RU2791023C1 - Method for induction surfacing of iron-based magnetic alloys and induction-channel furnace for induction surfacing of iron-based magnetic alloys - Google Patents

Abstract

FIELD: agriculture machinery.

SUBSTANCE: invention relates to the field of metallurgy and can be used to strengthen the wear surfaces of the working bodies of agricultural machines with wear-resistant alloys. A method for induction surfacing of iron-based magnetic alloys includes applying a charge of a magnetic alloy in the form of a powder onto a strengthened surface of a workpiece and its subsequent melting by a high-frequency field of an inductor. The induction channel furnace for surfacing contains a cylindrical inductor (2) with two heating zones. The first heating zone (1) has a diameter of a cylindrical inductor greater than the diameter of the second zone (6) inductor. There is a hollow graphite core (5) inside the inductor of the first zone. The billet with the applied mixture is placed in a graphite core in the first zone (1) and heated to a temperature of 770-790°C with the absorption of a high-frequency magnetic field by a graphite core, which ensures the demagnetization of the magnetic alloy charge. Then the billet with the charge is moved to the second zone (6) of the furnace, where the charge is melted.

EFFECT: use of powders from iron-based magnetic alloys for induction surfacing due to the exclusion of their dropping from the strengthened surface of the workpiece.

2 cl, 1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение может быть использовано при производстве различных рабочих органов сельскохозяйственных машин посредством упрочнения износостойкими сплавами изнашиваемых поверхностей подвергающиеся интенсивному абразивному изнашиванию.The invention can be used in the production of various working bodies of agricultural machines by hardening wear-resistant alloys of wear surfaces subjected to intense abrasive wear.

Известно, применяемые в качестве упрочнения порошковые высоколегированные хромистые чугуны, которые должны иметь минимальную магнитную проницаемость. Это связано с тем, что наплавочная шихта частично «сбрасывается» с упрочняемой поверхности детали электромагнитным полем индуктора, размещенного в нем. (Богодухов, С.И. Упрочнение поверхности низкоуглеродистой стали самофлюсующимися твердыми сплавами / Машиностроение. - 2014. №3. - С. 19-26).It is known that powdered high-alloy chromium cast irons are used as hardening, which should have a minimum magnetic permeability. This is due to the fact that the surfacing mixture is partially “thrown off” from the hardened surface of the part by the electromagnetic field of the inductor placed in it. (Bogodukhov, S.I. Hardening of the surface of low-carbon steel with self-fluxing hard alloys / Mashinostroenie. - 2014. No. 3. - P. 19-26).

Поэтому ГОСТ 21448-75, параграф 2.5, рекомендует, что порошки из сплавов для индукционной наплавки на основе железа не должны быть магнитными.Therefore, GOST 21448-75, paragraph 2.5, recommends that alloy powders for iron-based induction surfacing should not be magnetic.

С целью снижения воздействия магнитной проницаемости на металлическую часть наплавочной шихты для удержания ее на поверхности упрочняемой детали в процессе наплавки используют пасты, которую спекают на поверхности детали при температуре 540-560°С в течении 12 мин (Ткачев В.Н. Износ и повышение долговечности деталей сельскохозяйственных машин / Машиностроение, 1971 С. 164). Кроме того при нанесении шихты в виде пасты, а не порошков, исключается рассыпание основных легирующих компонентов, отвечающих за прочность, ударную вязкость и износостойкость наплавленного слоя (RU 2595180, 20.08.2016).In order to reduce the effect of magnetic permeability on the metal part of the surfacing charge, to keep it on the surface of the hardened part during the surfacing process, pastes are used that are sintered on the surface of the part at a temperature of 540-560 ° C for 12 minutes (Tkachev V.N. Wear and increase in durability details of agricultural machines / Mashinostroyeniye, 1971, p. 164). In addition, when applying the charge in the form of a paste, rather than powders, the scattering of the main alloying components responsible for the strength, toughness and wear resistance of the deposited layer is excluded (RU 2595180, 08/20/2016).

