Состав термитной смеси

 

Изобретение относится к наплавочным материалам, применяемым для износостойкой наплавки стальных деталей. Цель изобретения - повышение износостойкости и качества наплавленного металла. В термитную смесь, содержащую железную окалину, алюминиевый порошок, графит и криолит, дополнительно вводят карбид кальция, борный ангидрид и порошок твердого сплава ПГ УСЧ-30. Термитная смесь образована алюминием и железной окалиной. Введение твердого сплава в количестве 5-8 мас.% обеспечивает в совокупности с 0,5-1,5 мас.% графита и 1-6 мас.% борного ангидрида оптимальное легирование наплавленного металла. Карбид кальция снижает склонность к образованию горячих трещин, а входящий в него кальций благоприятно влияет на рафинирование наплавленного металла. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1526942 А1!

51 4 В 23 К 23/00

S 1!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4468! 28/27-27 (22) 01.08.88 (46) 07.12 89. Бюл. № 45 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72) С. И. Попов, В. Б. Харитонов, В. П. Ефимов, О. 3. Шарафутдинов и Ю. П. Поручиков (53) 621.791.650 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1 232440, кл. В 23 К 23/00, 13.06.84.

Авторское свидетельство СССР

¹ 747657, кл. В 23 К 23/00, 20.06.78. (54) СОСТАВ ТЕРМИТНОЙ СМЕСИ (57) Изобретение относится к наплавочным материалам, применяемым для износостойИзобретение относится к области наплавочных материалов, применяемых для ремонта и восстановления изношенных поверхностей методом термитной сварки, в частности для стальных деталей железнодорожного подвижного состава.

Известен состав термитной смеси на основе железной окалины и алюминиевого порошка.

Целью изобретения является повышение износостойкости и качества наплавленного на опорные поверхности стальных деталей металла.

При выборе состава термитной смеси учитывают, что в процессе протекания экзотермических и углеродотермических реакций должна дости гаться температура распл а вленного металла не ниже 1900 — 2200 К, чтобы обеспечить требуемое тепловложение для расплавления контактной поверхности

2 кой наплавки стальных деталей. Цель изобретения повышение износостойкости и качества наплавленного металла. В термитную смесь, содержащую железную окалину, алюминиевый порошок, графит и криолит, дополнительно вводят карбид кальция, борный ангидрид и порошок твердого сплава

ПГ УСЧ-30. Термитная смесь образована алюминием и железной окалиной. Введение твердого сплава в количестве 5 — 8 мас.% обеспечивает в совокупности с 0,5 1,5 мас.

%, графита и 1 — 6 мас.%, борного ангидрида оптимальное легирование наплавленного метал1а. Карбид кальция снижает склонность к образованик горячих трещин, а входящии в него кальций благоприятно влияет на рафинирование наплавленного металла. 3 табл. детали и оптимальное легирование. Учитывая, что в термитную сталь переходит

0,10--0,60 мас.% Al состав термитной смеси оптимизируют по уровню получения химсостава наплавленного металла, соответствующего среднеуглеродистой хромистои стали марки 45ХЗ, которая имеет высокие механические свойства в указанных пределах введения алюминия. Кроме того, такой химсостав стали обеспечивает оптимальное сочетание износостойкости и коэффициента трения в соответствии с требованиям и, предъявляемыми к ofIop Hbl M повер хностя м несугцих деталей железнодорожного подвижного состава.

Оптимальное легирование наплавляемого металла реализуется введением в термитную смесь твердого сплава ПГ УСЧ-30 в количестве 5 8 мас.%, который содержит, С 4--4,5; Мп 2 — 2,5; Мо 1,5 — 1,8; Сг 45 — 50;

1526942

Ni 2--4; Sh 0,2- 0,3. Гранулометрический состав этого порошка определяется размером сита 1,25, что обеспечивает его равномерное распределение в шихте и, в конечном итоге в наплавленном металле при быстропротекающем процессе наплавки. Наличие в твердом сплаве высокого содержания углерода препятствует окислению входящих в него хрома и молибдена.

