Порошковая проволока для износостойкой наплавки

 

Использование: механизированная и автоматическая наплавка деталей механизмов , подвергающихся абразивному изнашиванию в сочетании с ударными нагрузками. Сущность изобретения: порошковая проволока состоит из малоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты. Шихта содержит следующие компоненты , мас.%; хром 25-35; ферросилиций 2-5; ферромарганец 2-5; феррованадий 7- 15; графит 8-15; карбид титана, полученный методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).алитированный железом 35-44; алюминиевый порошок 2-4 и натрийкалиевую силикатную глыбу 1-2..При этом графит (Г), феррованадий (В) и карбид титана СВС,-алитированный железом (К) должны быть взяты в соотношении (Г):(В):(К} 1 :(0,5-1 ,(2,7-5,5). Коэффициент заполнения порошковой проволоки должен составлять 22-27%. Соче тание в порошковой проволоке карбидообразующих элементов и графита в оптимальном соотношении при содержании остальных компонентов в предлагаемом диапазоне позволяет получить наплавленный металл с высокой сопротивляемостью ударным нагрузкам при хорошей стойкости против абразивного изнашивания. 2 табл. $

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю В 23 К 35/368

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4940057/08 (22) 31.05.91 (46) 15.04,93. Бюл. М 14 (71) Научно-производственное обьединение по технологии машиностроения "ЦНИИТMALU" (72) О.С.Каковкин, С.И.Пыхтеев,-Д.В.Витман и Л,П.Гришин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1462619, кл. В 23 К 35/368, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1401774, кл. В 23 К 35/368, 1986. (54) ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ ИЗНОСОСТОЙКОЙ НАПЛАВКИ .- (57) Использование: механизированная и автоматическая наплавка деталей механизмов, подвергающихся абразивному изнашиванию в сочетании с ударными нагрузками. Сущность изобретения: порошковая проволока состоит из малоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной

Изобретение относится к сварке и касается состава порошковой проволоки для износостойкой наплавки деталей машин и механизмов, работающих в условиях ударных нагрузок и интенсивного изнашивания.

Цель изобретения — повышение сопротивляемости наплавленного металла ударным нагрузкам при высокой его стойкости против абразивного изнашивания;

Указанная цель достигается за счвт того, что оболочка порошковой проволоки выполняется из малоуглеродистой стальной ленты,а порошкообразная шихта сердечника содержат карбид титана, полученный методом самораспространяющегося

„„.Я „, 1808592 А1 шихты, Шихта содержит следующие компоненты, мас. ь ; хром 25 — 35; ферросилиций

2-5; ферромарганец 2-5; феррованадий 715; графит 8 — 15; карбидтитана, полученный методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (CBC). алитированный железом 35 — 44; алюминиевый порошок 2 — 4 и натрийкалиевую силикатную глыбу 1 — 2..При атом графит (Г), феррованадий (B) и карбид титана СВС, алитированный железом (К), должны быть взяты в, соотношении (Г);(В):(K) = 1;(0,5 — 1,6)-:(2,7 — 5,5).

Коэффициент заполнения порошковой проволоки должен составлять 22 — 27%. Сочетание в порошковой проволоке карбидообразующих элементов-и графита в оптимальном соотношении при содержании остальных компонентов в предлагаемом диапазоне позволяет получить наплавленный металл с высокой сопротивляемостью ударным нагрузкам при хорошей стойкости против абразивного изнашивания. 2 табл. высокотемпературного синтеза (СВС) алитированный железом, алюминиевый порошок, а калий и натрий введены в виде натрийкалиевой силикатной глыбы, при следующем соотношении компонентов, мас.$:

Хром 25-35

Карбид титана СВС, алитированный железом 35-44

Феррованадий 7 — 15

Графит 8 — 15

Ферросилиций 2 — 5

Ферромарганец 2 — 5

Алюминиевый порошок 2 — 4

Натрийкалиевая силикатная глыба 1 — 2, 1808592

55 при этом графит (Г), феррованадий (В) и карбид титана СВС; алитированн ый железом (К) должны быть взяты в соотношении (Г):(В):(K)

= 1:(0,5-1,6):(2,7 — 5,5), причем коэффициент заполнения порошковои проволоки должен составлять 22-27%, При наличии в составе порошковой проволоки карбида титана СВС, сильного карбидообразующего элемента ванадия и регламентации соотношения содержания графита, ванадия и карбида титана СВС, хром расходуется на легирование матрицы сплава, способствуя образовани о аустенитНо ì3ðòåíñèòí0é структуры основы наплавленного металла.

Прочная и вязкая аустенитно-мартенситная матрица хорошо удерживает высокотвердые карбиды, предотвращает их выкрашивание при абразивном изнашивании. Повышенная твердость матрицы сплава также способствует повышению износостойкости наплавленного металла в условиях интенсивного абразивного изнашивания. При содер>кании хрома в порошковой проволоке менее 25%, матрица сплава охрупчивается из-за повышения количества маотенситной составляющей. Увеличение содержания хрома в порошковой проволоке свыше 35% приводит к повышению ферритной составляющей в структуре наплавленного металла и снижению его твердости, Износостойкость наплавленного металла в общих случаях снижается.

Введение в состав порошковой проволоки карбида титана CBC способствует повышению стойкости наплавленного металла против абразивного износа за счет увеличения количества и твердости образующих карбидов.

При введении в состав порошковой проволоки менее 35% алитирован ного железом зерен карбида титана размером 0,07-0,05 мкм эффективность его воздействия снижается, а при увеличении содержания карбида титана свыше 44% происходит резкое ухуд.шение сварочно-технологических свойств порошковой проволоки. Из-за повышенного содержания карбидов титана СВС наплавленный металл теряет >кидкотекучесть, резко ухудшается формирование наплавленного слоя, отделимость шлака. При этом не наблюдается повышения износостойкости наплавленного металла из-за хрупкости.

