Содержащий бор сплав повышенной твердости на железной основе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 13 Ь, 20

ОПИСАНИЕ Yi2QBFETEHYR

К 1ATEiiT», ВЫЦАИИОМУ ИАРОДИЫМ КОМИССАРИАТО Л ТЯЖЕЛОЙ ПРЮ4ЫЛЛЕИИости

Зорсеистрировон с Бюро нос аедеюцей рваистрт<ип изобреии «гй Гос .ыни при CH;: C.C:C.Ð

Ин-ная фирма „Инлзстрнал Рисеоч Лаборзторис,,вкц. О-во (I",dustг1а1 Research 1 aborat ries т+а1, в г. Сан-Франциско, CLHA, Действительные изооретатели ин-цы Ф. A. Корман (Г. A. 1 ;оггпапп и В. Ф. Гирш,"У. г. Н1гsc,1).

1.одЕОжа1ций бор СНЛаВ ПоаЫжСИ. -,О,". тВЕрпОСт

ОСБОБЕ..1а;сит заявлен 1О:поня !935 года за i, z 170"=48, с п1 со ди от того:.не числ.: з, М 1П !4.

О выдаче патента опуолпповано 28 февра".ÿ 198.i

Действие патента рас: ространяeтcя на 15 лет от 28 фенов.

Предлагаемое изооретение относи-.ся к сплавам повышенной твердости на железной основе, содержащим бор.

Подобного рода сплав, обладающий оолее низкой точкой плавления, легко соединяется с обыкновенными стальными и железными изделиями, путем отливки на поверхности изделия, с целью образования слоя, обладающего свойствами, отличными от свойств поддер- живающего этот слой металлического тела, Настоящее предложение предусма-, тривает получение сплава весьма боль- шой твердости и значительного сс-, противления износу с целью исполь- i зования его для покрытия железных, и стальных изделий, в осооенности внутренних поверхностей подверженных механическому воздействию труб (например, канализационных), а также в качестве материала для изготовле-, ния изделий, полностью состоящих из, этого сплава.

Уже известно, что прибавление оора к стали повышает ее твердость, но до настоящего времени опыты в этом направлении касались сталей, содержащих малый процент углерода или бора, или оооих элементов вместе. Повышение процентного содержания этих элементов, согласно данному изобретению, дало возможность получить сплав, черезвычайно твердый и поддающийся обработке только шлифовальным кругом. Его твердость может доходить до 1000 и больше r.о шкале

Бринелля. Температура плавления сплава лежит в пределах между 10бб и 1120, т. е. значительно ниже, чем у люооro другого железного или нежелезного сплава соответствующей твердости. Сопротивление износу от трения очень велико и более, чем в 10 раз, по заявлению авторов, превышает соответствующее сопротивление обыкновенного чугуна. Сопротивление разрыву составляет от 15 до 38 ага на

7,яя - 1 от 24 000 до б0000 англ. фунтов на 1 кв. дюйм). В расплавленном или размягченном состоянии сплав легко сваривается с нагретой стальной или железной поверхностью без припоя при условии чистоты поверхности.

Теплопроводность же сплава черезвычайно низка и составляет менее одной трети теплопроводности чугуна. Незначительная стоимость изготовления сплава позголяет широко применять его для промышленных целей.

Сплав состоит, в основном, из железа с небольшим процентным содержанием углерода, бора и никеля; кроме того, могут быть добавляемы и другие элементы.

Количество связанного углерода соответствует составу чугуна, т. е. колеблется в пределах от 2 до 4% по весу, количество бора — от 0,2 до 2,5%; для большей твердости прибавляется никель в количестве от 1 5 до 9%.

Всякие другие составные части ухудшают сплав, тем не менее иногда можно прибавлять в различных количествах и другие металлы, например, марганец, хром, вольфрам, ванадий, молибден, кобальт и др., особенно в тех случаях, когда не требуется;:àèболее благоприятной характеристики сплава. С другой стороны, из сплава следует по возможности полностью исключать некоторые элементы, обычно присутствующие в чугуне, например, серу и фосфор, или, во всяком случае, количество серы не должно превышать 0,1%, а фосфора — 0,3%.

На практике допускается не более

0,05% каждого из этих элементов, так как оба они вредно отзываются на твердости и других качествах сплава.

То же самое отчасти относится и к кремнию, с той лишь разницей, что при количествах, приблизительно до

1,5%, этот элемент не приносит существенного вреда; тем не менее при содержании бора в верхнем пределе допускается присутствие кремния до

2,5%. В противном случае в сплаве может выделяться графитный углерод, что недопустимо, потому что в данном сплаве углерод должен содержаться в связанной форме. Наиболее удовлетворительный по качеству сплав содержит лишь около 1% кремния, а содержание бора и углерода вместе не превышает 4,5 „, максимальный же предел общего содержания обоих этих элементов не должен превосходить б" „.

Сплав не должен содержать алюминия, так как даже небольшое количество последнего сильно уменьшает твердость; по этой же причине сле. дует избегать внедрения в сплав ферро-бора, изготовленного термитным способом, так как подобный ферробор может содержать значительное количество алюминия. Присутствие меди в количествах более 1", уменьшает твердость сплава. При отсутствии никеля твердость значительно понижается, хотя сплав все же обладает достаточной твердостью для многих целей.

В нижеследующей таблице показана твердость сплавов без никеля при различном содержании углерода и бора:

Твердость ло т!вале

Бринелл,!

I 1!7одеят:!о В cг ( (3,50

0,20

7 о

0,5

Углерод .