Таким же способом создают сплавы имеющие микроструктуру с пониженной магнитной проницаемостью, так например, из-за наличия аустенита в наплавляемом высоколегированном хромистом чугуне, его подвергают закалки с температуры 1140-1200°С (В.Н. Ткачев износ и повышение долговечности деталей сельскохозяйственных машин / Машиностроение, 1971 С. 164).In the same way, alloys are created that have a microstructure with reduced magnetic permeability, for example, due to the presence of austenite in the deposited high-alloy chromium cast iron, it is subjected to hardening from a temperature of 1140-1200 ° C (V.N. Tkachev wear and increase the durability of parts of agricultural machines / Mashinostroenie, 1971, p. 164).

Использование для упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей порошковых не магнитных материалов, значительно уменьшает трудоемкость процесса индукционной наплавки деталей работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания, однако значительно сужает возможность применения порошковых сплавов с высокой магнитной проницаемостью.The use of powder non-magnetic materials to harden the wear surfaces of parts significantly reduces the complexity of the process of induction surfacing of parts operating under conditions of intense abrasive wear, but significantly narrows the possibility of using powder alloys with high magnetic permeability.

Известен способ (аналог патент RU №2090326, С1 20.09.1997), где цилиндрическую заготовку предварительно нагревают до температуры 300-400°С. Шихту, в составе которой есть борсодержащие флюсы и магнитные составляющие (крупка, соединение порошкового материала на основе железа), насыпают на поверхность заготовки и формируют специально спрофилированным тромбовочным скребком. Шихта припекается к поверхности детали за счет флюсовой части.A known method (similar to patent RU No. 2090326, C1 20.09.1997), where the cylindrical workpiece is preheated to a temperature of 300-400°C. The charge, which includes boron-containing fluxes and magnetic components (grains, iron-based powder material compound), is poured onto the surface of the workpiece and formed with a specially profiled clot scraper. The mixture is baked to the surface of the part due to the flux part.

Недостатком известного технического решения состоит в значительной трудоемкости в организации процесса индукционной наплавки, в том числе из-за магнитных порошковых материалов состоящей в необходимости в формировании наплавочной шихты, при определенной температуре, на упрочняемой поверхности детали.The disadvantage of the known technical solution is the significant complexity in the organization of the process of induction surfacing, including because of the magnetic powder materials consisting in the need to form a surfacing mixture, at a certain temperature, on the hardened surface of the part.

За прототип выбран способ индукционной наплавки, описанный в работе индуктора для односторонней непрерывно-последовательной наплавки внешним полем), заключающийся в том, что наплавляемую заготовку, перемещающуюся под индуктором, предварительно нагревают пассивным витком, а основной нагрев до расплавления шихты в другой части индуктора (патент RU 2026610, 09.01.1995).For the prototype, the method of induction surfacing, described in the work of the inductor for one-sided continuous-sequential surfacing by an external field), is chosen, which consists in the fact that the welded workpiece moving under the inductor is preheated with a passive coil, and the main heating until the charge is melted in another part of the inductor (patent RU 2026610, 01/09/1995).

Недостатком такого способа наплавки является то, что его технология предусматривает предварительный подогрев наплавляемой шихты на упрочняемой заготовке за счет воздействия электромагнитного поля индуктора. Однако при этом происходит частичное сбрасывание металлической части шихты с упрочняемой поверхности, что значительно сужает возможность использование магнитных порошковых материалов.The disadvantage of this method of surfacing is that its technology provides for preheating of the deposited charge on the hardened workpiece due to the influence of the electromagnetic field of the inductor. However, in this case, a partial dropping of the metal part of the charge from the hardened surface occurs, which significantly limits the possibility of using magnetic powder materials.

