat resistance of the coatings obtained using this method: the permissible operating temperature of products with such coatings in oxidizing gas environments does not exceed 1000°C. In addition, the coating obtained by this method does not have a layer with increased thermal conductivity, which prevents the occurrence of unacceptably high levels of thermal stress in the fragile outer layer of the coating when exposed to concentrated heat sources, which greatly limits the possibility of using this method in the manufacture of a number of heat-resistant energy and chemical parts installations.
В связи с этим важнейшей задачей является разработка нового способа получения двухслойного жаростойкого покрытия на поверхности пластины из меди, обеспечивающего изделиям с такими покрытиями более высокую допускаемую рабочую температуру в окислительных газовых средах и способность длительно эксплуатироваться в них при повышенных температурах.In this regard, the most important task is to develop a new method for producing a two-layer heat-resistant coating on the surface of a copper plate, providing products with such coatings with a higher permissible operating temperature in oxidizing gas environments and the ability to operate in them for a long time at elevated temperatures.
Техническим результатом заявленного способа является получение покрытия с повышенной жаростойкостью в окислительных газовых средах и повышенной стойкостью к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках, способного длительно сопротивляться газовой коррозии даже в случае повреждения наружного слоя покрытия.The technical result of the claimed method is to obtain a coating with increased heat resistance in oxidizing gas environments and increased resistance to brittle fracture under thermal cycling and dynamic loads, capable of long-term resistance to gas corrosion even in the event of damage to the outer layer of the coating.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения трехслойного жаростойкого покрытия на поверхности пластины из аустентной стали, включающем составление пакета из металлических пластин, размещение над ним защитной прослойки с зарядом взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, прокатку сваренных пластин, и термическую обработку, при этом составляют трёхслойный пакет с размещением между верхней нихромовой пластиной толщиной 0,8-1 мм и нижней пластиной из аустенитной стали толщиной 2-6 мм медной пластины толщиной 1-2 мм, сваривают взрывом пластины пакета при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 1850-2540 м/с с получением трехслойной заготовки, при этом высоту заряда взрывчатого вещества, материал и толщину защитной прослойки на поверхности нихромовой пластины, а также сварочные зазоры между свариваемыми пластинами выбирают из условия получения скорости соударения нихромовой пластины с медной 390-450 м/с, медной со стальной пластиной 350-415 м/с, осуществляют холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки с обеспечением обжатия нихромового слоя до толщины, равной 0,4-0,5 мм, затем производят алитирование нихромового слоя прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760оС в течение 1,2-6 минут, после чего проводят термическую обработку при температуре 850-900оС в течение 15-20 часов.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method of obtaining a three-layer heat-resistant coating on the surface of an austenite steel plate, including making a package of metal plates, placing a protective layer with an explosive charge over it, performing explosion welding, rolling the welded plates, and heat treatment, in this case, a three-layer package is made with a copper plate 1-2 mm thick placed between the upper nichrome plate 0.8-1 mm thick and the lower plate made of austenitic steel 2-6 mm thick, the plates of the package are welded by explosion at a detonation speed of the explosive charge of 1850-2540 m/s to obtain a three-layer workpiece, while the height of the explosive charge, the material and thickness of the protective layer on the surface of the nichrome plate, as well as the welding gaps between the welded plates are selected from the condition of obtaining the collision speed of the nichrome plate with the copper 390-450 m/s, copper with a steel plate of 350-415 m/s, cold rolling of the resulting three-layer billet is carried out, ensuring compression of the nichrome layer to a thickness of 0.4-0.5 mm, then aluminizing the nichrome layer of the rolled three-layer billet is carried out in molten aluminum at a temperature of 720-760 o C for 1.2-6 minutes, after which heat treatment is carried out at a temperature of 850-900 o C for 15-20 hours.
Способ получения трехслойного жаростойкого покрытия на поверхности пластины из аустентной стали характеризуется тем, что для изготовления нихромовой пластины используют нихром марки Х20Н80.The method for producing a three-layer heat-resistant coating on the surface of an austenitic steel plate is characterized by the fact that X20N80 grade nichrome is used to produce a nichrome plate.
Способ получения трехслойного жаростойкого покрытия на поверхности пластины из аустентной стали характеризуется тем, что для изготовления медной пластины используют медь марки М1.The method for producing a three-layer heat-resistant coating on the surface of an austenitic steel plate is characterized by the fact that M1 grade copper is used to produce a copper plate.
Способ получения трехслойного жаростойкого покрытия на поверхности пластины из аустентной стали характеризуется тем, что для изготовления пластины из аустенитной стали используют сталь марки 12Х18Н10Т.The method for producing a three-layer heat-resistant coating on the surface of an austenitic steel plate is characterized by the fact that 12Х18Н10Т grade steel is used to manufacture the austenitic steel plate.
Способ получения трехслойного жаростойкого покрытия на поверхности пластины из аустентной стали характеризуется тем, что алитирование проводят в расплаве алюминия марки АД1.The method for producing a three-layer heat-resistant coating on the surface of an austenitic steel plate is characterized by the fact that aluminization is carried out in a melt of AD1 aluminum.
