Спосіб зміцнення поверхні виробів

Реферат: Винахід належить до галузі зварювального виробництва, а саме - до способу зміцнення поверхні виробів наплавленням. Спосіб включає наплавлення поверхні виробу невитратним електродом з застосуванням присадного матеріалу з високовуглецевих сталей або чавунів, в тому числі легованих, або відходів з них. При відношенні товщини шару присадного матеріалу до товщини виробу, який зміцнюється, що менше або дорівнює 1/10, проводять додаткове загартування з 950-1150 °C і низький відпуск. Винахід забезпечує підвищення абразивної зносостійкості в 2-4 рази без застосування дорогого обладнання. UA 108791 C2 (12) UA 108791 C2 UA 108791 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі зварювального виробництва, а саме - до способів зміцнення поверхні виробів, що піддаються абразивному зношенню, за рахунок наплавлення. Є відомий спосіб зміцнення поверхні виробів лазерним наплавленням для підвищення зносостійкості виробів (Григорьянц А.Г. Формирование наплавленных слоев с использованием лазерного импульсно-периодического излучения / А.Г. Григорьянц, А.И. Мисюров, Чжан Цинн // Сварочное производства. - 2007. - № 8. - С. 18-21). Однак він вимагає дорогого устаткування, яке відсутнє на більшості підприємств малого та середнього бізнесу. Є відомий спосіб зміцнення поверхні електродуговим наплавленням плавким електродом (Фрумин И.И. Автоматическая электродуговая наплавка / И.И. Фрумин. Харьков: ГНТИ литературы по черной и цветной металлургии, 1961. - 421 с). Цей спосіб широко використовується на виробництві. Однак він вимагає застосування спеціально виготовлених електродних матеріалів, які найчастіше містять у великих кількостях дорогі легуючі елементи (Ni, W, Cu, Nb та ін.). Такі матеріали часто відсутні на фірмах малого та середнього бізнесу. Це ускладнює ремонт зношених деталей. Є відомий спосіб зміцнення поверхні виробів електродуговим наплавленням невитратним електродом з використанням присадного матеріалу (Демьянцевич В.П. Металлургические и технологические основы дуговой сварки / В.П. Демьянович. - М.-Л.:Машгиз, 1962. - 296 с.). Цей спосіб, як і попередній, вимагає спеціально виготовлених присадних дорогих матеріалів (сормайт, сталініт та ін.). Він прийнятий за найближчий аналог. В основу винаходу поставлена задача розробки способу зміцнення поверхні виробу, в якому матеріали, які раніше не використовувалися для даних виробів та умови виконання, забезпечать підвищення абразивної зносостійкості без застосування дорогого обладнання та спеціально виготовлених присадних матеріалів. Для вирішення поставленої задачі у способі зміцнення поверхні виробу, що включає наплавлення невитратним електродом з застосуванням присадного матеріалу, відповідно до винаходу, як присадний матеріал використовують високовуглецеві сталі або чавуни широко застосування, в тому числі леговані, або відходи з них. Крім того, при відношенні товщини шару присадного матеріалу до товщини виробу, який зміцнюється ≤1/10 здійснюють додаткове загартування з 950-1150 °C і низький відпуск. Присадний матеріал може бути у вигляді пластини товщиною до 10 мм, в тому числі подрібненої стружки, порошку або брикетів. Застосування запропонованих присадних матеріалів після розплавлення їх неплавким електродом на поверхні виробу і прискореного охолодження дозволяє отримати в структурі наплавленого металу поряд з мартенситом і карбідами метастабільний аустеніт, що перетворюється при абразивному впливі в мартенсит деформації, що забезпечує істотне підвищення абразивної зносостійкості. Прискорене охолодження розплавленого металу, що дозволяє цього досягти, реалізується за рахунок тепловідведення вглиб наплавленого виробу при співвідношенні товщини шару присадного матеріалу до товщини виробу, який зміцнюється ≤1/10. При необхідності зниження внутрішніх напружень може бути проведений додатковий низький відпуск. При недотриманні зазначеного співвідношення (1/10) додатково здійснюють загартування з 950-1150 °C. Більш низьке нагрівання під загартування ніж 950 °C не забезпечує отримання поряд з мартенситом і карбідами метастабільного залишкового аустеніту. Більш високий нагрів ніж 1150 °C істотно знижує кількість мартенситу і карбідів у структурі, а також сильно стабілізує аустеніт відносно утворення мартенситу деформації при абразивному впливі. Відхилення в температурі нагрівання під загартування від зазначеного