ЛЕГИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВОК С ПОМОЩЬЮ ОБМАЗОК ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ С^Д

В результате проведенного комплекса исследований установлено, что наилучшие результаты показали образцы, нормализованные после закалки.

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что введение нормализации как отдельной операции позволит значительно улучшить эксплуатационные качества долотообразных лемехов. При этом окажется возможным обеспечить размеры зоны закалки в соответствии с требованиями чертежа.

Таким образом, основной задачей термической обработки после индукционной наплавки является устранение последс-вий перегрева основного металла. С этой целью в технологическом процессе изготовления деталей после наплавки необходимо предусматривать операцию нормализации.

Технология и режимы нормализации наплавленных деталей не имеют принципиальных отличий от аналогичной термической обработки других сталей, имеющих крупное зерно.

Полевые испытания лемехов, термообработанных по предлагаемой технологии, показали, что ресурс их работы по сравнению с серийно выпускаемыми лемехами, повесился в среднем на 23%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате проведённых исследований установлено, что существующий на ряде предприятий сельхозмашиностроения технологический процесс изготовления долотообразных лемехов приводит к образованию крупнозернистой структуры в основном металле, в результате чего происходит облом долота лемеха и, как следствие, его выбраковка.

2. Введение операции нормализации в процесс термообработки позволяет измельчить зерно основного металла и сушественно повысить его ударную вязкость. В результате ресурс работы лемеха повышается в среднем на 23%.

Список литературы

1. Индукционная наплавка твердых сплавов / В.Н. Ткачев, Б.М. Фиштейн, Н.В. Казинцев, Д.А. Алдырев. - М.: Машиностроение, 1970.- '85 с.

2. Износ и повышение долговечности деталей сельскохозяйственных машин / В.Н. Ткачев. - М.: Машиностроение. 1971.-264 с.

в

Рис.6. Фрактограммы излома закаленных образцов, х500 а, б, в- соответственно 1 2, 3 варианты закалки

ЛЕГИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВВК С ПОМОЩЬЮ ОБМАЗОК ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

Одним из современных способов изменения структуры и свойств поверхностных слоев материала является легирование из обмазок литейной формы. Применение обмазок формы в литейном гроизводстве известно уже давно, однако основными целями их применения являются улучшение качества поверхности отливок, сохранение литейной формы и предотвращение её взаимодействия с заливаемым расплавленным металлом, устранение

Н.В. МАРТЮШЕВ, ассистент, ТПУ, г. Томск

пригара отливок. Однако введение в состав обмазки специальных составов позволяет производить легирование поверхностных слоев отливки в местах её нанесения. Такой подход дает возможность в ряде случаев значительно изменить свойства поверхности отливок, не изменяя свойств внутреннего слоя отливки. Как правило, для

(Продолжение на стр. 22)

№ 3 (¿0) 2008 19

10-12 ДЕКАБРЯ

МОДЕРНИЗАЦИЯ: • СТАНКОВ С ЧПУ • СИСТЕМ ЧПУ

630097, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 30, офис 309 www.chpu.ru e-mail: msp@chpu.ru

ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

тел.: (383) 346-37-79, 212-03-13 факс: (383) 346-39-81, 212-03-13

ШШШРОДНАН СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА

МАШИНОСТРОЕНИЕ.

5

I • J:

юьорздовАние!

Организатор:

ОАО «Казанская ярмарка» При поддержке:

Министерства п ромы имен ности и торговли Республики Татарстан, Ассоциации предприятий и предпринимателей Республики Татарстан, Мэрии города Казани.

Россия, 420059, г. Казань, Оренбургский тракт, 8,

тел/факс: +7 (843) 570-51-16, 570-51-11 (круглосуточно) e-mail: pdvrt@bk.ru, korejvo@expo<azan.ru http://www.expomach.ru, www.expokazan.ru

ВЫСТАВОЧНЫЙ ЦЕНТР ISO - 9001 К (Г

X

юш

КАЗАНСКАЯ ЯРМАРКА

XI МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА

пп

ш

НАВСТРЕЧУ БУДУЩИМ УСПЕХАМ

Уже десять лет в Уфе с успехом проходит выставка «Машиностроение: станки, инструменты, металлообработка», которую организует лидер выставочной индустрии Башкортостана - Выставочный центр «БашЭКСПО». В последние годы она привлекает к себе все большее внимание специалистов, а к участию в ее работе активно стремятся производители новейшего оборудования, разработчики современных технологий, создатели инновационных продуктов из самых разных уголков России. И это неслучайно.

У Уфимского машиностроительного экспофорума немало преимуществ. Среди них -постоянно растущий переченьтематических разделов, год от года расширяющаяся география участников, насыщенная деловая программа. А еще здесь можно «вживую» познакомиться с возможностями многих станков и инструментов. Гармонично дополняет машиностроительную выставку специализированная выставка «Сварка и контроль», которая традиционно проводится на той же площадке и подчеркивает, что процесс модернизации машиностроительной отрасли невозможен без применения современных технологий обработки металлов и внедрения высокопроизводительного сварочного оборудования.