Для устранения растрескивания наплавленного металла в температурном интервале образования горячих трещин в термитную смесь вводится карбид кальция. Это позволяет предотвратить наводораживание расплавленного металла в результате перевода влаги, содержащейся в гигроскопичных окислах железа, в летучий углеводород в начале термитной реакции. Кроме того, кальций снижает растворимость серы в жидком железе, способствуя образованию сульфидных включений при высоких температурах и переводу их в шлак. Кальций также благоприятно влияет на рафинирование границ зерен металла и образование неглобулярныh неметаллич cKHx включений.

Для улуч шения флюсующих свойств наилавляемого металла и повышения прочности его соединения с основным металлом в термитную смесь вводится обезвоженный борный ангидрид, который частично, вступая в уtëåðoäîòåðìè÷åñêóþ реакцию, образует карбиды бора. Как известно, карбиды бора, равномерно распределяясь в металле, эффективно повышают его износостойкость.

Существенность предлагаемых пределов содержания компонентов термитной смеси подтверждается результатами исследований составов, представленных в табл. 1. Результаты механических испытаний образцов, вырезанных из наплавленного металла указаннь.х составов, приведены в табл. 2. Они свидетельствуют о высоком уровне механических свойств наплавленного металла по предлагаемым составам (варианты 1 — 9), удовлетворяющим требованиям РТМ 32 ЦВ

201 — 78; 68)600 МПа, Ьг)330 МПа, КС1: ")25 Дж/см, KCU " :70 Дж, см, Составы 10 и 13 не удовлетворяют предъявляемым требованиям ио прочностным свойствам, а составы 1! и 12 по ударной вязкости.

Испытания на износ проводят на машине ири сухом трении скольжения образца в виде ролика толщиной 5 мм и диаметром 40 мм, выточенного из HàïëàBëåíHого металла, отно сительно контртела из стали 20Л в виде колодки. Режим испытаний определяется величиной нормальной нагрузки 500 Н и пройденным путем трения 5000 м. Требования по износостойкости наплавленного металла регламентируется величиной износа, равной

1,5 r. Этому требованию не удовлетворяют составы 10 и 13.

Составы термитной смеси сравниваются также ио комплексному показателю качества наплавленного металла К, выраженному через произведение относительных показателей единичных свойств:

K=K(o) К(и) Kg, где K(, — (0)н (о)Ф (Н)н

К (Н)

1О Al.

К pg— относительное кислорода; относительное водорода; содержание содержа н ие относительное содержание остаточного алюминия; (О), (Н) t, А1 — фактическое содержание в наплавленном металле кис15 лорода, водорода, остаточного алюминия; (O)„=0,10%; (H) =7,6

100г

А6„=0,20 мас.Я вЂ” соответственно номинальные значения содержания в наплавленном металле кислорода, водорода и алюминия.

Рассчитанные значения показателей ка25 чества приведены в табл. 3. Они показывают, что состав 1 — 9, соответствующие предлагаемым пределам состава термитной смеси, превосходят составы 10- 14 по величине комплексного показателя качества К.

При.иер. Предлагаемый состав термитной с миc!1 испо з ьзу ется д и я на ил а В к}! Труш ихся поверхностей клиньев гасителя колебаний тележки грузового вагона, изготовленных из стали 20Л. Толщина стенки составляет 15 мм, а наилавляемого слоя 10 MM. Перед наилавкой клин нагревается до 950 К, а на

35 иаилавляемую поверхность устанавливается ио контуру медный кондуктор для формирования слоя требуемых размеров. Используется термитная смесь оптимального состава (состав 3). Термитная реакция проводится

40 в футерованном огнеупорным составом тигле емкостью 10 дм . После завершения термитной реакции делается выдержка в течение

1 мин, необходимая для разделения ее продуктов на металл и шлак. Заливка расплавленного металла производится сканиро45 ванием выпускного отверстия тигля относительно наплавляемой поверхности до заполнения полости кондуктора. Контроль температуры металла при заливке осуществляется оптическим пирометром. В конкретном примере температура термитной стали со

50 ставляет 2150 К. Г1ри металлографическом исследовании наплавленного металла установлено соответствие показателей качества требованиям РТМ 32 ЦВ 20! — 78.

