ИВМ СО РАН Поиск 
институт
структура
сотрудники
конференции
семинары
ученый совет
совет молодых ученых
техническая база
история
фотогалерея

исследования
разработки
экспедиции
эл. архив
годовые отчеты

ссылки
библиотека
документы
адреса и телефоны
 

Поверхностное легирование

Институт вычислительного моделирования СО РАН, Красноярск

Разработчик: д.т.н., проф. Г. Г. Крушенко, тел.: 8 (391) 290–51–36; e-mail

А.с. СССР № № 1122397; 1407653; 1511944

Одна из технологий упрочнения поверхности литых деталей, подвергающихся трибологическим нагрузкам в процессе эксплуатации, заключается в нанесении пастообразной смеси или в установке в то место литейной формы, где оформляется эта поверхность, вставки, основой которых являются наплавочные порошки. В процессе заливки железоуглеродистых сплавов в форму порошок расплавляется и при затвердевании отливки образует на ее поверхности легированный слой с повышенной твердостью и износостойкостью. Достоинством способа является возможность замены высоколегированных стали на простую углеродистую. Толщина легированного слоя составляет порядка 8-10 мм.

По разработанной опытной технологии в результате введения 0,02...0,04 % НП Ti${}_{x}$C${}_{y}$N${}_{z}$ в легирующую композицию, основой которой является наплавочный порошок марки ПН70Х17С4Р4, на поверхности отливки из стали 35Л формируется легированный слой с твердостью 43...46 ед. HRC, износостойкость которого при газоабразивном износе (абразив — кварцевый песок) выше износостойкости основы — стали 35Л в 5,7...5,9 раз.

По другой технологии в результате введения в легирующую композицию, основой которой служил наплавочный порошок ПГ-СР4, 0,1...0,3 % НП Si${}_{3}$N${}_{4}$,${}_{ }$на поверхности отливки из стали 35Л сформировался легированный слой, твердость которого повысилась по сравнению с композицией без НП с 32,5 до 44,5 ед. HRC (на 36,9%), а относительная износостойкость (износостойкость стали 35Л принята за 1) возрастает на 45,8% по сравнению с легированным слоем, сформировавшимся из композиции, не содержащей НП.

Разработанные технологии были использованы при литье кернов колодцевого крана. При литье из стали 35Л кернов колодцевого крана (Рис. 1) — рабочих органов колодцевого крана (масса 10 кг), которые служат для выемки стальных слитков массой 9 т из сталеразливочных изложниц, транспортировки их к колодцевым нагревательным печам, последующей выемки после нагрева до 900${}^{0}$С и транспортировки нагретых слитков к прокатному стану.

Технология была разработана взамен применения сложнолегированного дорогостоящего хромо-никелевого сплава 20Х25Н10ТСЛ с последующей наплавкой электродом из сплава Э-70Х3СМТ. При этом в качестве легирующей основы был выбран наплавочный порошок ПГ-СР4. Легирующий состав содержал: 96,54% наплавочного порошка ПГ-СР4; 0,40% наплавочного порошка ПН70Ю30 и 0,06% НП TiCN. Из этой композиции прессованием с последующим спеканием готовили вставки, которые устанавливали в песчаную литейную форму, и производили ее заливку сталью 35Л. Отлитые керны подвергали нормализации с целью снятия литейных напряжений. Изучение макрошлифа головки керна, то есть его рабочей части, показало, что толщина поверхностного легированного слоя в среднем составляет 10 мм (Рис. 2), а его твердость достигает 43 ед. HRC. Отлитыми кернами были оснащены выпускаемые заводом «Сибтяжмаш» (Красноярск) колодцевые краны, которые эксплуатировались на Днепровском металлургическом комбинате. Срок службы кернов с легированным слоем составлял каждого не менее 25 ч, тогда как серийных кованых с наплавкой электродом типа Э-70Х3СМТ только 16 ч — в 1,56 раза меньше.

По такой же технологии из стали 35Л были отлиты била (масса 14,3 кг) углеразмольных агрегатов (рис. 3, 4), твердость поверхностно-легированного слоя (общая площадь 124х160 мм, толщина — 8 мм) которых составила 48...50 ед. НRС, а срок службы при эксплуатации на Алма-Атинской ТЭЦ увеличился в 1,5 раза по сравнению с билами, отлитыми из такой же стали, поверхность которых была наплавлена вручную сормайтом (слой 10...12 мм).

Рис. 1
Рис. 1. Керн колодцевого крана
Рис. 2
Рис. 2. Макрошлиф головки (рабочей части) керна колодцевого крана. Более радиусная светлая полоса — поверхностно-легированнный слой
Рис. 3
Рис. 3. Било углеразмольного агрегата: 2 — поверхностно-легированный слой толщиной 8-10 мм.
Рис. 4
Рис. 4. Фотография бил молотковых (а), смонтированных на углеразмольном агрегате и отдельные била (б)