Новый способ получения жаростойкого покрытия имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по методам формирования покрытия на металлической поверхности, его составу, строению, так и по совокупности технологических приёмов и режимов при его получении. Так предложено составлять трёхслойный пакет с размещением между верхней нихромовой пластиной толщиной 0,8-1 мм и нижней пластиной из аустенитной стали, толщиной 2-6 мм, медной пластины толщиной 1-2 мм, сваривать взрывом пластины пакета при скорости детонации заряда ВВ 1850-2540 м/с, при этом высоту заряда ВВ, материал и толщину защитной прослойки на поверхности нихромовой пластины, а также сварочные зазоры между свариваемыми пластинами выбирать из условия получения скорости соударения нихромовой пластины с медной 390-450 м/с, медной со стальной пластиной 350-415 м/с, что обеспечивает надёжную сварку нихромового, медного и стального слоёв, исключает нарушение сплошности тонкого нихромового слоя при сварке взрывом, создает благоприятные условия для получения при дальнейших технологических операциях качественного покрытия с повышенной жаростойкостью и долговечностью. Толщины нихромовой и медной пластин ниже нижнего предлагаемого предела являются недостаточными для обеспечения стабильных сварочных зазоров между слоями пакета из-за их гибкости, а это, может приводить к снижению качества сварных соединений. Их толщины выше верхнего предлагаемого предела являются избыточными, поскольку это приводит к чрезмерному расходу дорогостоящих нихрома и меди в расчёте на одно изделие. Нижнюю пластину из аустенитной стали трёхслойного пакета предложено изготавливать толщиной 2-6 мм, что обеспечивает при сварке взрывом получение качественных трёхслойных заготовок без неконтролируемых поперечных деформаций. При толщине этой пластины менее 2 мм возникает необходимость применения дополнительной металлической оснастки при сварке взрывом, а это приводит к удорожанию процесса получения покрытия. The new method for producing a heat-resistant coating has significant differences compared to the prototype, both in the methods of forming the coating on a metal surface, its composition, structure, and in the set of technological methods and modes for its production. Thus, it is proposed to compose a three-layer package with a copper plate 1-2 mm thick placed between the upper nichrome plate 0.8-1 mm thick and the lower plate of austenitic steel, 2-6 mm thick, and explosion weld the package plates at a detonation speed of the explosive charge of 1850- 2540 m/s, while the height of the explosive charge, the material and thickness of the protective layer on the surface of the nichrome plate, as well as the welding gaps between the plates being welded are selected from the condition of obtaining the collision speed of the nichrome plate with copper 390-450 m/s, copper with steel plate 350 -415 m/s, which ensures reliable welding of nichrome, copper and steel layers, eliminates disruption of the continuity of a thin nichrome layer during explosion welding, and creates favorable conditions for obtaining a high-quality coating with increased heat resistance and durability during further technological operations. Thicknesses of nichrome and copper plates below the lower proposed limit are insufficient to ensure stable welding gaps between the layers of the package due to their flexibility, and this can lead to a decrease in the quality of welded joints. Their thicknesses above the upper proposed limit are excessive, since this leads to excessive consumption of expensive nichrome and copper per product. It is proposed to make the bottom plate of austenitic steel of a three-layer stack with a thickness of 2-6 mm, which ensures the production of high-quality three-layer workpieces without uncontrolled transverse deformations during explosion welding. When the thickness of this plate is less than 2 mm, it becomes necessary to use additional metal equipment during explosion welding, and this leads to an increase in the cost of the process of obtaining the coating.
При скорости детонации заряда ВВ и скоростях соударения пластин пакета ниже нижних предлагаемых пределов возможно появление непроваров в зонах соединения металлов, что снижает качество сварки слоёв пакета. При скорости детонации ВВ и скоростях соударения пластин пакета выше верхних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации металлических слоёв с нарушениями сплошности нихромового и медного слоёв, что может привести к невозможности дальнейшего использования сваренной заготовки для формирования на ней качественного покрытия.When the detonation speed of the explosive charge and the collision speeds of the stack plates are below the lower proposed limits, lack of fusion may occur in the metal joining zones, which reduces the quality of welding of the stack layers. When the explosive detonation speed and the collision speeds of the stack plates are higher than the upper proposed limits, uncontrolled deformations of the metal layers are possible with violations of the continuity of the nichrome and copper layers, which can lead to the impossibility of further using the welded workpiece to form a high-quality coating on it.
