способ индукционной наплавки тонкостенных изделий

Формула изобретения

1. Способ индукционной наплавки тонкостенных изделий, включающий нанесение шихты на упрочняемую поверхность изделия и размещение его в индукторе, отличающийся тем, что проводят поочередно двухстороннюю наплавку изделия, при этом первоначально наплавляют первую сторону, после охлаждения укладывают изделие этой стороной на композицию, состоящую из 95% маршалита и 5% борной кислоты, с формированием на первой стороне в процессе наплавки второй стороны защитной рубашки в виде корки, толщиной не менее основного металла, затем охлаждают изделие с отслоением и удалением корки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после охлаждения изделия производят зачистку неровностей наплавленных поверхностей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к индукционно-металлургическому способу наплавки, и может быть использовано для повышения износостойкости различных тонкостенных деталей, например рабочих органов сельскохозяйственных машин и путевых дорожных машин.

Известен способ наплавки погружением (см. книгу Индукционная наплавка твердых сплавов, Ткачев В.Н. и др., M.: Машиностроение, 1970, стр. 13), заключающийся в том, что предварительно подогретую в индукторе деталь погружают в керамическую форму с расплавленным металлом, который повторяет контуры упрочняемой поверхности.

Недостатком известного способа является то, что для получения равномерной наплавки на поверхности детали необходимо поддерживать строго определенную температуру расплава и иметь постоянное сечение детали. В условиях массового производства выдержать эти требования сложно, что приводит к плохому качеству наплавки.

Наиболее близким по назначению и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ индукционной наплавки тонких листов (см. SU 1664488 А1, МПК7 B 23 K 13/01, 23.07.1991), принимаемый за прототип. Согласно известному способу на участок детали, подлежащей наплавке, наносят шихту. Деталь помещают между находящимися одна за другой ветвями индуктора, в зоне действия которого устанавливают внутреннюю границу размещения шихты. Затем включают индуктор и нагревают участок детали в зоне размещения внутренней границы нанесения шихты. Шихта расплавляется, деталь перемещают в направлении периферийной детали и выводят из индуктора. За счет обеспечения более равномерного нагрева и рационального распределения тепла уменьшают внутренние температуры напряжения и снижают коробление детали.

Недостатком прототипа является то, что с его помощью осуществлять двухстороннюю наплавку изделий возможно при условии, что толщина изделия должна быть более 25 мм. В противном случае происходит расплавление первоначально наплавленной стороны и cтекание с него сплава, что снижает качество наплавки тонкостенных изделий.

Кроме того, при перемещении детали в зоне индуктора изменяется концентрация электромагнитной энергии на единицу поверхности детали и при достижении края детали за счет краевого эффекта концентрация энергии увеличивается до величины, при которой происходит оплавление края самой детали, что приводит к браку.

Задачей изобретения является разработка способа индукционной наплавки, позволяющего осуществлять качественную двухстороннюю наплавку тонкостенных изделий.

Техническим результатом изобретения является повышение качества двухсторонней наплавки тонкостенных деталей.

Технический результат достигается тем, что в способе индукционной наплавки тонкостенных изделий, включающем нанесение шихты на упрочняемую поверхность изделия и размещение его в индукторе, согласно изобретению, проводят поочередно двухстороннюю наплавку изделия, при этом первоначально наплавляют первую сторону и после охлаждения укладывают изделие этой стороной на композицию, состоящую из 95% маршалита и 5% борной кислоты, с формированием на первой стороне в процессе наплавки второй стороны изделия защитной рубашки в виде корки толщиной не менее основного металла, затем охлаждают изделие с отслоением и удалением корки.

Другое отличие состоит в том, что после охлаждения производят зачистку неровностей наплавленных поверхностей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображены схема наплавки в индукторе и технологические операции наплавки лопатки шпалоподбойки.

Изобретение реализуется следующим образом.

