установка для получения наноструктурированных покрытий деталей с цилиндрической поверхностью с эффектом памяти формы

Формула изобретения

1. Установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на цилиндрической поверхности деталей, содержащая раму, размещенные на раме механизмы закрепления и вращения детали и плазмотрон, установленный на механизме его продольного перемещения, механизм подачи порошкового материала с эффектом памяти формы, пирометр для измерения температуры детали перед фронтом плазменной дуги и управляющее устройство, связанное с механизмами подачи порошкового материала и перемещения плазмотрона и пирометром, при этом установка содержит приспособление для поверхностно-пластического деформирования детали для формирования наноструктурированного слоя, установленное на механизме продольного перемещения плазмотрона, второй пирометр, установленный в зоне поверхностно-пластического деформирования и связанный с управляющим устройством, понижающий трансформатор, соединенный с приспособлением для поверхностно-пластического деформирования для дополнительного нагрева поверхности детали, и устройство для охлаждения поверхности детали, связанное с устройством перемещения плазмотрона, причем плазмотрон установлен на механизме продольного перемещения под углом 46-50° к поверхности детали.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что приспособление для поверхностно-пластического деформирования содержит три ролика для обжатия поверхности деталей.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для охлаждения поверхности детали выполнено в виде двух емкостей, заполненных жидким азотом, расположенным по краям обрабатываемой детали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к комбинированным способам получения покрытий, и может быть использовано, в частности, для получения покрытий на деталях.

В настоящее время существуют следующие установки для получения покрытий.

Известна установка для плазменной наплавки деталей типа "Вал", характеризующаяся тем, что содержит станину и установленные на ней каретку, состоящую из передней и задней бабки для крепления обрабатываемой детали, и привод вращения детали, состоящий из электродвигателя, ременной передачи, подшипникового узла и тахогенератора, привод перемещения каретки, состоящий из электродвигателя, редуктора, ременной передачи и тахогенератора, центрирующее устройство как дополнительную опору для обрабатываемой детали, кронштейн с размещенными на нем плазматроном с механизмом подачи проволоки, магнитным устройством для контроля толщины наплавленного слоя, пирометром для контроля нагрева поверхности детали перед фронтом плазменной дуги и конечные выключатели, ограничивающие перемещение каретки, причем привод перемещения, привод вращения, плазматрон с механизмом подачи проволоки, магнитное устройство и пирометр соединены с блоком управления (патент № 76844).

Недостатком этой установки является невозможность получения покрытий без пор, с высокой степенью прочности сцепления покрытия с основой, износостойкости и твердости, вследствие - низкая долговечность покрытия.

Наиболее близкой является установка механизированной плазменной наплавки валов, содержащая механизмы вращения изделия, перемещения плазмотрона и подачи присадочного материала, а также управляющее устройство, связанное с механизмами подачи присадочного материала и перемещения плазмотрона, отличающаяся тем, что она снабжена пирометром для измерения температуры изделия перед фронтом плазменной дуги, связанным с управляющим устройством, выполненным с возможностью запуска механизмов перемещения плазмотрона и подачи присадочного материала при достижении поверхностью изделия температуры, близкой к температуре предельного теплонасыщения в выбранном режиме (патент № 2114724).

Недостатком этой установки является невозможность получения покрытий без пор, с высокой степенью прочности сцепления покрытия с основой, износостойкости и твердости, вследствие - низкая долговечность покрытия.

Задачей изобретения является повышение долговечности и функциональных свойств покрытий деталей с цилиндрической поверхностью, таких как износостойкость, твердость.

Техническим результатом является получение на поверхности деталей наноструктурированного покрытия с эффектом памяти формы.

Поставленная задача решается предложенной установкой для получения наноструктурированных покрытий деталей с цилиндрической поверхностью с эффектом памяти формы, содержащая механизмы закрепления и вращения деталей, продольного перемещения плазмотрона, расположенного на раме, подачи порошкового материала с эффектом памяти формы, управляющее устройство, связанное с механизмами подачи порошкового материала, перемещения плазмотрона и пирометром для измерения температуры детали перед фронтом плазменной дуги, приспособление для поверхностно-пластического деформирования поверхности деталей для получения наноструктурированного слоя, установленным на механизме продольного перемещения плазмотрона, второй пирометр, установленный в зоне поверхностно-пластического деформирования и связанный с управляющим устройством, понижающий трансформатор, соединенный с приспособлением для поверхностно-пластического деформирования для дополнительного нагрева поверхности детали и устройство для охлаждения поверхности детали, связанное с устройством перемещения плазмотрона, причем плазмотрон установлен на механизме продольного перемещения под углом 46-50° к поверхности детали. Приспособление для поверхностно-пластического деформирования содержит 3 ролика для обжатия поверхности деталей. Устройство для охлаждения поверхности детали выполнено в виде двух емкостей, заполненных жидким азотом, расположенным по краям обрабатываемой детали.

На чертеже представлена установка для получения наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы.