Предложено осуществлять холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки с обеспечением обжатия нихромового слоя до толщины, равной 0,4-0,5 мм, что способствует получению оптимальной толщины нихромового слоя, который при последующем алитировании и термообработке частично превращается в слой из интерметаллидов и твёрдых растворов, обладающий повышенной жаростойкостью и долговечностью при повышенных температурах, а остальная его часть обеспечивает повышенную стойкость покрытия к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках. Холодная прокатка приводит к увеличению длины и ширины полученной трёхслойной заготовки с одновременным уменьшением её толщины, что способствует снижению расхода нихрома, меди и аустенитной стали в расчете на одно изделие. Обжатие до получения толщины нихромового слоя менее 0.4 мм является избыточным, поскольку это может привести к снижению служебных свойств получаемого покрытия. Обжатие до толщины нихромового слоя более 0,5 мм приводит к лишнему расходу нихрома в расчёте на одно изделие.It is proposed to carry out cold rolling of the resulting three-layer billet, ensuring compression of the nichrome layer to a thickness of 0.4-0.5 mm, which helps to obtain the optimal thickness of the nichrome layer, which, with subsequent aluminization and heat treatment, partially transforms into a layer of intermetallic compounds and solid solutions, which has increased heat resistance and durability at elevated temperatures, and the rest of it provides increased resistance of the coating to brittle fracture under thermal cycling and dynamic loads. Cold rolling leads to an increase in the length and width of the resulting three-layer billet while simultaneously reducing its thickness, which helps reduce the consumption of nichrome, copper and austenitic steel per product. Compression to obtain a nichrome layer thickness of less than 0.4 mm is excessive, since this can lead to a decrease in the service properties of the resulting coating. Compression to a nichrome layer thickness of more than 0.5 mm leads to unnecessary consumption of nichrome per product.
Алитирование нихромового слоя прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия с последующей термической обработкой полученной заготовки приводит к получению на поверхности пластины из аустенитной стали сплошного жаростойкого покрытия с необходимыми свойствами. Без такой обработки нихромовый слой может контактировать с окислительными газовыми средами с температурой, достигающей 1100 оС, лишь непродолжительное время. После алитирования нихромового слоя в расплаве алюминия на его поверхности остаётся сплошной тонкий слой алюминия, который при последующей термообработке, взаимодействуя с нихромом, трансформируется в наиболее жаростойкий наружный слой покрытия с необходимой толщиной и свойствами. Предложено алитирование нихромового слоя в расплаве алюминия производить при температуре 720-760 оС в течение 1,2-6 минут. Температура и время алитирования ниже нижних предлагаемых пределов не приводит к образованию на поверхности нихрома сплошного алюминиевого слоя, что, в свою очередь, приводит к браку получаемой продукции. Температура и время алитирования выше верхних предлагаемых пределов являются избыточными, поскольку это приводит к лишним энергетическим затратам и, как следствие этого, к удорожанию получаемой продукции. Aluminizing the nichrome layer of a rolled three-layer billet in an aluminum melt followed by heat treatment of the resulting billet results in a continuous heat-resistant coating with the necessary properties being obtained on the surface of an austenitic steel plate. Without such treatment, the nichrome layer can be in contact with oxidizing gas environments with temperatures reaching 1100 o C for only a short time. After aluminizing the nichrome layer in the aluminum melt, a continuous thin layer of aluminum remains on its surface, which, during subsequent heat treatment, interacting with nichrome, is transformed into the most heat-resistant outer layer of the coating with the required thickness and properties. It is proposed to aluminize the nichrome layer in molten aluminum at a temperature of 720-760 o C for 1.2-6 minutes. The aluminizing temperature and time below the lower proposed limits does not lead to the formation of a continuous aluminum layer on the surface of nichrome, which, in turn, leads to defective products. The aluminizing temperature and time above the upper proposed limits are excessive, since this leads to unnecessary energy costs and, as a consequence, to an increase in the cost of the resulting product.
Предложено после алитирования нихромового слоя в расплаве алюминия проводить термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900 оС в течение 15-20 часов, приводящей к образованию на поверхности пластины из аустенитной стали сплошного жаростойкого покрытия. It is proposed that after aluminizing the nichrome layer in an aluminum melt, heat treatment of the resulting workpiece is carried out at a temperature of 850-900 o C for 15-20 hours, leading to the formation of a continuous heat-resistant coating on the surface of the austenitic steel plate.
Температура и время термической обработки ниже нижних предлагаемых пределов не приводит к образованию наружного слоя покрытия требуемого качества, Температура и время термической обработки выше верхних предлагаемых пределов являются избыточными, поскольку это приводит к излишним энергетическим затратам и к снижению качества получаемой продукции. The temperature and time of heat treatment below the lower proposed limits do not lead to the formation of an outer coating layer of the required quality. The temperature and time of heat treatment above the upper proposed limits are excessive, since this leads to unnecessary energy costs and a decrease in the quality of the resulting product.
Предложено для изготовления нихромовой пластины использовать нихром марки Х20Н80, поскольку этот жаростойкий сплав обладает высокой пластичностью, не склонен к образованию нежелательных хрупких фаз при сварке взрывом с медью и дальнейших технологических операциях предлагаемого способа. В случае каких-либо аварийных ситуаций, приведших к повреждению наружного слоя покрытия, нихромовая прослойка в повреждённом материале может достаточно долго защищать смежный с ней медный слой (до 150 часов) от воздействия окислительных газовых сред при температуре до 1100 оС.It is proposed to use X20N80 grade nichrome for the manufacture of a nichrome plate, since this heat-resistant alloy has high ductility and is not prone to the formation of undesirable brittle phases during explosion welding with copper and further technological operations of the proposed method. In the event of any emergency situations leading to damage to the outer layer of the coating, the nichrome layer in the damaged material can protect the adjacent copper layer for quite a long time (up to 150 hours) from exposure to oxidizing gas environments at temperatures up to 1100 o C.