Известна индукционная канальная печь для наплавки магнитных сплавов на основе железа, содержащая корпус, зону нагрева, тигель, магнитопровод (SU 1722121, 30.11.94). Недостатком данного устройства является то, что наплавочная шихта частично «сбрасывается» с упрочняемой поверхности заготовки электромагнитным полем индуктора.Known induction channel furnace for surfacing magnetic alloys based on iron, containing a housing, a heating zone, a crucible, a magnetic circuit (SU 1722121, 30.11.94). The disadvantage of this device is that the surfacing charge is partially "discarded" from the hardened surface of the workpiece by the electromagnetic field of the inductor.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является индукционная печь для наплавки магнитных сплавов на основе железа, содержащая корпус, цилиндрический индуктор, тигель, магнитопровод и последовательно расположенные две индукционные катушки (RU 2083938, 31.05.94).Closest to the proposed device is an induction furnace for surfacing magnetic alloys based on iron, containing a housing, a cylindrical inductor, a crucible, a magnetic circuit and two induction coils in series (RU 2083938, 31.05.94).

Недостатком данного устройства является то, что в нем невозможно одновременно размагнитить и качественно наплавить магнитный сплав на основе железа.The disadvantage of this device is that it is impossible to simultaneously demagnetize and qualitatively weld the iron-based magnetic alloy.

Задачей решаемой предлагаемой группой изобретений является возможность использование порошков из магнитных сплавов на основе железа для индукционной наплавки и снижение трудоемкости процесса.The problem solved by the proposed group of inventions is the possibility of using powders of iron-based magnetic alloys for induction surfacing and reducing the complexity of the process.

Технический результат достигается за счет размагничивания магнитного порошка, на основе железа перед расплавом путем помещения его в полый графитовый сердечник.The technical result is achieved by demagnetizing the iron-based magnetic powder before melting by placing it in a hollow graphite core.

Поставленная задача решается следующим образом. В способе индукционной наплавки магнитных сплавов на основе железа, с нанесением на упрочняемую поверхность заготовки в виде шихты, представляющей собой порошок и последующее расплавление высокочастотным полем индуктора, первоначально упрочняемую заготовку с нанесенной на ее упрочняемую поверхность шихтой упрочняемого материала размещают в полом графитовом сердечнике, установленном в первой зоне индукционной канальной печи, и нагревают упрочняемую заготовку до температуры 770-790° при обеспечении поглощения высокочастотного магнитного поля полым графитовым сердечником, а затем упрочняемую заготовку с шихтой перемещают во вторую зону индукционной канальной печи и производят расплав упрочняющего материала.The problem is solved in the following way. In the method of induction surfacing of iron-based magnetic alloys, with deposition on the hardened surface of the workpiece in the form of a charge, which is a powder and subsequent melting by the high-frequency field of the inductor, the initially hardened workpiece with the charge of the hardened material deposited on its hardened surface is placed in a hollow graphite core installed in the first zone of the induction channel furnace, and the workpiece to be hardened is heated to a temperature of 770-790° while ensuring the absorption of the high-frequency magnetic field by a hollow graphite core, and then the workpiece to be hardened with the charge is moved to the second zone of the induction channel furnace and a melt of the strengthening material is produced.

В устройстве в индукционной канальной печи для индукционной наплавки магнитных сплавов на основе железа содержащей цилиндрический индуктор с двумя зонами нагрева, первая зона нагрева имеет диаметр цилиндрического индуктора больше индуктора второй зоны нагрева, при этом внутри индуктора первой зоны нагрева размещен полый графитовый сердечник, выполненный с возможностью размещения в нем упрочняемой заготовки.In the device in the induction channel furnace for induction surfacing of iron-based magnetic alloys containing a cylindrical inductor with two heating zones, the first heating zone has a diameter of the cylindrical inductor larger than the inductor of the second heating zone, while inside the inductor of the first heating zone there is a hollow graphite core, made with the possibility placement of the hardened workpiece in it.

На фиг. 1 - Схема индукционной канальной печи состоящей из двух зон нагрева.In FIG. 1 - Scheme of an induction channel furnace consisting of two heating zones.

Индукционная двухканальная печь состоит из первой зоны нагрева 1, цилиндрического индуктора 2, охваченного магнитопроводом 3, изолированного асбестовой изоляцией 4, от полого графитового сердечника 5, выполненного с возможностью размещения в нем упрочняемой заготовки.The two-channel induction furnace consists of the first heating zone 1, a cylindrical inductor 2, covered by a magnetic circuit 3, insulated with asbestos insulation 4, from a hollow graphite core 5, made with the possibility of placing a hardened workpiece in it.