Но, пожалуй, одним из самых важных аргументов при принятии решения в пользу Уфимского форума для многих экспонентов является тот факт, что он проводится в республике, машиностроительный комплекс которой занимает ведущие позиции в стране. Предприятия машиностроения Башкортостана занимают первое место по выпуску автобетоносмесителей, обрабатывающих центров, электроламп. Здесь выпускается каждая вторая цистерна для перевозки нефтепродуктов, каждый третий автобус большого класса, грузовой прицеп и полуприцеп.

В последнее время предприятия машиностроения республики развиваются особенно высокими темпами. Ежегодно наращивают объемы производства акционерные общества «Уфимское моторостроительное производственное объединение», «Нефтекамский автозавод», «Белебеевский завод «Автонормаль», «Туймазинский завод автобетоновозов», «Благовещенский арматурный завод», «Уралтехнострой-Туймазыхиммаш», «Салаватнефтемаш», «Уфимский электроламповый завод - Свет», государственные предприятия - «Гидравлика», «Кумертауское авиационное производственное предприятие», «Уфимское агрегатное производственное объединение» и другие. Впервые за последние годы в республике строится новое машиностроительное предприятие - Уфимский завод трансформаторов. Совместно с австрийской фирмой «АУ1.» Башкортостан реализует масштабный проект по производству нового колесного трактора среднего класса.

Говоря о будущем машиностроительного комплекса Башкортостана, следует отметить, что руководство республики планирует создание и развитие на ее территории конкурентоспособных высокотехнологичных производств. Речь идет о воплощении в жизнь уже в ближайшие годы более 20 крупных инновационно ориентированных инвестиционных проектов. Так что по всему видно - у машиностроительной отрасли здесь большие перспективы. Это касается и межрегиональной специализированной выставки «Машиностроение», которая призвана содействовать будущим успехам башкирских машиностроителей.

М-

БАШЭКСПО

ВЫСТАВОЧНЫЙ ЦЕНГР

Все подробности о выставке на сайте www.bashexpo.ru или по телефонам: (347) 290-87-10, 256-54-61

0м ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

(Продолжение, начало см. на стр. 19)

получения подобного эффекта поверхностного изменения свойств вводят дополнительную операцию (химико-термическую обработку, гальваническое и химическое осаждение покрытий и т. д.). Это влечет за собой дополнительные затраты, связанные с потреблением энергии и времени, а также иногда требует специальной подготовки поверхности. Рассматриваемая методика лишена подобных недостатков.

При использовании данной технологии металл для создания слоя на поверхности формирующейся отливки поступает из специальной обмазки, которую наносят на поверхность формь перед заливкой. Рабочую смесь наносят так же, как и стандартные обмазки и покрытия, используемые в металлических и песчано-глинистых формах [1].

Как правило, покрытие, наносимое на форму, состоит из следующих компонентов [2, 3]:

• Зерновая основа. Является дисперсной составляющей покрытия, .которая придает поверхности отливки требуемую чистоту или заданные свойства. Средний размер частиц данного компонента покрытия, как правило, составляет 30...80 мкм. Основными веществами, служащими для зерновой основы, являются: графит, сажа, феррохромовый шлак, циркон, бура и т.д.

• Связующий материал. Обеспечивает способность краски сохранять свою сплошность и прочно удерживаться на окрашенной поверхности после удаления растворителя при нормальных и повышенных температурах. В качестве связующих материалов используют: жидкое стекло, металлофосфатные связующие, термостойкие крсммийоргаиичсскис смолы, декстрин, и т.д.

• Стабилизирующие вещества. Литейные краски, представляющие собой суспензии твердых частиц наполнителя в жидкой дисперсионной среде, являются седиментационно неустойчивыми системами. Поэтому отдельные частицы наполнителя слипаются и коагулируют. Действенным способом предотвращения этого является увеличение вязкости жидкой фазы путем введения стабилизирующих веществ. Стабилизаторы - это вещества, неограниченно набухающие в жидкости и создающие коллоидные растворы, в результате чего вязкость среды возрастает. Такими веществами могут служить: глины формовочные, различные бентониты, полиакриламид и др.

• Растворители. Используются как дисперсионная среда, применяют воду и различные органические растворители. После нанесения обмазки на поверхность формы дисперсионная среда испаряется и в работе отверженного покрытия не участвует.

• Специальные добавки. Придают покрытиям особые свойства, например получение легкоотделяемо-го пригара (хлористые соли), улучшение сцепления покрытия с материалом (борная кислота, марганце-вокислый калий), улучшения кроющей способности красок (пирофосфат натрия, полиокс, ...) и др.