інтервалу 9501150 °C знижує абразивну зносостійкість. У ряді випадків загартування може бути проведено безпосередньо після розплавлення присадного матеріалу його охолодженням у гартівному середовищі (у воді, маслі або на повітрі). Після гартування проводять низький відпуск при 180-200 °C для зняття внутрішніх напружень. Застосування запропонованого способу зміцнення дозволяє підвищити абразивну зносостійкість в 2 і більше разів. Дослідження з розробки запропонованого способу зміцнення поверхні та визначення абразивної зносостійкості проведені на кафедрі "Матеріалознавство" ДВНЗ "ПДТУ". Вивчення абразивної зносостійкості проводилося за методом Бринеля-Хауорта. Як абразив використовувався кварцовий пісок розміром 0,3-0,5 мм. Відносна абразивна зносостійкість (є) визначалася за формулою: 1 UA 108791 C2   ( Pэm / Sэm ) /(Pзр / Sзр ), де Pэт / Sэт - відношення маси до площі еталона, Pзр / Sзр - відношення втрати маси до площі випробуваного зразка. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Як еталон слугували зразки зі сталі 45 після гартування з 850 °C і низького відпуску при 200 °C, 1 год. Визначення втрати маси проводилося зважуванням зразків до і після випробувань на електричних вагах моделі ВЛР-200. Приклад 1 На виріб зі сталі 45 товщиною 60 мм розміщують присадний матеріал 3 чавуну СЧ15 у вигляді пластини (брикету зі стружки або порошку) товщиною 4 мм. Розплавляють його вугільним електродом і охолоджують до кімнатної температури. За рахунок тепловідведення вглиб виробу досягається швидкість охолодження, що забезпечує отримання в структурі поряд з мартенситом і карбідами метастабільного аустеніту. В результаті чого абразивна зносостійкість зросла в 2,2 разу. У разі, коли товщина виробу зі сталі 45 становила 25 мм, а товщина пластини з чавуну - 4 мм, аналогічна структура наплавленого металу і його зносостійкість отримані загартуванням в олії з 950 °C, з наступним низьким відпуском при 200 °C, 1 год. Приклад 2 На виріб зі сталі 45 товщиною 60 мм розміщують присадний матеріал у вигляді пластини з відходів високоміцного чавуну ВЧ800-2 товщиною 4 мм. Розплавляють його вугільним електродом і охолоджують до кімнатної температури. У результаті прискореного охолодження наплавленого металу за рахунок тепловідведення вглиб виробу в ньому утворюється мартенситно-карбідно-аустенітна структура, що забезпечує підвищення абразивної зносостійкості в 2,85 разу. При товщині виробу 25 мм, а присадного матеріалу з високоміцного чавуну - 4 мм після наплавлення, подальшого гартування з 1100 °C у масло і відпуску при 200 °C, 1 год. абразивна зносостійкість зросла в 3,2 разу. Приклад 3 На виріб зі сталі 45 товщиною 60 мм поміщають присадний матеріал з відходів чавуну ЧХ16М2 у вигляді пластини товщиною 4 мм, розплавляють його вугільним електродом і охолоджують до кімнатної температури на повітрі. За рахунок прискореного охолодження при тепловідводі вглиб виробу у наплавленому шарі утворюється мартенситно-карбідно-аустенітна структура, що забезпечує підвищення абразивної зносостійкості. У разі, якщо товщина виробу складає 25 мм, а товщина пластини присадного матеріалу та ж, що і в попередньому випадку, проводять загартування з 1150 °C і низький відпуск при 200 °C 1 годину. Після термообробки абразивна зносостійкість зросла в 4,6 разу. Приклад 4 На виріб зі сталі 45 товщиною 60 мм поміщають присадний матеріал з відходів сталі Х12М у вигляді пластини товщиною 4 мм, розплавляють його вугільним електродом і охолоджують до кімнатної температури. При цьому завдяки тепловідводу утворюється мартенситно-карбідно-аустенітна структура. Абразивна зносостійкість зростає в 3,8 разу. Наведені дані показують ефективність запропонованого способу зміцнення поверхні, тому що забезпечується підвищення абразивної зносостійкості вироби в 2,2-4 рази. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб зміцнення поверхні виробу, що включає наплавлення його поверхні невитратним електродом з застосуванням присадного матеріалу, який відрізняється тим, що як присадний матеріал використовують високовуглецеві сталі або чавуни, в тому числі леговані, або відходи з них. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при відношенні товщини шару присадного матеріалу до товщини виробу, який зміцнюється, що становить 1/10, проводять загартування з 950-1150 °C і низький відпуск при 200 °C. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2