Состав сварочной проволоки

 

Изобретение относится к сварке и может быть использовано для изготовления сварочной проволоки, преимущественно для сварки никелевых дисперсионно-твердеющих сплавов, работающих длительно при температурах свыше 950°С. Цель изобретения - повышение жаропрочности металла шва (МШ) при температурах свыше 950°С и качества его формирования при сохранении стойкости против образования горячих трещин. Состав сварочной проволоки содержит, мас.%: углерод 0,21 - 0,6; марганец 0,5 - 3,0; хром 6 - 11; молибден 5,5 - 9,5; вольфрам 4 - 7; ниобий 3,6 - 6,5; алюминий 2,6 - 4,0; титан 0,1 - 0,8; бор 0,002 - 0,08; железо 0,001 - 0,5; церий 0,001 - 0,08; иттрий 0,02 - 0,3; магний 0,01 - 0,1; 8 - 12% кобальта и 0,05 - 1,5% тантала, никель остальное. При этом отношение ниобия к алюминию равно 1,2 - 2,5, сумма алюминия и титана равна 2,7 - 4,2, а отношение суммы ниобия и тантала к углероду составляет 13 - 17. Кобальт в указанных количествах способствует повышению жаропрочности МШ, замещая часть атомов никеля в кристаллической решетке. Повышенное содержание углерода и дополнительное легирование танталов способствует образованию термодинамически устойчивых карбидов ниобия и тантала. Указанное отношение суммы ниобия и тантала к углероду исключает появление эвтектической γ-γʹ фазы, обладающей пониженной жаропрочностью. Повышение содержания марганца способствует повышению жидкотекучести МШ. 2 табл.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для изготовления сварочной проволоки, преимущественно для сварки никелевых дисперсионно-твердеющих сплавов, работающих длительно при температурах свыше 950^оС. Цель изобретения - повышение жаропрочности металла шва при температурах свыше 950^оС и качества его формирования при сохранении стойкости против образования горячих трещин. Повышенное содержание углерода способствует связыванию части ниобия в первичные термодинамически устойчивые карбиды NbС. Уменьшение содержания свободного ниобия смещают концентрационную область образования эвтектической γ - γ ^l-фазы в область более высокого содержания алюминия, т.е. увеличивается растворимость алюминия в γ -твердом растворе. Дополнительное легирование танталом способствует образованию первичных карбидов ТаС, не растворимых до нагрева до солидусных температур. Появление эвтектической γ - γ^l -фазы исключается при выдержке соотношения = 13-17. При отношении менее 13 содержание ниобия и тантала недостаточно для связывания всего углерода в карбиды, что приводит к образованию сложных зернограничных карбидов Cr₂₃С₆, отрицательно влияющих на жаропрочность из-за своих крупных размеров и хрупкости. Чрезмерное увеличение отношения содержания суммы ниобия и тантала к углероду свыше 17 приводит к образованию эвтектической γ - γ^l-фазы. При нагреве до температуры свыше 950^оС, когда γ^l -фаза интенсивно растворяется, жаропрочность металла шва обеспечивается наличием труднорастворимых первичных карбидов ниобия и тантала. При содержании тантала менее 0,05% имеет место снижение высокотемпературной жаропрочности, так как уменьшается количество карбидов ТаС. При увеличении содержания тантала свыше 1,5% чрезмерное количество карбидной фазы приводит к охрупчиванию металла шва. Кобальт способствует повышению жаропрочности металла шва, замещая часть атомов никеля в кристаллической решетке. При содержании кобальта менее 8% эффект от его введения не проявляется, а при содержании свыше 12% жаропрочность снижается, так как уменьшается количество γ^l-фазы. Повышение содержания марганца способствует повышению жидкотекучести металла шва и качественному формированию металла шва без резких переходов от шва к основному металлу. При содержании марганца меньше 0,5% формирование шва ухудшается, снижается плавность перехода от шва к основному металлу. При содержании марганца свыше 3,0% снижается жаропрочность металла шва. Наличие в составе высокотемпературных первичных карбидов NbС и ТаС, действующих как дополнительные центры кристаллизации, способствует резкому измельчению структуры шва и сохранению стойкости металла шва против образования горячих трещин. Примеры конкретного осуществления состава сварочной проволоки представлены в табл.1. Для оценки жаропрочности сваривали ручной аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой встык цилиндрические заготовки диаметром 16 мм из выскокожаропрочного сплава. Из сварных заготовок изготавливали цилиндрические образцы. Повышенная жаропрочность металла гарантировала разрушение образцов по сварному шву. Сварные заготовки термообрабатывали по следующему режиму: закалка 1100^оС - 1 ч; охлаждение на воздухе и старение 900^оC - 16 ч, воздух. Испытания сварных образцов проводили при 1000^оС путем нагружения постоянной нагрузки 50 МПа определением времени до разрушения. Температура 1000^оС для испытуемых присадочных материалов характерна тем, что жаропрочность металла шва в этом случае определяется некоторым количеством γ ^l-фазы, не растворившейся при нагреве, и количеством карбидной фазы. Результаты испытаний представлены в табл.2. Качество формирования сварного шва (его жидкотекучесть) оценивали путем замера угла между касательной к поверхности шва и поверхностью пластины, причем вершина угла находилась на линии сплавления металла шва с основным металлом. Чем больше величина угла, тем выше жидкотекучести сваривали в стык пластины 100х100 мм толщиной 2 мм с укладкой проволоки по стыку. Сварку осуществляли на автомате АДС-1000 неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона при Y_св=1,5 м/ч и 1 св.=90 А. Результаты испытаний приведены в табл.2. Стойкость против образования горячих трещин определяли испытанием по методике МВТУ на установке ЛТП-6М. За показатель стойкости против горячих трещин принималась критическая скорость машиной деформации, при которой в металле шва начинали возникать горячие трещины. Испытания свидетельствуют, что стойкость против образования горячих трещин составляет 2,7-3,1 мм/мин. Изобретение обеспечивает получение при сварке более высокой жаропрочности и жидкотекучести металла шва, что повышает качество и надежность сварных соединений.

Формула изобретения

СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ для сварки жаропрочных материалов, содержащий углерод, марганец, хром, молибден, вольфрам, ниобий, алюминий, титан, бор, железо, церий, иттрий, магний, никель при отношении ниобия к алюминию 1,2 - 2,5 и сумме алюминия и титана, равной 2,7 - 4,2, отличающийся тем, что с целью повышения жаропрочности металла шва при температурах свыше 950^oС и качества его формирования при сохранении стойкости против образования горячих трещин, состав дополнительно содержит кобальт и тантал при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,21 - 0,62 Марганец 0,5 - 3,0 Хром 6 - 11 Молибден 5,5 - 9,5 Вольфрам 4 - 7 Кобальт 8 - 12 Ниобий 3,6 - 6,5 Алюминий 2,6 - 4,0
Титан 0,1 - 0,8
Тантал 0,05 - 1,5
Бор 0,001 - 0,08
Железо 0,01 - 0,5
Церий 0,001 - 0,08
Иттрий 0,02 - 0,3
Магний 0,01 - 0,1
Никель Остальное
причем отношение суммы ниобия и тантала к углероду равно 13 - 17.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---