Установка состоит из следующих конструктивных элементов: блока управления 1, источника питания 2, понижающего трансформатора 3, патрона 4 для закрепления детали 16 с цилиндрической поверхностью, трехроликового приспособления 5 для поверхностно-пластического деформирования полученного покрытия с получением наноструктурированного слоя с эффектом памяти формы, плазматрона 6, устройства для перемещения 7 плазматрона, устройства 8 для охлаждения цилиндрической детали, выполненного в виде двух емкостей, заполненных жидким азотом, порошкового дозатора 9, пирометров 10 для измерения температуры, плазмообразующих газов 11, задней бабки 12, электродвигателя 13, шкивов 14 для передачи крутящего момента от электродвигателя 13 на патрон 4, рамы 15 и упрочняемой цилиндрической детали 16.

Установка работает следующим образом.

Упрочняемая цилиндрическая деталь 16 устанавливается в патроне 4 и в задней бабке 12, закрепленных на раме 15. Посредством электродвигателя 13 шкивов 14 системе придается вращательное движение. При помощи источника питания 2 и блока управления 1 производится включение устройства для перемещения плазматрона 6 и поджиг плазменной дуги, также происходит включение порошкового дозатора 9 для подачи порошка с эффектом памяти формы в плазменную струю. Измерение температуры упрочняемой детали перед фронтом плазменной дуги и в зоне поверхностно-пластического деформирования производится пирометрами 10. На устройстве для перемещения 7 плазматрона 6 закреплено трехроликовое приспособление 5 для поверхностно-пластического деформирования покрытия с эффектом памяти формы сразу после плазменного его напыления. Напыление покрытия производится плазмотроном 6, расположенным под углом 46-50°. На устройстве для перемещения 7 плазматрона 6 устанавливается приспособление 8 для подачи жидкого азота с целью охлаждения детали с покрытием с эффектом памяти формы в случае отрицательного интервала температур мартенситного превращения при поверхностно-пластическом деформировании трехроликовым приспособлением. Поверхностно-пластическое деформирование трехроликовым приспособлением сразу же после плазменного напыления осуществляется в два этапа, на первом этапе оно производится в интервале температур 800-1000°C, на втором в интервале температур мартенситных превращений (M_s-M_f). В случае охлаждения детали с покрытием с эффектом памяти формы после плазменного напыления до температуры менее 800°C дополнительно имеется понижающий трансформатор 3 для разогрева детали до данной температуры.

Пример 1

Упрочняемая цилиндрическая деталь 16 из стали 12Х18Н10Т устанавливается в патроне 4 и в задней бабке 12, закрепленных на раме 15. Посредством электродвигателя 13 шкивов 14 системе придается вращательное движение. При помощи источника питания 2 и блока управления 1 производится включение устройства для перемещения плазматрона 6 и поджиг плазменной дуги, также происходит включение порошкового дозатора 9 для подачи порошка ПН55Т45 с эффектом памяти формы в плазменную струю. Измерение температуры упрочняемой детали перед фронтом плазменной дуги и в зоне поверхностно-пластического деформирования производится пирометрами 10. На устройстве для перемещения 7 плазматрона 6 закреплено трехроликовое приспособление 5 для поверхностно-пластического деформирования покрытия с эффектом памяти формы Ni50Ti50 при температуре 1000°C сразу после плазменного его напыления (для увеличения плотности покрытия, прочности сцепления покрытия с деталью, микротвердости покрытия). Напыление покрытия производится плазмотроном 6, расположенным под углом 46°. Для выявления свойств эффекта памяти формы на устройстве для перемещения 7 плазматрона 6 устанавливается приспособление 8 для подачи жидкого азота с целью охлаждения детали с покрытием Ni50Ti50 с эффектом памяти формы в интервале температур мартенситных превращений -60°-0°C при поверхностно-пластическом деформировании трехроликовым приспособлением.

Пример 2

Упрочняемая цилиндрическая деталь 16 из стали 12Х18Н10Т устанавливается в патроне 4 и в задней бабке 12, закрепленных на раме 15. Посредством электродвигателя 13 шкивов 14 системе придается вращательное движение. При помощи источника питания 2 и блока управления 1 производится включение устройства для перемещения плазматрона 6 и поджиг плазменной дуги, также происходит включение порошкового дозатора 9 для подачи порошка ПН80Ю20 с эффектом памяти формы в плазменную струю. Измерение температуры упрочняемой детали перед фронтом плазменной дуги и в зоне поверхностно-пластического деформирования производится пирометрами 10. На устройстве для перемещения 7 плазматрона 6 закреплено трехроликовое приспособление 5 для поверхностно-пластического деформирования покрытия с эффектом памяти формы Ni64A136 при температуре 850°C сразу после плазменного его напыления. Напыление покрытия производится плазмотроном 6, расположенным под углом 47°. Для выявления эффекта памяти формы с покрытием с эффектом памяти формы Ni64A136 дополнительно имеется понижающий трансформатор 3 для разогрева детали в интервале температур 70-140°C при поверхностно-пластическом деформировании трехроликовым приспособлением.

В результате работы установки получается наноструктурированное покрытие с эффектом памяти формы, увеличиваются плотность покрытия на 18-24%, прочность сцепления покрытия с деталью на 30-40%, микротвердость покрытия возросла на 20-30%, отсутствуют поры в полученном наноструктурированном покрытии с эффектом памяти формы.