Предложено для изготовления медной пластины использовать медь марки М1, поскольку она обладает хорошей свариваемостью с нихромом и с аустенитной сталью, необходимой пластичностью при прокатке, достаточно высокой температурой плавления и весьма высокой теплопроводностью, благодаря чему исключается возникновение в наружном слое покрытия термических напряжений недопустимо высокого уровня при воздействии на него концентрированных источников нагрева при эксплуатации в окислительных газовых средах с температурой до 1100 оС. Предложено при изготовлении пластины из аустенитной стали использовать сталь марки 12Х18Н10Т, поскольку она обладает хорошей свариваемостью с медью без образования на границе их соединения нежелательных хрупких фаз и необходимой пластичностью при прокатке, широко используется для изготовления деталей химических и энергетических установок ответственного назначения, но не обладает высокой жаростойкостью. Интенсивное окалинообразование в окислительной газовой среде у этой стали происходит уже при температуре 850 оС, что вызывает необходимость нанесения на её поверхность жаростойкого покрытия по предлагаемому способу.It is proposed to use copper grade M1 for the manufacture of a copper plate, since it has good weldability with nichrome and austenitic steel, the necessary ductility during rolling, a sufficiently high melting point and very high thermal conductivity, which eliminates the occurrence of unacceptably high thermal stresses in the outer layer of the coating when exposure to concentrated heat sources during operation in oxidizing gas environments with temperatures up to 1100 o C. It is proposed to use 12Х18Н10Т grade steel in the manufacture of austenitic steel plates, since it has good weldability with copper without the formation of undesirable brittle phases at the boundary of their connection and the necessary ductility when rolling, it is widely used for the manufacture of parts for critical chemical and power plants, but does not have high heat resistance. Intense scaling in an oxidizing gas environment for this steel occurs already at a temperature of 850 o C, which necessitates the application of a heat-resistant coating to its surface using the proposed method.
Предлагаемый способ получения жаростойкого покрытия, осуществляется в следующей последовательности. Берут предварительно очищенные от окислов и загрязнений пластины из нихрома толщиной 0,8-1 мм, из меди толщиной 1-2 мм и из аустенитной стали толщиной 2-6 мм, и составляют из них со сварочными зазорами трёхслойный пакет под сварку взрывом с размещением между верхней нихромовой пластиной и нижней пластиной из аустенитной стали медной пластины, укладывают его на основание, размещенное на грунте. На поверхность верхней нихромовой пластины укладывают защитную прослойку, например, из стали, защищающую её поверхность от повреждений продуктами детонации ВВ, а на поверхности защитной прослойки располагают заряд ВВ со скоростью детонации 1850-2540 м/с, при этом высоту заряда ВВ, материал и толщину защитной прослойки на поверхности нихромовой пластины, а также сварочные зазоры между свариваемыми пластинами выбирают из условия получения скорости соударения нихромовой пластины с медной 390-450 м/с, а медной со стальной пластиной 350-415 м/с. Инициирование процесса детонации в заряде ВВ осуществляют с помощью электродетонатора и вспомогательного заряда ВВ. Затем осуществляют холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки с обеспечением обжатия нихромового слоя до толщины, равной 0,4-0,5 мм. После прокатки, например, на фрезерном станке обрезают боковые кромки у прокатанного пакета с краевыми эффектами, после чего у полученной трёхслойной заготовки производят зачистку покрываемой поверхности нихрома, например, наждачной бумагой, производят обезжиривание, например, ацетоном, наносят специальный флюс, например, на основе полиэфирной смолы и этилацетата. Полученную при этом заготовку устанавливают горизонтально в специальном приспособлении, препятствующим в дальнейшем контакту слоя из аустенитной стали с расплавом алюминия, нагревают полученную сборку, например, в электропечи до температуры алитирования, равной 720-760 оС, заливают на поверхность нихромового слоя расплавленный алюминий, нагретый до такой же температуры, выдерживают в течение 1,2-6 минут, после чего избыток алюминия удаляют с поверхности алитированного слоя, а алитированную заготовку после её охлаждения на воздухе извлекают из приспособления, помещают её в металлический контейнер, например, из окалиностойкой стали, с последующей его герметизацией, что способствует защите пластины из аустенитной стали от окисления при термообработке, помещают его в электропечь после чего проводят термическую обработку алитированной заготовки, помещённой в контейнер, при температуре 850-900 оС в течение 15-20 часов с последующим охлаждением на воздухе и извлечением термообработанной заготовки из металлического контейнера. В результате на поверхности пластины из аустенитной стали получают сплошное трёхслойное жаростойкое покрытие, наружный слой которого способен длительно сопротивляться газовой коррозии в окислительных газовых средах при температуре до 1100 оС в течение времени до 6000 часов, при этом примыкающий к наружному слою промежуточный нихромовый слой способен длительно (до 150 часов) сопротивляться газовой коррозии при температуре до 1100 оС даже в случае повреждения наружного слоя покрытия. Наружный слой покрытия, наиболее стойкий к газовой коррозии при повышенных температурах, толщиной 