Вторая зона 6 индукционной канальной печи размещена за первой и выполнена с магнитопроводом 7 меньшего диаметра. Внутри полого графитового сердечника 5 размещают с возможностью перемещения наплавляемую заготовку 8 с наплавочной шихтой 9.The second zone 6 of the induction channel furnace is located behind the first one and is made with a magnetic circuit 7 of a smaller diameter. Inside the hollow graphite core 5 is placed with the ability to move the workpiece to be welded 8 with the surfacing charge 9.

Реализация способа осуществляется следующим образом. Цилиндрический индуктор состоящий из двух зон 1 и 6 подключен к инвертору ЭЛСИТ 70/40 (на рис. не показан). В зоне 1 двух-зонного индуктора 2 размещен магнитопровод 3 и изолированный от него асбестовой изоляцией 4 полый графитовый сердечник 5 нагретый до температуры 770°С. Температуру нагрева поверхности наплавляемой заготовки 8 определяли хромель-алюмелеевой термопарой (на фиг. не показано) с насыпанной на нее наплавочной шихтой 9. помещали в полый графитовый сердечник 5 выполненный с возможностью размещения в нем упрочняемой заготовки и осуществляли нагрев шихты и заготовки в течение 60 сек. После установки заготовки с шихтой в полый графитовый сердечник включается источник питания и нагревает его переменным магнитным полем. Установленная в нем заготовка подвергается воздействия электромагнитного поля и нагревается до температуры 740-790°С за счет тепла создающего графитовым сердечником. Затем образец с наплавочной шихтой перемещают во вторую зону 6 цилиндрического индуктора с магнитопроводом 7 и производят расплавление упрочняемого сплава.The implementation of the method is carried out as follows. A cylindrical inductor consisting of two zones 1 and 6 is connected to an ELSIT 70/40 inverter (not shown in the figure). In zone 1 of the two-zone inductor 2 there is a magnetic core 3 and a hollow graphite core 5 isolated from it with asbestos insulation 4, heated to a temperature of 770°C. The heating temperature of the surface of the welded workpiece 8 was determined by a chromel-alumelium thermocouple (not shown in Fig.) with a welding charge 9 poured on it. Placed in a hollow graphite core 5 made with the possibility of placing a hardened workpiece in it, and the charge and the workpiece were heated for 60 seconds . After installing the workpiece with the charge in the hollow graphite core, the power source is turned on and heats it with an alternating magnetic field. The workpiece installed in it is exposed to an electromagnetic field and heated to a temperature of 740-790°C due to the heat created by the graphite core. Then the sample with the surfacing charge is moved to the second zone 6 of the cylindrical inductor with the magnetic circuit 7 and the hardened alloy is melted.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Образцы для индукционной наплавки в цилиндрическом индукторе 2 состоящим из двух зон 1 и 6, готовили следующим образом: из проката стали 65Г толщиной 8 мм вырезались заготовки 20*60 мм в количестве 10 шт; состав наплавочной шихты состоял из порошка 85% высоколегированного хромистого чугуна марки ПГ-УС25, ГОСТ 244878 и 15% флюса марки П-066;%; наплавочную шихту перед насыпкой на поверхность детали в течении 15 мин перемешивали в биконусном смесителе: приготовленную наплавочную шихту специальным дозатором наносили на упрочняемую поверхность высотой 3 мм шириной 20 мм и длиной 25 мм.Example 1. Samples for induction surfacing in a cylindrical inductor 2 consisting of two zones 1 and 6 were prepared as follows: from rolled steel 65G 8 mm thick, blanks 20 * 60 mm were cut in the amount of 10 pcs; the composition of the surfacing mixture consisted of a powder of 85% high-alloy chromium cast iron grade PG-US25, GOST 244878 and 15% flux grade P-066;%; The surfacing charge was mixed for 15 minutes in a bicone mixer before being poured onto the surface of the part: the prepared surfacing charge was applied with a special dispenser onto a hardened surface 3 mm high, 20 mm wide and 25 mm long.

