Спосіб нанесення електродугових покриттів

Спосіб нанесення електродугових покриттів, що включає процес формування металевих покриттів шляхом розплавлення дротів-електродів електричною дугою і розпиленням розплавленого металу у бік поверхні, що напилюється, з подальшою термообробкою для зняття залишкових напружень, який відрізняється тим, що напилені електродугові покриття нагрівають до температур в інтервалі 400-1000 °С, витримують протягом 0,510 хвилин з наступним охолодженням на повітрі. (19) (21) u200903877 (22) 21.04.2009 (24) 10.09.2009 (46) 10.09.2009, Бюл.№ 17, 2009 р. (72) ДУБОВИЙ ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ, КАРПЕЧЕНКО АНТОН АНАТОЛІЙОВИЧ, ЯНКОВЕЦЬ ТАТЬЯНА АНАТОЛІЇВНА, ЖДАНОВ ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСАНДРОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КОРАБЛЕБУДУВАННЯ ІМЕНІ АДМІРАЛА МАКАРОВА 3 практиці відомо декілька методів високотемпературного зміцнення напилених покриттів: спікання, просочення, оплавлення, пластична деформація. [Анциферов В.Η., Бобров Г.В., Дружинин Л.К. и др. Порошковая металлургия и напыленные покрытия. М.: Металлургия, 1987. 792 с.]. Вище перераховані способи високотемпературної зміцнюючої обробки приводять до подорожчання покриттів у зв'язку із застосуванням додаткового устаткування і підвищенням енерговитрат. Високотемпературну зміцнюючу обробку важко проводити для виробів, що мають складну конфігурацію. За прототип був обраний спосіб нанесення електродугових покриттів з наступною температурною обробкою, що приводить до підвищення фізико-механічних властивостей покриттів шляхом зняття залишкових напружень. Залишкові або внутрішні напруження в твердому тілі прийнято класифікувати за тими обсягами, в яких вони врівноважуються: напруження І роду властиві макрооб'ємам тіла; напруження II роду виникають при локальній неоднорідності деформації окремих зерен, частина яких може виявитися розтягнутими, а частина - стислими; напруження III роду діють в межах окремих зерен і є наслідком неоднакової відстані між атомами ґратки. Із-за особливостей формування покриттів при напиленні в них діють напруження всіх видів. Зазвичай покриття руйнуються під дією напружень І роду, а межа руйнування проходить між частинками, оскільки зв'язки між ними ослаблені. Напруження II і III роду врівноважуються в об'ємі частинок, що закристалізувалися. Рівень цих напружень буде високим, оскільки пов'язаний з ударом, деформацією, надзвичайно швидкою і нерівномірною кристалізацією та іншими інтенсивними процесами взаємодії напилюваних частинок. Дуже короткий час взаємодії і охолодження не дозволяє релаксувати напруження як в самих частинках, так і по межі між ними в період утворення покриття. Тому високий рівень залишкових напружень в покриттях зберігається після напилення і охолоджування покриттів. Для зняття залишкових напружень зазвичай проводять обробку при загальному нагріві виробу з покриттям до температури 600 - 700 °С. При менших температурах процес релаксації протікає не достатньо активно. [Анциферов В.Η., Бобров Г.В., Дружинин Л.К. и др. Порошковая металлургия и напыленные покрытия. М.: Металлургия, 1987. 792 с.]. При заданих температурних режимах окрім зняття залишкових напружень протікають процеси рекристалізації, що приводить до утворення і зростання зерен з більш довершеною структурою розміром близько 1 мкм і більше. Це приводить до зниження фізико-механічних властивостей покриттів. В основу корисної моделі поставлено завдання підвищення фізико-механічних властивостей покриттів нанесених електродуговим методом. Поставлене завдання реалізується за рахунок способу нанесення електродугових покриттів, що включає процес формування металевих покриттів шляхом розплавлення дротів-електродів електри 43984 4 чною дугою і розпиленням розплавленого металу у бік поверхні, що напилюється, з подальшою термообробкою для зняття залишкових напружень, при цьому напилені електродугові покриття нагрівають до температур в інтервалі 400 -1000°С, витримують протягом 0,5-10 хвилин з наступним охолодженням на повітрі. Внаслідок такої термічної обробки напилених електродугових покриттів забезпечується зняття внутрішніх напружень і подрібнення зерна в структурі покриття, що приводить до підвищення твердості оброблених покриттів і зниження коефіцієнта теплопровідності. Процес формування металевих покриттів електродуговим методом відбувається в специфічних умовах. Плавлення дротів-електродів здійснюється електричною дугою, яка досягає температури 6000 °С. Розплавлений метал при сильному перегріві (Тплавлення £ Тметала £ Ткипіння) за рахунок зменшення поверхневої енергії і дії газового струменя відривається від торців дротів-електродів, диспергується і формується у двохфазний струмінь. Повністю розплавлені краплі металу (для вуглецевих сталей діаметром 30...50 мкм, для інших металів 10... 