Сравнительный анализ полученных данных по предлагаемому техническому решению с известным материалом показывает полное отсутствие в наплавленном металле трещин и пор, хорошую сплошность металла в переходном слое (наплавленный металла — ос1526942 лит, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и качества наплавленного металла при использовании смеси для тер митной напл а вки, смесь допол н ительно содержит карбид кальция, борный ангидрид и твердый железохромистый сплав

ПГ УСЧ-30 при следующем соотношении компонентов смеси, мас.Я: новной металл), высокую износостойкость наплавленного металла, соответствие свойств эксплуатационным требованиям по коэффициенту трения и невысокую себестоимость термитной смеси. 5

Экономический эффект при использовании предлагаемого технического решения образуется за счет изготовления термитной смеси непосредственно в условиях производства деталей, так как ее основу составляют собственные отходы в виде железной окалины. Дополнительный экономический эффект образуется в эксплуатации за счет повышение долговечности деталей в 1,2 раза, Формула изобретения

Состав термитной смеси, содержащий 15 алюминий, железную окалину графит и криоАлюминий

Графит

Криолит

Карбид кальция

Борный ангидрид

Твердый железохромистый сплав ПГ УСЧ-30

Железная окалина

20 — 26

0,5 — 1,5

0,4 — 1,0

0,2 — 1,2

1 — 6

5 — 8

Остальное

Таблица 1

Содержание компонентов, мас.4

Состав

Алюминий Графит Криолит Карбид Борный Сплав Железная кальция ангидрид ПГ УСЧ-30 окалина

2

4

6

8

11

12

13

23

23

23

26

23

23

26

23

23

23

23

1,0

1,0

1,0

0,5

1,5

1,0

1,0

0,5

1,5

0,4

1,6

1,0

1,0

1,0

0,7

0,7

0,7

0,7

0,7

0,4

1,0

0,4

1,0

1,1

0,3

0,7

0,7

0,7

0,7

0,7

0,7

0,7

0,7

1,2

0,2

0,2

1,2

0,1

1,3

0,1

1,3

0,1

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

6,0

1,0

1,0

6,0

0,9

6,2

6,2

0,9

3,5

8,0

5,0

6,5

6,5

6,5

6,5

6,5

5,0

8,0

6,5

6,5

8,2

4,9

6,5

63,1

66,1

64,6

62,1

67,1

61,9

67,3

72,9

56,3

68,0

61,1

60,8

68,2

65,2

1526942

Та бли ца 2

Механические свойства (средние значения) Состав

Временное соУдарна вязкостьь

ОЗК

Дж/см

Предел текучести

% ь

МПа

Ударная вязкость

КС11 9з с

Дж/см

Износ,г, при нагрузке

500 Н и пройденном пути

5000 м противление е-8,,Мпа

26,8 74,1 1,2

29,2 77,7 1,7

28,7 78,4 1,3

371

294

336

588

621

12

13

Табли ца

Содержание газов Содержание

А1, мас. l

Состав

Показатели качества смз

Н, 100 г (o) (и) pe) О, i!

Составите ь Т Арест

Редактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор T. Палий

Заказ 745I/l8 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

l l 3035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 1О) 1

3

5

7

9

11

12

13

1

3

5

7

9

1 0

0,09

0,10

0,10

0,09

0,12

0,10

0,11

0,12

0,09

0,12

0,12

0,11

0,13

0,12

618

624

628

632

637

612

668

582

653

7,0

7,1

7,2

6,8

7,6

6,9

7,2

8,1

6,5

8,2

8,2

8,0

7,7

8,2

376

334

332

339

344

351

333

389

292

365

0,18

0,16

0,17

0,18

0,13

0,14

0,19

0,10

0,26

0,17

0,18

0,20

О, 17

0,25

27,6 79,2 1,2

28,4 79,8 1,4

279 803 1,3

28,8 81,0 1,5

27,9 79,7 1,1

27,2 78,9 1,3

26,9 78,1 1,4

29,8 79,4 1,5

26,6 78,0 0,9

29,9 78,3 1,7

26,4 73,4 1,5

1,11 1,09 1,11 1,34

1,00 1,07 1,25 1,34

1,00 1,06 1,18 1,25

1,11 1,12 1,11 1,38

0,83 1,00 1,54 1,28

1,00 1,10 1 43 1 57

0,91 1,06 1,05 1,01

0,83 0,94 2,00 1,56

1,11 1,17 0,77 1,00 о,83 0,93 1,18 0,91

0,83 0,93 1,11 0.86

0,91 0,95 1,00 0,86

0,77 0,99 1,18 0,90

0,83 0,93 0,80 0,62