Состав электродного покрытия

 

Использование: наплавка деталей машин в химической, нефтяной и металлургической отраслях промышленности, работающих в агрессивных средах в условиях абразивного и газоабразивного изнашиваний. Сущность изобретения: состав электродного покрытия содержит, мае.%: плавиковый шпат 5-15: ферромарганец 2-14; графит 05-3,5; карбид кремния 25-65: мрамор 2,5- 5.5, лигатура: железо - хром - бор - алюминий - кремний 5-32; рутил 2-8; слюда 3-9. 1табл.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л В 2Ь К 35/365

ГОСУДАРСТВЕ HHbl Й КОЧИ1 ЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ CBИ4ЕТЕЛbÑTÂÓ (21) 4777651/08 (22) 04.01,90 (46) 07.05,92. Бюл, ¹ 17 (71) Запорожский машиностооительный институт им. В.Я,Чубаря (72) С,Н.Попов, А,А.Митяев и А,Г,Кругликов (53) 621.791.04 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1001588, кл, В 23 К 35/365. 31.03.81.

Авторское свидетельство СССР

N 716202, кл, В 23 К 35/365, 09.12.77. (54) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ

Изобретение относится к сварке, а именно к наплавочным материалам, применяемым при наплавке деталей машин, работающих в агрессивных средах в условиях абразивного и газоабразивного изнашивания, и может найти применение для наплавки деталей, используемых в химической. нефтяной, металлургической и целлюлознобумажной промышленности, а также для защиты быстроизнашивающихся узлов и деталей теплоэнергетического. горно-обогатительного и смесительного оборудования.

Для предварительной и восстановительной наплавки быстроизнашивающихся деталей широко используются стандартные наплавочные электроды типа T-590 и Т вЂ” 620, а также другие известные электроды. С целью повышения технологичности и износостойкости в условиях абразивного изнашивания в состав =-лектродных покрытий вводят такие элемен. ы-упрочнители, как углерод, ферротитан, ферробор, феррохром, карбид хрома, диборид титана. вызываю». Ы,„, 1731550 А1 (57) Использование: наплавка деталей машин в химической, нефтяной и металлургической отраслях промышленности, работающих в агрессивных средах в условиях абразивного и газоабразивного изнашиваний.

Сущность изобретения; состав электродного покрытия содержит, мас.% плавиковый шпат 5 — 15: ферромарганец 2 — 14; графит

0,5 — 3,5; карбид кремния 25 — 65: мрамор 2,5—

5,5, лигатура: железо — хром — бор — алюминий — кремний 5 — 32; рутил 2 — 8; слюда 3 — 9.

1 табл. щие карбидное. боридное или интерметаллидное упрочнение высоколегированного металла.

Известен электрод для износостойкой наплавки, содержащий в покрытии плавиковый шпат, ферромарганец, графит, алюминиевый порошок. карбид кремния. карбид хрома, мрамор при следующем соотношении компонентов, мас.,4:

Плавиковый шпат 15,0 — 17,0

Ферромарганец 4,5-6.0

Графит 2.5-4,0

Алюминиевый порошок 2,5 — 3,5

Карбид кремния 31,5 — 32.5

Карбид хрома 7,0-9.0

Мрамор Остальное

Для повышения износостойкости наплавленного металла в состав покрытия введены карбид кремния и карбид хрома, что при указанных соотношениях позволяет получить в наплав ленном металле структуру на базе комплексного карбида хрома (Cr: Ре)тСз, реализация высокой твердости которого затруднена тем. что до 60% атомов

1731550

35 хрома могут быть замещены атомами железа, приводящего к снижению микротвердости до Ны=12-14 ГПа, вместо Hpp=21 — 22

ГПа.

В условиях интенсивного абразивного 5 изнашивания при высокой твердости абразивных частиц порядка Но=14 — 22 ГПа такое соотношение твердостей и составляющих сплава не может обеспечить стабильную работу, вследствие невыполнения усло- 10 вия Н50 На, где Hgp — твердость материала; Н вЂ” твердость абразивных частиц, Таким образом. при данном соотношении легирующих компонентов наплавлен- 15 ный металл имеет невысокую износостойкость.

Более высокую износостойкость в условиях абразивного и газоабразивного изнашивания можно получить, если наплавлен- 20 ный металл содержит боридную упрочняющую фазу, которая обладает значительно большей сопротивляемостью при изнашивании, чем карбидная упрочняющая фаза.

Целью изобретения является повыше- 25 ние износостойкости и технологической п рочности на плавленного металла.

Эта цель достигается тем, что в состав покрытия дополнительно введены лигатура железо — хром — бор — алюминий — кремний. 30 рутил и слюда при следующем соотношении компонентов, мас. .