0,18-0,25 мм, сформированный в результате диффузионного взаимодействия алюминия с нихромом, состоит из пластичных интерметаллидов и твёрдых растворов: NiAl(Cr), Ni3Al(Cr) и Ni(Cr, Al). Твёрдость его невысокая и составляет 3,4-3,6 ГПа. Примыкающий к наружному слою пластичный слой толщиной 0,2-0,26 мм, состоит из нихрома. Его твёрдость примерно вдвое ниже твёрдости наружного слоя и составляет 1,7-1,9 ГПа. Благодаря такому оптимальному сочетанию твёрдости и пластичности слоёв покрытия, нанесённого на пластину из аустенитной стали, оно обладает повышенной стойкостью к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках. Между слоями из нихрома и аустенитной стали в полученном покрытии расположен медный слой толщиной 0,5-1 мм, который, благодаря высокой теплопроводности, исключает возникновение в наружном слое покрытия термических напряжений недопустимо высокого уровня при воздействии на него концентрированных источников нагрева при эксплуатации в окислительных газовых средах с температурой до 1100 оС, способствует увеличению долговечности получаемого данным способом покрытия. The proposed method for obtaining a heat-resistant coating is carried out in the following sequence. Take plates of nichrome with a thickness of 0.8-1 mm, copper with a thickness of 1-2 mm and austenitic steel with a thickness of 2-6 mm, pre-cleaned from oxides and contaminants, and make up a three-layer package with welding gaps for explosion welding with placement between an upper nichrome plate and a lower austenitic steel copper plate, lay it on a base placed on the ground. A protective layer, for example, made of steel, is placed on the surface of the upper nichrome plate, protecting its surface from damage by explosive detonation products, and on the surface of the protective layer an explosive charge is placed with a detonation speed of 1850-2540 m/s, while the height of the explosive charge, material and thickness protective layer on the surface of the nichrome plate, as well as welding gaps between the plates being welded are selected from the condition of obtaining a collision speed of the nichrome plate with the copper plate of 390-450 m/s, and of the copper plate with the steel plate of 350-415 m/s. The initiation of the detonation process in an explosive charge is carried out using an electric detonator and an auxiliary explosive charge. Then the resulting three-layer billet is cold rolled, ensuring compression of the nichrome layer to a thickness of 0.4-0.5 mm. After rolling, for example, on a milling machine, the side edges of the rolled package with edge effects are cut off, after which the resulting three-layer workpiece is cleaned of the coated nichrome surface, for example, with sandpaper, degreased, for example, with acetone, and a special flux is applied, for example, based on polyester resin and ethyl acetate. The resulting workpiece is installed horizontally in a special device that prevents further contact of the austenitic steel layer with molten aluminum, the resulting assembly is heated, for example, in an electric furnace to an aluminizing temperature of 720-760 o C, molten aluminum is poured onto the surface of the nichrome layer, heated to the same temperature, held for 1.2-6 minutes, after which excess aluminum is removed from the surface of the aluminized layer, and the aluminized workpiece, after cooling in air, is removed from the device, placed in a metal container, for example, made of scale-resistant steel, with its subsequent sealing, which helps protect the austenitic steel plate from oxidation during heat treatment, place it in an electric furnace, after which the aluminized workpiece placed in the container is heat treated at a temperature of 850-900 o C for 15-20 hours, followed by cooling in air and removing the heat-treated workpiece from the metal container. As a result, a continuous three-layer heat-resistant coating is obtained on the surface of an austenitic steel plate, the outer layer of which is capable of long-term resistance to gas corrosion in oxidizing gas environments at temperatures up to 1100 o C for up to 6000 hours, while the intermediate nichrome layer adjacent to the outer layer is capable of long-term (up to 150 hours) resist gas corrosion at temperatures up to 1100 o C even if the outer coating layer is damaged. The outer layer of the coating, the most resistant to gas corrosion at elevated temperatures, 0.18-0.25 mm thick, formed as a result of the diffusion interaction of aluminum with nichrome, consists of plastic intermetallic compounds and solid solutions: NiAl(Cr), Ni 3 Al(Cr ) and Ni(Cr, Al). Its hardness is low and amounts to 3.4-3.6 GPa. The plastic layer adjacent to the outer layer, 0.2-0.26 mm thick, consists of nichrome. Its hardness is approximately half the hardness of the outer layer and is 1.7-1.9 GPa. Thanks to this optimal combination of hardness and ductility of the coating layers applied to the austenitic steel plate, it has increased resistance to brittle fracture under thermal cycling and dynamic loads. Between the layers of nichrome and austenitic steel in the resulting coating there is a copper layer 0.5-1 mm thick, which, due to its high thermal conductivity, eliminates the occurrence of unacceptably high thermal stresses in the outer layer of the coating when exposed to concentrated heating sources during operation in oxidizing gases. environments with temperatures up to 1100 o C, helps to increase the durability of the coating obtained by this method.