Бор .

Углерод .

Бор .

Углерод .

Бор .

Углерод .

Бор .

2,0

",0

3,25

0,50

0,25

1,00, 3,00

1,70, 2,5

1,0

700

300

Эффект присутствия никеля в сплаве. показан графически на приложенном чертеже. Кривая -4 диаграммы показывает изменение твердости при добавлении от 1 до 10, никеля к сплаву. содержащему около 3 I, углерода и

1в в бора, а кривая З показывает противоположный эффект при добавлении никеля к обыкновенному чугуну, содержащему около 3 /„углерода при отсутствии бора. В обоих примерах практически не содержалось серы и фосфора, причем в сплаве по кривой

А содержалось около 0,57% кремния против 0,5", „в примере кривой З, что служит отчасти в пользу сплава по кривой З с точки зрения твердости.

Из кривой 1 видно, что при прибавлении от 2,5 до З,У,, никеля к сплаву, содержащему бор, происходит быстрое и резкое возрастание твердости, тогда как в простом чугуне при тех же количествах никеля происходит HQ менее резкое падение твердости. При больших количествах бора твердость будет больше.

Для изготовления сплава расплавленные составные части могут быть соединены друг с другом различными способами, не выходя из пределов указанных выше пропорций, причем Нсточником бора служит свободный от алюминия ферро-бор с весьма малым содержанием серы и фосфора. Изготовление сплава по другому способу заключается в том, что берется чушка высокосортного чугуна, предпочтительно содержащего около 3"„и более углерода, от 2 — 4 „ кремния, около

0,1, фосфора и серы и 0" „или небольшой процент хрома, какой обычно встречается в чугуне.

Чушку расплавляют в соприкосновении с бурой и в присутствии свободного углерода, для чего процесс ведется или в графитовом тигле или просто с прибавлением свободного углерода; при этом масса поддерживается в расплавленном состоянии до тех пор, пока не произойдет желаемое восстановление бора буры углеродом и частью кремния и пока этот бор не поглотится железом, а первоначальное количество кремния в железе значительно не уменьшится. Никель может быть введен в ту же шихту или может быть впоследствии сплавлен с полученным предварительно сплавом углерод-бор-железо.

Весь углерод в окончательном сплаве должен быть в связанной форме, в особенности же не должно иметься углерода в виде графита; в изломе сплав должен отличаться серебристобел ы м бл еском.

Готовый сплав может быть отлит в любую желаемую форму или же в виде болванок, предназначенных для расплавления в будущем.

Как уже упоминалось выше, предлагаемый сплав может применяться не ICJlbYî для отливки изделий, но и для покрытия готовых изделий из стали и железа для придания им высокой твердости и повышенной сопротивляемости истиранию. В особенности же этот сплав предназна ается для покрытия поверхностей труб. а также цилиндров и рабочих втулок цилиндров двигателей внутреннего горев я. Процесс покрытия сплавом происходит следующим образом. Тонкие чистые плитки сплава раздробляются на мелкие кусочки; затем необходимое количество -аких кусочков (в зависимости от желаемой толщины корки) вводится в железную или стальную трубу или цилиндр, поверхность которой была предварительно тщательно очищена травлением или другим способом. Конец или концы цилиндра закрываются стальными дисками или пробками, которые могут быть вогнаны внутрь, приварены или иным способом закреплены на месте, причем один из этих дисков должен иметь в центре очень маленькое отверстие для выхода газов или нагртого воздуха. В неко-о;эых случаях можно вместе со спла вом ввод:. ть в трубу небольшое количе=тво углекислого натра, борнок Icëñãо натра, фтористого кальция и "... д. с целью поглощения неметаллических веществ.

Желательно такж= .водить небольшое количество летучей жидкости, спосооной образовать неокисляюшийся газ, с целью выталкивания воздуха; в качестве такой жидкости очень пригоден метиловый спирт. Вслед за этим закрытый цилиндр постепенно и равномерно нагревают в печи, медленн; вращая его до тех пор, пока не будедостигнута температура чуть-чуть выше точки плавления загруженного сплава.

После этого цилиндр, нагретый до красного каления, быстро вынимают из печи и помещают между горизонтально расположенными центрами вращающегося станка или поддерживают и вращают его при помощи горизонтальных роликов. В TQM и другом случае немедленно придают число о6оротов, соответствующее периферической скорости около 600 к в минуту, продолжая вращение приблизительно полминуты; за это время ци.линдр успеет потерять путем излуче- Предмет изобретен и я. ния достаточное количество тепла, так, 1. Содержащий бор сплав повычто загруженныи в цилиндр сплав за- шенной твердости на железной основе, твердевает и образует ровный гладкий отличающийся тем, что он содержит слой внутри цилиндра. После полного от 2 до 4 „связанного углерода и от охлаждения конец или концы ци- О - а ° о,2 до а,о /а бора, при содержании кремлиндра могут быть вскрыты, и твер- . ния не свыше 2,5,„а серы и Ьосдая корка может быть обточена до I фора соответственно не свыше С,1 желаемого диаметра путем шлифо- вания, причем наружная поверхность 2, Видоизменение сплава пс п. 1, цилиндра может, конечно, обрабаты- д, „ отличающееся тем, что, с целью дальваться лгооым механическим спосонейшего повышения твердости, в него бом. введено от 1.з до 9", „никеля.

ТзеРЯОегь пО ык4ле БРинелля.

/РОО

8 4 о б 9 АЙ б

Тнн, Печа ан;.й Труд". За.с, 25„ 2 — з50