Упрочнение проводят на изделиях, толщина которых менее 25 мм, причем износостойкий сплав необходимо нанести на лицевую и заднюю поверхности детали.

Производят наплавку первой стороны детали обычным индукционно-металлургическим способом в кольцевом индукторе, после чего ее охлаждают на воздухе.

Индуктор снабжен ванночкой, наполненной композицией (см. чертеж). Перед наплавкой второй стороны деталь размещают в индукторе таким образом, что первая, уже наплавленная поверхность лежит на поверхности ванночки с композицией. Включают индуктор и уже при нагреве выше 700^oС на первой поверхности образуется рубашка в виде корки толщиной 1,5-2,0 мм, которая не плавится при достижении максимальной температуры индукционного нагрева 1200-1400^oС.

Композиция представляет собой смесь маршалита 95% и борной кислоты 5%. Комплексные соединения, из которых образуется корка, получаются при взаимодействии окиси кремния (SiO₂), которая является основой маршалита, и борной кислоты, которая в процессе нагревания претерпевает ряд превращений:

H₃BO₃ --> HBO₂ --> H₂B₄O₇ --> B₂O₃.

Тетраборная кислота Н₂В₄O₇ и борный ангидрид В₂O₃ при температуре выше 600^oС реагирует с окисью кремния с образованием тугоплавких комплексных соединений, которые и образуют рубашку в виде корки, толщина которой должна быть не менее толщины основного металла.

Содержание борной кислоты в композиции в количестве 51% является оптимальным. При меньшем содержании борной кислоты корка не образуется и поверхность наплавленного слоя значительно ухудшается. При большем содержании борной кислоты (больше 7,5%) из-за присутствия излишнего борного ангидрида при высокой температуре наблюдается жидкая фаза и ухудшается формирующая роль корки.

Образовавшаяся корка служит полостью, препятствующей стеканию расплавленного сплава с первой поверхности при осуществлении наплавки второй поверхности изделия посредством расплавления индуктором наплавочной шихты.

После наплавки таким образом двух поверхностей изделия его охлаждают и с первой поверхности корка отпадает или легко снимается. Затем при необходимости зачищают неровности наплавки.

Пример.

Исходные данные для двухсторонней наплавки лопатки шпалоподбойки:

поверхность, подлежащая упрочнению, - 35140 мм;

толщина лопатки - 12 мм;

толщина наплавляемого слоя - 1,5-2,0 мм;

толщина наносимого слоя шихты - 5,5 мм;

зазор между основным металлом и плавящим витком индуктора во время процесса - 2,2 мм;

зазор между основным металлом и подогревающим витком индуктора во время процесса - 6,0 мм;

интенсивность нагрева - 40-60^oС/с.

Технологические операции при наплавке лопатки (см. чертеж): наносят на поверхность А лопатки наплавочную шихту и подводят ее в кольцевой индуктор до расплавления шихты в течение 405 сек. Затем охлаждают лопатку на воздухе, после чего первой стороной укладывают лопатку на композицию, насыпанную в ванночку кольцевого индуктора. Композиция включает 95% маршалита и 5% борной кислоты, толщина слоя 4-6 мм. Затем на поверхность В нанесли наплавочную шихту слоем 5 мм. Включают индуктор и производят наплавку поверхности В лопатки шпалоподбойки. В момент нагрева на поверхности А лопатки образуется защитная корка, которая предохраняет от стекания уже наплавленную поверхность.

После двухсторонней наплавки произвели охлаждение детали, при этом корка отпадает самостоятельно. Зачистили неровности с наплавленных поверхностей шлифмашиной.

Использование предлагаемого изобретения позволяет осуществлять двухстороннюю наплавку индукционно-металлургическим способом тонкостенных изделий за счет формирования на одной из наплавляемых сторон защитной рубашки в виде корки, образующейся из композиции, которая включает маршалит 95% и борную кислоту 5%.