Сущность способа поясняется примерами. Основные технологические режимы и составы получаемых материалов по предлагаемым примерам 1-3 и примеру по прототипу, приведены в таблице (значения параметров в таблице указаны с округлением до сотых).The essence of the method is illustrated by examples. The main technological modes and compositions of the resulting materials according to the proposed examples 1-3 and the prototype example are given in the table (the parameter values in the table are indicated rounded to the nearest hundredth).
В качестве исходных материалов для сварки взрывом используют очищенные от окислов и загрязнений пластины из нихрома марки Х20Н80 и меди марки М1 и аустенитной стали марки 12Х18Н10Т, из которых составляют трёхслойный пакет под сварку взрывом с размещением между верхней нихромовой пластиной и нижней пластиной из аустенитной стали медной пластины. Слои в пакете располагают параллельно друг другу на расстоянии сварочных зазоров, причем метаемую нихромовую пластину располагают сверху. Размеры нихромовой пластины: длина 270 мм, ширина 220 мм, толщина 0,8-1 мм. У медной и стальной пластин длина и ширина такие же, как у нихромовой, но толщина медной пластины равна 1-2 мм, стальной – 2-6 мм. Укладывают полученный пакет на плоское основание, например, из древесно-стружечной плиты длиной 270 мм, шириной 220 мм, толщиной 18 мм, размещенные на грунте. При сборке пакета предварительно, с помощью компьютерной технологии, определяют величину необходимых сварочных зазоров между свариваемыми пластинами, определяют материал и толщину защитной прослойки, устанавливаемой на поверхность нихромовой пластины. Для сварки взрывом пакета используют ВВ со скоростью детонации 1850-2540 м/с. Такие скорости обеспечивают ВВ, представляющие собой смеси из порошкообразного аммонита 6ЖВ и аммиачной селитры в соотношениях 1:4, 1:3 и 1:2. ВВ помещают в контейнер с обеспечением высоты заряда ВВ 50-60 мм, длиной 290 мм, шириной 240 мм. На поверхность пакета укладывают защитную прослойку из стали Ст3 длиной 270 мм, шириной 220 мм, толщиной 1,5-2 мм, защищающую поверхность верхней метаемой нихромовой пластины от повреждений, а на её поверхности располагают заряд ВВ. Для получения скорости соударения металлических слоёв в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, величина сварочного зазора h1 между нихромовой и медной пластинами была в пределах 1,2-2,7 мм, а зазор h2 между медной пластиной и пластиной из аустенитной стали - в пределах 4-5 мм, что обеспечивает скорость соударения V1 нихромовой пластины с медной при сварке взрывом 390-450 м/с, а медной пластины с пластиной из аустенитной стали V2 в пределах 350-415 м/с. Сварку взрывом осуществляют с инициированием процесса детонации в заряде ВВ с помощью электродетонатора и вспомогательного заряда BB.As starting materials for explosion welding, plates of nichrome grade X20N80 and copper grade M1 and austenitic steel grade 12X18N10T, cleared of oxides and contaminants, are used, of which they form a three-layer package for explosion welding with a copper plate placed between the upper nichrome plate and the lower plate of austenitic steel . The layers in the package are placed parallel to each other at a distance of welding gaps, and the thrown nichrome plate is placed on top. Dimensions of the nichrome plate: length 270 mm, width 220 mm, thickness 0.8-1 mm. Copper and steel plates have the same length and width as nichrome plates, but the thickness of the copper plate is 1-2 mm, the steel plate is 2-6 mm. Place the resulting package on a flat base, for example, made of chipboard 270 mm long, 220 mm wide, 18 mm thick, placed on the ground. When assembling the package, the size of the required welding gaps between the plates to be welded is first determined, using computer technology, and the material and thickness of the protective layer installed on the surface of the nichrome plate are determined. For explosion welding of a package, explosives with a detonation speed of 1850-2540 m/s are used. Such speeds are provided by explosives, which are mixtures of powdered ammonite 6ZhV and ammonium nitrate in ratios of 1:4, 1:3 and 1:2. The explosive is placed in a container ensuring the explosive charge height is 50-60 mm, length 290 mm, width 240 mm. A protective layer of St3 steel 270 mm long, 220 mm wide, 1.5-2 mm thick is placed on the surface of the package, protecting the surface of the upper thrown nichrome 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 parameters of the explosive charge, the value of the welding gap h 1 between the nichrome and copper plates was in the range of 1.2-2.7 mm, and the gap h 2 between the copper plate and the austenitic plate steel - within 4-5 mm, which ensures the collision speed V 1 of a nichrome plate with a copper plate during explosion welding is 390-450 m/s, and the copper plate with a plate made of austenitic steel V 2 is within 350-415 m/s. Explosion welding is carried out by initiating the detonation process in an explosive charge using an electric detonator and an auxiliary charge BB.