При изготовлении модифицирующего покрытия в

22 № 3 (40) 2008

качестве зерновой основы или наполнителя используется металлический порошск • с небольшим количеством огнеупорных и шлакообразующих добавок. Возможно использование для этих целей стандартных низковязких самовысыхающих поверхностных смоляных отвердителей. В качестве связующего применяют коллоидный раствор отверждаемой при сушке смолы в спирте или изопропаноле [1].

Применение модифицирующих покрытий (активных красок) активно используется при литье стальных и чугунных отливок в разовые литейные формы. Так, например, введение бора в виде буры или борной кислоты в состав активной краски позволяет при литье серого чугуна получить легированный слой на глубину 2... 10 мм с измельченным графитом [4]. А введение теллура, впервые осуществленное на Горьковском автозаводе, в состав диффундирующих красок позволяет произвести отбел поверхности чугунных отливок. Расход теллура при этом составляет 0,005 г/см2. Авторы [5] в результате работ, проводимых на красноярских заводах, установили, что при укладке нанопорошка Al203 завернутого в латунную фольгу, на поверхность формы перед заливкой износостойкого чугуна приводит к увеличению его предела прочности на -14%. Введение нанопорошка окиси цинка в состав стандартной огнеупорной краски при литье алюминиевого сплава АК7 обеспечивает отсутствие пригара к форме, а также существенно снижает шероховатость поверхности отливки (с 34 до 21 мкм). Тот же эффект наблюдался авторами и при литье различных марок сталей и чугунов. Кроме этих эффектов, применение нанопорошков в противопригарных красках приводит к существенному увеличению рабочего ресурса окрашенной поверхности (при литье АК7 достигалось 2-2,5 кратное увеличение количества отливок без нарушения сплошности слоя нанесенной краски).

Модифицирование из обмазок может применяться не только при литье в формы с низкой теплопроводностью (песчано-глинистые, жидкостекольные формы, и др.), но и в металлические кокили. Однако условия для легирования отливок в таком случае неблагоприятны, поскольку время, необходимое для массопереноса легирующего вещества, крайне ограничено. Легирование становится осуществимо при введении в состав обмазки теплоизолирующих компонентов или использовании теплоизолирующих красок [4], либо при использовании покрытий с составляющими, имеющими температуру плавления ниже, чем у заливаемого металла. Так, в работе [6] обмазка для формирования поверхностно-легированного слоя стальных отливок составлялась из следующих компонентов: связующее, в качестве наполнителя использовался самофлюзующийся порошковый сплав ПГ-СР4 системы Ni-Cr-B-Si-C, также добавлялся ультрадисперсный порошок (УДП) карбонитрида титана TiCN в количестве 0,06% (по массе). Так как температура плавления сплава ПГ-СР4 составляет 1293 °С, что значительно ниже температуры ликвидуса стали, то структура поверхностного слоя формируется из расплава с высокой температурой перегрева над линией ликвидус и невысокой скоростью переохлаждения.

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Этим достигается увеличение твердости поверхностного слоя на 34 %, а износостойкости на 43 %.

Ав_оры работы [3] своими исследованиями показывают, что формовочные матеэиалы для контактной зоны формы должны иметь высокую термостойкость, химическую инертность к металлу и его оксидам, высокую огнеупорность, незначительные линейные и объемные изменения при нагреве и минимальную газотворную способность. При использовании ма1ериалов, обладающих указанными свойствами, можно получить высококачественные отливки. В этом отношении, по мнению авторов, особый интерес представляют соединения циркония. Также авторами отмечается, что при использовании цирконовых порошков в составе покрытий формы, значительно улучшает свойства отливок мелкодисперсная фракция порошка размером 10...15 мкм.

В работе [1] был изучен процесс нанесения поверхностного слоя на чугунные отливки из обмазок на основе порошков никеля и меди. Исследования показали, что глубина проникновения металлопорошка определяется его гранулометрическим составом. Чем меньше дисперсность пороика, тем больше глубина его проникновения в металл. Глубина проникновения также зависит от насыщенности обмазки порошком. Так, согласно авторам работы [1], плотность раствора должна быть такой чтобы при напылении он не иIекал при тогщине слоя обмазки 0,3...0,5 мм.

Немаловажным при формировании состава легирующего покрытия является выбор оптимального связующего компонента, сильно зависящий от заливаемого материала. Так авторы в работе [7] для медных сплавов в качестве связующего применять советуют жирные смазки. Это объясняется тем, что температура заливаемого металла составляет 1100...1250 °С и связующие на основе жидкого стекла уже не подходят. Кроме то~о, при отливке бронз рабочая температура кокиля обычно составляет 250...400 *С, связующие, используемые для алюминиевых и магниевых сплавов, не подходят, так как не дают прочного сцепления с поверхностью формы при этих температурах. Так авторами этой работы в качестве связующего применяе~ся машинное масло для отливки оловянистых бронз.