Плавиковый шпат 5 — 15

Ферромарганец 2 — 14

Графит 0,5-3,5

Карбид кремния 25 — 65

Мрамор 2,5-5,5

Лигатура железохром — бор — алюминий — кремний 5 — 35

Рутил 2 — 8

Слюда 3 — 9

Лигатура Fe-Cr-В-Al-Si (ФХБ — 2) содержит следующие компоненты, мас. .

Хром 40-44 45

Бор 20-22

Алюминий 2,2-2;5

Кремний 1,0 — 3.0

Железо Остальное

Введение ее в состав электродного по- 50 крытия обеспечивает существенное повышение износостойкости наплавленного металла за счет образования комплексных боридов хрома типа (Fe, Cr)zB, имеющих микротвердость Hp=21 — 25 ГПа, При этом 55 наплавленный металл легируется хромом. бором и кремнием.

Микроскопические исследования показали, что бориды типа (Fe. Cr)2B имеют форму вытянутого прямоугольника, а боридные иглы ориентированы в сплаве так, что на поверхности находятся преимущественно торцы иглы, расположенные под углами, близкими к прямому, по отношению к рабочей поверхности наплавленного металла.

Это приводит к тому, что уменьшается площадь поверхности сплава, не защищенная упрочняющей фазой, Кроме этого, такая ориентация включений исключает полное выкрашивание изношенных боридов, так как большая их часть находится глубоко под поверхностью металла.

Кроме этого, алюминий, вошедший в состав сплава, растворяясь в бориде, повышает его микротвердость, что способствует увеличению износостойкости сплава.

Использование лигатуры Fe-Cr-В-Al-Si обеспечивает при наплавке уменьшение степени диссоциации и наиболее полный переход карбида кремния в наплавленный металл, а также комплексное его легирование.

Алюминий и кремний, содержащиеся в лигатуре Fe-Cr-В-AI-Si, позволяют достаточно полно раскислять наплавленный металл, С целью увеличения способности металла сопротивляться абразивному изнашиванию за счет уменьшения склонности металла шва к образованию кристаллизационных и холодных трещин, которые обусловливают выкрашивание наплавленного металла и вызывают снижение его износостойкости,в состав покрытия введен плавиковый шпат в количестве 5 — 15 мас. .

Введение рутила в состав покрытия в количестве 2 — 8 мас. значительно снижает разбрызгивание металла при сварке на постоянном и переменном токе, повышает устойчивость горения дуги, что приводит к уменьшению потерь легирующих элементов на угар и разбрызгивание, чем обеспечиваются необходимая степень легирования наплавленного металла и его износостойкость, Также введение рутила обеспечивает хорошее формирование швов во всех пространственных положениях.

Для увеличения износостойкости наплавленного металла и повышения пластических свойств электродного покрытия и технологичности изготовления наплавочных материалов методом опрессовки в состав покрытия введена слюда в количестве

3-9 мас. .

Увеличение износостойкости сплава при легировании состава шихты электродного покрытия слюдой в указанных пределах и при соблюдении необходимых условий позволяет получить высокую степень опрессовки металлического стержня, что в условиях значительных температурных воздейст1731550

25

35

50

55 вий (Tc»p.äó =3000 С) обеспечивает равномерное расплавление покрытия и, в конечном итоге, определяет получение заданного структурно-фазового состояния наплавленного металла, При этом повышение износостойкости в 1,7 — 1,9 раза и показателя технологической прочности в 1,5- 3 раза металла, наплавленного предложенным электродным покрытием, по сравнению с прототипом наблюдается при строго определенных количественных соотношениях указанных ингредиентов.

Для определения оптимального состава электродного покрытия изготовлены пять вариантов покрытия с различным соотношением компонентов, Покрытие наносилось на стержень из малоуглеродистой стали Св — 08 (ГОСТ 2246 — 70) диаметром 4 мм методом опрессовки, Получены пять партий электродов. Также изготовлены электроды, взятые за прототип, Наплавка осуществлялась на малоуглеродистые пластины из стали 45, размером

200 х 100 х 20 мм постоянным током обратной полярности при!я=200 — 220А; Ua=26 — 30

В.

Металл, наплавленный данными составами, имеетсвойства. приведенные в таблице, Наплавленный слой хорошо сплавляется с подложкой, Поры и другие дефекты отсутствуют, Твердость наплавленного металла 79-81 HRA, Испытания наплавленного металла на газоабразивное изнашивание показали, что износостойкость металла, наплавленного электродным покрытием предложенного состава (составы 2-4), в 1,7-1,9 раза выше чем металла, наплавленного известным электродом.