100 мкм) поблизу поверхні напилення мають швидкість 50-150 м/с, що приводить при зіткненні з основою до великих ступенів їх деформації (приблизно 80 - 95 %). Розплавлені частинки деформуються і набувають форми лусок із співвідношенням товщини до діаметру 1:15...1:20, про що свідчить чітко виражена шарувата структура покриттів. Як відомо, великі ступені деформації (більше 70 - 80 %) призводять до подрібнення зерен в результаті ковзання, яке відбувається на великі відстані. При нагріві пластично деформованого металу відбувається процес усунення внутрішніх напружень і слідів наклепу, який складається з двох стадій: повернення і рекристалізації. Формування нових зерен рекристалізації відбувається на ділянках з найбільшою щільністю дислокацій, в першу чергу на межах зерен. Чим вище ступінь деформації, тим більше формується центрів рекристалізації, а розмір сформованих центрів залежить від їх кількості. Звідси витікає, що в результаті нанесення металевих покриттів електродуговим методом відбувається сильна деформація частинок розплавленого металу і подрібнення зерен. При подальшому нагріванні покриттів до температур 400- 1000 °С, що відповідає температурному порогу рекристалізації, відбувається формування нових більш дрібних зародків первинної рекристалізації з більш довершеною структурою. Такі фізико-механічні властивості як твердість і теплопровідність істотно залежать від розміру зерен. Тому одним із способів поліпшення цих показників є зменшення розмірів зерен, яке досягається появою нових з більш довершеною структурою дрібних зерен рекристалізації в деформованому матеріалі. При нагріванні напиленого електродуговим методом покриття до температури початку рекристалізації матеріалу покриття, у деформованому матеріалі покриття, починає відбуватися процес первинної рекристалізації. Завдяки великій кількості дислокацій і меж деформованих зерен утворю 5 43984 ється велика кількість зародків нових зерен рекристалізацій, що приводить до подрібнення зерна в структурі покриття. Утворенні центри нових зерен збільшують свої розміри, відбувається повне заміщення новими зернами всього об'єму деформованого матеріалу, після чого починає відбуватися зростання утворених зерен при збільшенні температури або часу витримки. Для підвищення фізико-механічних властивостей покриттів, нанесених електродуговим методом, необхідно зафіксувати момент появи найбільшої кількості зерен з довершеною структурою, розмір яких буде найменшим. Отримати такий ефект можливо за умови, що швидкість формування нових центрів значно перевищуватиме швидкість їх росту. Реалізувати це можливо у момент зародження максимальної кількості нових зерен, при зупинці процесу первинної рекристалізації достатньо швидким охолоджуванням матеріалу покриття на повітрі. Швидкість охолоджування вибирається такою, щоб не відбувалось зростання нових довершених зерен. Дуже важливо щоб час Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 6 витримки був не значним і складав не більше 0,510 хвилин. Якраз в цей період при температурах 400-1000 °С відбувається формування нових дрібних зерен з довершеною структурою. Запропонований спосіб забезпечить підвищення фізико-механічних властивостей покриттів нанесених електродуговим методом. Приклад. На сталеву основу після знежирення і струменево-абразивної обробки електродуговим методом наносили покриття з дроту Св 08Г2С на наступному режимі: сила струму 180 А, напруга 27 В, тиск стислого повітря 0,6 МПа, дистанція напилення 100 мм. Отримані зразки нагрівали до температури 500 °С (0,35 - 0,4 Тпл) впродовж 1 - 5 хв. Після охолоджування зразків на повітрі заміряли твердість. Результати вимірювань наведені на кресленні. На кресленні видно, що при нагріванні зразків до температури 500 °С і витримки 1,5 хв., після охолодження на повітрі вони мають найбільшу твердість. Зі збільшенням часу витримки твердість зменшується. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601