При использовании этой смазки поверхность отливки получается достаточно чистэй и однородной. Подобного эффекта добились авторы работы [8]. В качестзе стабилизатора для противопригарного покрытия при стальном крупнотоннажном литье использовался УДП оксида циркония. Такое решение позволило устранить пригар по всей площади и значительно улучшить шероховатость поверхности отливки.

Использование УДП порошков в качестве легирующей добавки в покрытиях иногда не дает нужного эффекта. Причиной этому может быть склонность УДП к коалесценции и интенсивной адсорбции атомов и молекул окружающей среды, что препятствует смачиванию частиц расплавом [9]. В работе [9] для активации порошка использовалась специальная жидкая среда при его дроблении в шаровых мельницах. Попадание порошка БЮ, активизированного таким способом, в отливку при литье меди в количестве 0,04 % приводит к значительному измельчению размеров её зерна. Ав-

торы работы [10] пошли другим путем. Порошок ЭУДП перемешивался с порошком наполнителя, смесь прессовалась в брикет и производилось её спекание в вакууме. Но модифицирование сталей в работе [10] производилось не из обмазки формы, а путем закладывания брикета на дно формы перед заливкой сталей.

Несмотря на все положительные стороны рассмотренного способа изменения структуры и свойств поверхностных слоев, работ, посвященных изучению этого вопроса, немного. Обобщив данные, представленные в них, можно сделать следующие выводы:

• легирующий компонент в обмазку вводится в виде мелкодисперсного порошка (иногда УДП со средним размером частиц менее 5 мкм);

• модифицирование из обмазок, как правило, применяется при литье в формы с низкой теплопроводностью. При литье в металлические или чугунные формы применяются либо специальные теплоизолирующие краски, либо специальные составы (например, ПГ-СР4 для чугуна), понижающие температуру кристаллизации заливаемого материала;

• для нормального проникновения частиц легирующего порошка в тело отливки необходимо активизировать легирующий материал (обеспечить смачиваемость частиц порошка расплавом).

Механизм упрочнения поверхности! о слоя в случае такого легирования либо дисперсионный (частицами проникшего в поверхность поршка), либо за счет измельчения зерна поверхностного слоя. Возможно действие обоих механизмов сразу.

Список литературы

1. Покуса А. Поверхностные металлические слои на отливках, полученные из обмазки формы / А. Покуса, М. Мургаш, A.C. Чаус //Литейное производство. - 1999. - №3. - С.30-33.

2. Ворошин Л.Г. Ксшитационно-стойкие i икрытия на железоуглеродистых сплавах / Л.Г. Ворошин, М.М. Абачараев, Б.М. Хусид. - М.: Наука и техника, - 1987. - 302с.

3. Леушин И.О. Многофункциональные покрытия разовых литейных форм для стальных и чугунных отливок / И.О. Леушин, А.Н. Грачев, И.С. Григорьев, В.А. Пряничников //Литейное производство. - 2005. - №8. - С.24.

4. Сварика A.A. Покрытия литейных форм / A.A. Сварика.

- М.: Машиностроение, 1977. - 216 с.

5. Крушенко Г.Г. Применение нанопорсшков химических соединений при производстве металлоизделий / Г.Г. Крушенко, D.B. Москьичеь, А.Е. Буров //Тяжелое машиностроение. - 2006.

- №9. - С.22-25.

6. Усков И.В. Формирование и свойства поверхностно-легированного слоя в отливке / И.В. Усков, Г.Г. Крушенко, Т.Н. Миллер, В.Ф. Пинкин. - Литейное производство. - 1992. -№11. -С.З.

7. Бедель В.К. Кокильное литье цветных сплавов / В.К. Бе-дель. - М.: Наука и техника, 1944. - 239с.

8. Усков И.В. Использование УДП оксида алюминия в качестве стабилизатора противопригарных покрытий / И.В. Усков, Г.Г. Крушенко // Тезисы докладов Российской конференции «Получение, свойства и применение энергонасыщенных ультрадисперсных порошков металлов и их соединений». - Томск: ТПУ, 1993.-С. 104-105.

9. Коротаева З.А. Получение ультрадисперсных порошков механохимическим способом и их применение для модифицирования материалов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Новосибирск.: ИХТТМ СО РАН, 2008. - 22 с.

10. Сабуров В.П. Применение ЭУДП для модифицирования сталей и никелевых сплавов / В.П. Сабуров, Г.П. Миннеханов // Тезисы докладов Российской конференции «Получение, свойства и применение энергонасыщенных упьтрадисперс-ных порошков металлов и их соединений». - Томск: ТПУ, 1993. -С.60-61.

№3(40)2008 23