Подготовленную заготовку для наплавки помещали в цилиндрический индуктор подключенный к инвертору марки ЭЛСИТ-70/40.The prepared workpiece for surfacing was placed in a cylindrical inductor connected to an ELSIT-70/40 inverter.

Цилиндрический индуктор состоит из двух зон. В первой зоне индуктора 1 располагается полый графитовый сердечник 5 прямоугольной формы (внутренние размеры:40*40*60) с толщиной стенки 6 мм в котором образец нагревается до температуры 770-790°С. Указанный температурный интервал нагрева в первой зоне индуктора с индукционно-графитовым нагревателем устраняет магнитные свойства упрочняемой заготовки и наплавочной шихты.The cylindrical inductor consists of two zones. In the first zone of the inductor 1 there is a rectangular hollow graphite core 5 (internal dimensions: 40 * 40 * 60) with a wall thickness of 6 mm in which the sample is heated to a temperature of 770-790°C. The specified temperature range of heating in the first zone of the inductor with an induction graphite heater eliminates the magnetic properties of the workpiece to be hardened and the surfacing charge.

При нагреве заготовки и шихты, например до температуры 760°С, а не до 770°С, происходит частичное сбрасывание наплавочной шихты. Нагрев наплавочной шихты и образца до температуры 800°С, а не до 790°С увеличивает время нагрева на 4-5%.When the workpiece and the charge are heated, for example, to a temperature of 760°C, and not up to 770°C, the surfacing charge is partially thrown off. Heating the surfacing charge and the sample to a temperature of 800°C, and not to 790°C, increases the heating time by 4-5%.

Экспериментально установлено у высокохромистых белых чугунов магнитные свойства исчезает при температуре, 750°С, а железоуглеродистых сплавов при 768°С. Вторая зона индуктора выполнена в виде овала, в которую перемещается заготовка после нагрева в графитовом сердечнике. Измерение температуры осуществляли следующим образом. После предварительной калибровки хромельалюмелеевую термопару (диаметром 0,2 мм), приваривали к заготовке (конденсаторной сваркой, на фиг. не показана) и ее подключали к АЦП К57ПВ1А и осуществляли считывание. Оцифровку и передачу на персональную ЭВМ (с установлением на ней ПО регистрации данных - АСД.com, и чтения данных и калибровки устройств АДС.med, функционирующем в системе Matkhcad) ее показаний со скоростью 36 сек^-1 позволило фиксировать быстропротекающий процесс нагрева поверхности заготовки.It has been experimentally established that for high-chromium white cast irons, the magnetic properties disappear at a temperature of 750°C, and for iron-carbon alloys at 768°C. The second zone of the inductor is made in the form of an oval, into which the workpiece moves after heating in a graphite core. The temperature measurement was carried out as follows. After preliminary calibration, a chrome-alumel thermocouple (0.2 mm in diameter) was welded to the workpiece (capacitor welding, not shown in Fig.), and it was connected to the K57PV1A ADC and reading was performed. Digitization and transfer to a personal computer (with the installation of data recording software - ASD.com, and data reading and calibration of ADS.med devices operating in the Matkhcad system) of its readings at a speed of 36 sec ^-1 made it possible to fix the fast process of heating the surface of the workpiece.

Таким же образом готовился второй состав шихты состоящий из железного порошка ПЖВ1.450.26. ГОСТ 9849-86 - 85% и флюса П-066 15%, который так же как и первый состав наплавочной шихты нагревался до тех же температур в индукторе состоящем из двух зон как и первый.In the same way, the second composition of the charge was prepared, consisting of iron powder PZhV1.450.26. GOST 9849-86 - 85% and P-066 flux 15%, which, like the first composition of the surfacing charge, was heated to the same temperatures in an inductor consisting of two zones as the first one.

Сбрасывание наплавочной шихты не происходило содержащей как, высоколегированный хромистый чугун, так и железный порошок.Throwing off the surfacing mixture did not contain both high-alloy chromium cast iron and iron powder.