После сварки, например, на фрезерном станке, обрезают у сваренной трёхслойной заготовки боковые кромки с краевыми эффектами. После обрезки длина заготовки 250 мм, ширина - 200 мм, толщина 3,8-9 мм. After welding, for example, on a milling machine, the side edges with edge effects are cut off from the welded three-layer workpiece. After trimming, the length of the workpiece is 250 mm, width - 200 mm, thickness 3.8-9 mm.
Холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки осуществляют с обеспечением обжатия нихромового слоя до толщины, равной 0,4-0,5 мм. После прокатки, например, на фрезерном станке обрезают боковые кромки у прокатанной трёхслойной заготовки с краевыми эффектами. После обрезки боковых кромок её длина 430 мм, ширина 200 мм. толщина 1,9-4,5 мм. Cold rolling of the resulting three-layer billet is carried out to ensure compression of the nichrome layer to a thickness of 0.4-0.5 mm. After rolling, for example, the side edges of the rolled three-layer workpiece with edge effects are cut off on a milling machine. After cutting the side edges, its length is 430 mm, width 200 mm. thickness 1.9-4.5 mm.
Производят зачистку покрываемой поверхности нихрома прокатанной трёхслойной заготовки, например, наждачной бумагой, обезжиривание поверхности, например, ацетоном, наносят специальный флюс, например, на основе полиэфирной смолы и этилацетата. Полученную при этом заготовку устанавливают горизонтально в специальном приспособлении, препятствующим в дальнейшем контакту слоя из аустенитной стали с расплавом алюминия, нагревают полученную сборку в электропечи до температуры алитирования, равной 720-760оС, заливают на поверхность нихромового слоя расплавленный алюминий марки АД1, нагретый до такой же температуры, выдерживают в течение 1,2-6 минут, после чего избыток алюминия удаляют с поверхности алитированного слоя, затем, для защиты поверхности слоя из аустенитной стали от окисления при термообработке, алитированную заготовку помещают в контейнер из жаростойкой стали с последующей его герметизацией и проводят термическую обработку алитированной заготовки при температуре 850 -900оС в электропечи в течение 15-20 часов с последующим охлаждением на воздухе и извлечением полученного материала из контейнера. The coated nichrome surface of the rolled three-layer workpiece is cleaned, for example, with sandpaper, the surface is degreased, for example, with acetone, and a special flux is applied, for example, based on polyester resin and ethyl acetate. The resulting workpiece is installed horizontally in a special device that prevents further contact of the austenitic steel layer with molten aluminum, the resulting assembly is heated in an electric furnace to an aluminizing temperature of 720-760 o C, molten aluminum of grade AD1 is poured onto the surface of the nichrome layer, heated to at the same temperature, maintained for 1.2-6 minutes, after which excess aluminum is removed from the surface of the aluminized layer, then, to protect the surface of the austenitic steel layer from oxidation during heat treatment, the aluminized workpiece is placed in a container made of heat-resistant steel, followed by its sealing and heat treatment of the aluminized workpiece is carried out at a temperature of 850 -900 o C in an electric furnace for 15-20 hours, followed by cooling in air and removing the resulting material from the container.
ТаблицаTable
получения материалаreceiving material
18 мм, расположенная на песчаном грунтеParticle board (chipboard) thickness
18 mm, located on sandy ground
Продолжение таблицыTable continuation
получения материалаreceiving material
аммонит 6ЖВ без добавления аммиачной
селитры1:3, 1:1, and also
ammonite 6ZhV without adding ammonia
saltpeter
h2= 4,5 мм h 1 =2.7 mm
h 2 = 4.5 mm
h2= 4 ммh 1 =1.5 mm
h 2 = 4 mm
h2= 5 ммh 1 =1.2 mm
h 2 = 5 mm
V2=350 м/сV 1 =390 m/s,
V 2 =350 m/s
V2=380 м/сV 1 =410 m/s,
V 2 =380 m/s
V2=415 м/сV 1 =450 m/s,
V 2 =415 m/s
(Горячая прокатка)900-950
(Hot rolling)
после прокатки, ммThickness of the top plate of the package
after rolling, mm
0.3-0.6
после прокатки, ммPackage thickness
after rolling, mm
Продолжение таблицыTable continuation
получения материалаreceiving material
жаростойкого покрытияheat-resistant coating
алитированияMaterial for
aluminizing
алитирования, оСTemperature
aluminizing, o C
Продолжение таблицыTable continuation
получения материалаreceiving material
полученных материалов с жаростойкимиthe resulting materials with heat-resistant
покрытиямиcoatings
способу.Two-layer coatings are obtained on the surfaces of steel plates: the outer layer is made of intermetallic compounds of the Al-Ni system, the intermediate layer is made of nickel. The permissible operating temperature of products with such coatings in oxidizing gas environments does not exceed 1000°C, while resistance to brittle fracture under thermal cycling and dynamic loads is lower than that of coatings according to the proposed
way.