Технологическая прочность — способность материалов выдерживать без разрушения различного рода воздействия в процессе их технологической обработки, При сварке различают технологическую прочность металлов в процессе кристаллизации (горячие трещины) и в процессе фазовых и структурных превращений в твердом состоянии (холодные и другие виды трещин), Для оценки технологической прочности используют метод технологических проб, который позволяет определить технологическую прочность наплавленного металла по количеству образующихся трещин на определенной длине сварочного шва (1=200 мм). При оценке показателя технологической прочности учитывается общее количество трещин, фиксированное внешним осмотром без уточнения их классификации, Для его определения наплавлялись пять швов каждого из пяти составов электродного покрытия длиной 200 мм на отдельную жестко защемленную пластину. Среднее количество трещин на пяти швах, наплавленных электродным покрытием одного и того же состава, являлось показателем технологической прочности. Электродное покрытие предлагаемого состава имеет показатель технологической прочности в 1,5-3 раза выше, чем известного.

Повышение технологической прочности металла необходимо для того, чтобы, кроме высокой износостойкости материала, обеспечить ему значительное расширение области применения для различных условий абразивного изнашивания.

Введение компонентов менее нижнего и более верхнего предела (составы 1, 5) приводит к резкому падению износостойкости, что связано с уменьшением количества упрочняющей фазы или наличием большого количества трещин.

Сочетание элементов Si- С (25 — 65 мас.%) и графита (0,5-3,5 мас.%) в указанных пределах обеспечивает заданную эвтектичность сплава, при которой происходит образование комплексных избыточных фаз с высокой прочностью и микротвердостью (Н о=21 — 25 ГПа).

Выход за нижний предел сочетания Si С и графита приводит к смещению эвтектической точки сплава в сторону уменьшения концентрации легирующих элементов, что вызывает появление доэвтектических структур с низкой микротвердостью (Нм= 4-5

ГПа) и износостойкостью.

Выход за верхний предел сочетания элементов Si С и графита вызывает увеличение эвтектичности сплава, что приводит к значительному росту количества упрочняющей фазы (более 80%) и ее размеров (более

70 мкм), что обусловливает сильное охрупчивание сплава и снижает технологические параметры и способность материала к сопротивлению.

Использование лигатуры Fe-Сг-B-Al-Si (5-35 мас.%) в составе электродного покрытия обеспечивает при наплавке, в сочетании с остальными компонентами, получение необходимого количества (50 — 60%) и типа упрочняющей фазы (Fe, Сг)гВ, Плавиковый шпат, мрамор, рутил и слюда обеспечивают при предложенном их содержании высокие технологические параметры процесса наплавки.

Износостойкость и показатель технологической прочности металла, наплавленного электродным покрытием предложенного состава, соответственно в 1,7 — 1,9 и в 1,5 — 3

1731550

Состав эл

Показатели

Предпа

1 г

70 л

10

2

2.5

3.5

79, 8

3.2

1 г раза выше, чем металла, наплавленного известным электродом

Применение предлагаемого состава электродного покрытия для наплзвки обеспечит более высокую износостойкость дета- 5 лей строительных, дорожных и смесительных машин. теплоэнергетического и горно-обогатительного оборудования, работающих в условиях .абоазивного и газоабразивного изнашивания без ударных нагру- 10 зок, Технология производства предложенного электрода аналогична применяемой для известного электрода.

Формула изобретения

Состав электродного покрытия, содержащий плавиковый шпат. ферромарганец, графит, карбид кремния, мрамор. о т л и ч аСодержание компо0 нентов, мас,% лигатура железохром-бор-алюминийкремний ферромарганец плавиковый шпат мрамор карбид кремния графит рутил слюда карбид хрома алюминиевый порошок

Твердость наплавенного металла. HRA

Относительная износостойкость по от- ношению к стали

45(абразив - серый гранит, Hgo = 13,1-14

ГПа, фракция 2-3 мм, ввзтаки = 45") 1

Показатель технологической прочности (среднее количество .! трещин на длине шва 200 мм) ю гц и и с я тем. что, с целью повышения износостойкости наплавленного металла в условиях абразивного и газоабразивного изнашивания, а также повышения технологической прочности наплавленного металла. состав дополнительно содержит лигатуру железо — хром — бор — алюминий— кремний, рутил и слюду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Плавиковый шпат 5 — 15

Ферромарганец 2 — 14

Графит 0,5-3,5

Карбид кремния 25-65

Мрамор 2,5-5,5

Лигатура железо— хром — бор — алюминий— кремний 5 — 32

Рутил 2 — 8

Слюда 3-9