Пример 2. Наплавочную шихту состоящую из двух составов из сплава ПГ-УС25 и железного порошка марки ПЖВ1.450.26. ГОСТ 9849-86 (флюс один и тот же) как и в первом примере, насыпали на подготовленные заготовки. Нагрев и расплавление вели в индукторе подключенному к инвертору ЭЛСИТ-70/40, на одинаковых режимах.Example 2. Surfacing charge consisting of two compositions of alloy PG-US25 and iron powder grade PZhV1.450.26. GOST 9849-86 (the same flux), as in the first example, was poured onto prepared workpieces. Heating and melting were carried out in an inductor connected to an ELSIT-70/40 inverter, in the same modes.

При содержании в шихте высоколегированного порошкового чугуна ПГ-УС25, после включения инвертора внутри цилиндрического индуктора возникает переменное магнитное поле. Наплавляемая шихта с упрочняемой заготовкой находящаяся между ветвями индуктора «встряхивается» после включения источника питания и шихта просыпается (5-7%) независимо от степени намагничивания материалов.When the charge contains high-alloy powder iron PG-US25, after turning on the inverter, an alternating magnetic field arises inside the cylindrical inductor. The deposited charge with a workpiece to be hardened, located between the inductor branches, is “shaken” after the power source is turned on, and the charge wakes up (5-7%), regardless of the degree of magnetization of the materials.

В случае с железным порошком шихта сбрасывается до 50% с металлической заготовки.In the case of iron powder, the charge is discarded up to 50% from the metal billet.

Таким образом, предлагаемый способ с предварительным подогревом заготовки и наплавочной шихты в двух зонах индуктора, одна из которых имеет графитовый пустотелый сердечник, позволяет расширить номенклатуру порошковых материалов для индукционной наплавки. Упрощает организацию технологического процесса индукционной наплавки.Thus, the proposed method with preheating of the workpiece and the surfacing charge in two zones of the inductor, one of which has a graphite hollow core, makes it possible to expand the range of powder materials for induction surfacing. Simplifies the organization of the technological process of induction surfacing.

Claims (2)

1. Способ индукционной наплавки магнитных сплавов на основе железа, включающий нанесение их на упрочняемую поверхность заготовки в виде шихты, представляющей собой порошок, и последующее расплавление высокочастотным полем индуктора, отличающийся тем, что первоначально упрочняемую заготовку с нанесенной на ее упрочняемую поверхность шихтой упрочняемого материала размещают в полом графитовом сердечнике, установленном в первой зоне индукционной канальной печи, и нагревают упрочняемую заготовку до температуры 770-790°С при обеспечении поглощения высокочастотного магнитного поля полым графитовым сердечником, а затем упрочняемую заготовку с шихтой перемещают во вторую зону индукционной канальной печи и производят расплав упрочняющего материала.1. A method for induction surfacing of iron-based magnetic alloys, which includes applying them to the hardened surface of the workpiece in the form of a charge, which is a powder, and subsequent melting by a high-frequency field of the inductor, characterized in that the initially hardened workpiece with the charge of the hardened material deposited on its hardened surface is placed in a hollow graphite core installed in the first zone of the induction channel furnace, and the workpiece to be hardened is heated to a temperature of 770-790°C while ensuring the absorption of the high-frequency magnetic field by the hollow graphite core, and then the workpiece to be strengthened with the charge is moved to the second zone of the induction channel furnace and a melt is produced reinforcing material. 2. Индукционная канальная печь для индукционной наплавки магнитных сплавов на основе железа, содержащая цилиндрический индуктор с двумя зонами нагрева, отличающаяся тем, что первая зона нагрева имеет диаметр цилиндрического индуктора больше диаметра индуктора второй зоны нагрева, при этом внутри индуктора первой зоны нагрева размещен полый графитовый сердечник, выполненный с возможностью размещения в нем упрочняемой заготовки.2. Induction channel furnace for induction surfacing of magnetic alloys based on iron, containing a cylindrical inductor with two heating zones, characterized in that the first heating zone has a diameter of a cylindrical inductor greater than the diameter of the inductor of the second heating zone, while inside the inductor of the first heating zone there is a hollow graphite a core made with the possibility of placing a hardened workpiece in it.

Images