Таким образом, способ получения жаростойкого покрытия, при котором составляют трёхслойный пакет с размещением между верхней нихромовой пластиной толщиной 0,8-1 мм и нижней пластиной из аустенитной стали, толщиной 2-6 мм, медной пластины толщиной 1-2 мм, сваривают взрывом пластины пакета при скорости детонации заряда ВВ 1850-2540 м/с, при этом высоту заряда ВВ, материал и толщину защитной прослойки на поверхности нихромовой пластины, а также сварочные зазоры между свариваемыми пластинами выбирают из условия получения скорости соударения нихромовой пластины с медной 390-450 м/с, медной со стальной пластиной 350-415 м/с, осуществляют холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки с обеспечением обжатия нихромового слоя до толщины, равной 0,4-0,5 мм, затем производят алитирование нихромового слоя прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760 оС в течение 1,2-6 минут, после чего проводят термическую обработку полученной при этом заготовки при температуре 850-900 оС в течение 15-20 часов, приводящей к образованию на поверхности пластины из аустенитной стали сплошного жаростойкого покрытия, позволяет получать на поверхностях пластин из аустенитной стали сплошные трёхслойные жаростойкие покрытия, с значительно большей, в сравнении с прототипом, жаростойкостью в окислительных газовых средах, способных эксплуатироваться в них при температурах, достигающих 1100 оС в течение времени до 6000 часов, с обеспечением при этом повышенной стойкости полученных покрытий к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках, а также к хрупкому разрушению наружных слоёв покрытий при воздействии на них концентрированных источников нагрева, способных длительно, до 150 часов, сопротивляться газовой коррозии при температурах до 1100 оС даже в случае повреждения наружных слоёв покрытий, свидетельствует о достижении заявляемого технического результата.Thus, the method of obtaining a heat-resistant coating, in which a three-layer package is made with a copper plate 1-2 mm thick placed between an upper nichrome plate 0.8-1 mm thick and a lower plate made of austenitic steel, 2-6 mm thick, is welded by explosion of the plate package at a detonation speed of the explosive charge of 1850-2540 m/s, while the height of the explosive charge, the material and thickness of the protective layer on the surface of the nichrome plate, as well as the welding gaps between the plates being welded are selected from the condition of obtaining a collision speed of the nichrome plate with the copper plate of 390-450 m /s, copper with a steel plate 350-415 m/s, cold rolling of the resulting three-layer billet is carried out, ensuring compression of the nichrome layer to a thickness of 0.4-0.5 mm, then aluminizing the nichrome layer of the rolled three-layer billet is carried out in molten aluminum at temperature 720-760 o C for 1.2-6 minutes, after which the resulting workpiece is heat treated at a temperature of 850-900 o C for 15-20 hours, leading to the formation of a continuous heat-resistant coating on the surface of the austenitic steel plate , makes it possible to obtain continuous three-layer heat-resistant coatings on the surfaces of plates made of austenitic steel, with significantly greater, in comparison with the prototype, heat resistance in oxidizing gas environments, capable of operating in them at temperatures reaching 1100 o C for up to 6000 hours, ensuring This increased resistance of the resulting coatings to brittle fracture under thermal cycling and dynamic loads, as well as to brittle fracture of the outer layers of coatings when exposed to concentrated heat sources, capable of resisting gas corrosion for a long time, up to 150 hours, at temperatures up to 1100 o C even in the event of damage external layers of coatings, indicates the achievement of the claimed technical result.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807264C1 true RU2807264C1 (en) | 2023-11-13 |
Family
ID=
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 |
| 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 |
| 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 |
| RU2725503C1 (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 |
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 |
| 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 |
| 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 |
| RU2725503C1 (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 |
|---|---|---|
| EP2312005B1 (en) | Aluminum plated steel sheet for rapid heating hot-stamping, production method of the same and rapid heating hot-stamping method by using this steel sheet | |
| RU2649929C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| KR102065287B1 (en) | Austenitic hot-dip aluminum coated steel sheet with excellent plating property and weldability, and a manufacturing method thereof | |
| JPS63118058A (en) | Member thermally sprayed with ceramic and its production | |
| US4247036A (en) | Process for assembling aluminum-based members and steel members | |
| CN100434223C (en) | Copper/aluminum joined structure | |
| KR20220016491A (en) | Method for manufacturing sheet metal parts from sheet metal products with anti-corrosion coatings | |
| 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 | |
| EP0893653B1 (en) | Protective coatings for turbine combustion components | |
| RU2807251C1 (en) | Method for producing heat-resistant coating on copper plate surfaces | |
| RU2807248C1 (en) | Method for producing heat-resistant coating | |
| JPS6039748B2 (en) | Bearing laminate with high adhesive strength | |
| RU2807243C1 (en) | Method for producing heat-resistant coating | |
| RU2649922C1 (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 | |
| RU2807245C1 (en) | Method for producing heat-resistant coating on titanium plate surfaces | |
| RU2649920C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| RU2642240C1 (en) | Method for production of coatings | |
| RU2700441C1 (en) | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate | |
| RU2649921C1 (en) | Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate | |
| RU2725510C1 (en) | Method of producing heat-resistant coatings on steel | |
| RU2725503C1 (en) | Method of producing heat-resistant coatings on steel | |
| RU2533508C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material |