Замена алитированного железом карбида титана, получаемого методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, карбидом титана, полученного традиционным методом, не позволяет добиться высокой износостойкости наплавленного металла из-за отсутствия эффекта взрывного распределения карбидов в наплавленном металле и снижения коэффициента перехода карбидов из проволоки в наплавленный металл, Феррованадий в порошковой проволоке легирует карбидную фазу сплава, При совместном введении в состав порошковой проволоки карбида титана СВС и феррованадия с графитом в наплавленном металле образуется комплексные титанованадиевые карбиды. По данным рентгенострукторного анализа при содержании в покрытии карбида титана СБС, феррованадия и графита в указанных пределах карбидная фаза состоит из комплексных карбидов (TiV)C, твердость которых превышает твердость монока рбидов титана и ванадия: Повышение твердости карбидной фазы способствует повышению износостойкости наплавленного металла при абразивном изнашивании.

При содержании феррованадия в порошковой проволоке менее 7% ухудшается структура карбидной фазы сплава, появля1отся менее твердые карбиды цементитного типа. Увеличение феррованадия свыше 15% приводит к снижению твердости наплавленного металла иэ-за появления феррита в матрице сплава. Износостойкость наплавленного металла в обоих случаях снижается, Графит в порошковой проволокЕ содер>кится в количествах, обеспечивающих оптимальное легирование наплавленного металла углеродом, необходимым как для образования карбидной фазы, так и формирования структуры матрицы сплава,.

При содержании графита в порошковой проволоке меньше 8% снижается количество карбидов в наплавленном металле, происходит нежелательное легирование основы сплава карбидообразующими элементами, являющимися ферритизаторами, что приводит к снижению era твердости, При увеличении содержания графита в порошковой проволоке более 15% происходит увеличение содержания карбида в наплавленном металле и ухудшается их строение. Вместо высокотвердых специальных карбидов (Т1,VJC появляются менее легированные и износостойкие карбиды цементитного типа, повышается хрупкость сплава. Износостойкость наплавленного металла при запредельном содержании графита падает, Алюминий в порошковой проволоке играет роль активного раскислителя и введен в количествах, обеспечивающих максимальный переход легирующих элементов из покрытия в наплавленный металл, 1808592

При введении в порошковую проволоку алюминия менее 2 резко снижается переход титана. в наплавленный металл. Повышение содержания алюминия в порошковой проволоке более 4 приводит к ухудшению сварочно-технологических свойств (снижается стабильность горения дуги, повышается разбрызгивание капель металла).

Ферросилиций и ферромарганец в порошковой проволоке вводятся в качестве раскислителей. В отличие от более активного алюминия, защищающего расплавленный металл на .стадии капли,. кремний и марганец раскисляют жидкий металл вне зоны горения дуги,.в кристаллизирующейся (хвостовой) части сварочной ванны, При введении в состав порошковой проволокй ферросилиция- и ферромарганца менее 27 наплавленный металл раскислен недостаточно, снижается перед титана и ванадия в наплавку. Повышение содержания ферросилиция и ферромарганца в порошковой проволоке более 5Я приводит. к черезмерному легированию наплавленного металла этими элементами, что вызывает его охрупчивание.

Натриево-калиевая глыба в составе порошковой проволоки является технологической добавкой - и вводится с целью . улучшения реологических свойств шихты сердечника при волочении порошковой проволоки; а также в качестве стабилизатора дуги и компонента шлаковой защиты при наплавке.

При введении натриево-калиевой глыбы в порошковую проволоку менее 17 эф. фект ее воздействия не проявляется, а при увеличении ее содержания более 27 повышается гигроскопичность сердечника порошковой проволоки, что вызывает .водородную пористость наплавленного металла, Регламентированные пределы- содержания компонентов в порошковой проволоке позволяют обеспечить необходимый .уровень легирования наплавленного металла, а регламентирование отношения суммарного содержания карбида титана CBC u феррованадия к графиту — уточнить условия наиболее эффективного использования потенциальных возможностей указанного ле. гирования.

Состав компонентов, их соотношение, а . также регламентированное соотношение . карбидообразующих компонентов в шихте позволяют получить наплавленный металл с высокой стойкостью против ударных нагрузок и абразивного износа. Структура такого металла состоит из высокотвердых компактных комплексных карбидов (Т!, V)C, закрепленных в вязкой аустенитно-мартенситной матрице с помощью эксперимента было подобрано соотношение, содержания в шихте

5 порошковой проволоки графита (Г), ванадия (В) и карбида титана СВС (К) равное (Г):(В):(К) =

=1:(0,5-1,6):(2,7 — 5.5)., которое позволило при высокой износостойкости получить ударную вязкость.

10 Содержание компонентов в порошковой проволоке, а также результаты испытаний наплавленного металла на удар и изнашивание при трении о закрепленный абразив на машине Х-46 приведены в таб15 лице 1 и таблице 2.

Изготовление порошковой проволоки опытных составов производили нэ линии, состоящей из двух установок: устройства для изготовления порошковой проволоки

20 ОБ 1252М.00.000 — 02 и прямоточной волочильной машины ВМЭП вЂ” 6/350. Для изготовления использовалась лента размером 0,5 х 12 мм из стали 08КП по ГОСТ 19851 — 74 и порошкообразные компоненты. Коэффи25 циент заполнения проволоки составил

22-27 Я, а диаметр 2,8+0,1 мм, Всего было изготовлено 14 вариантов проволоки, приведенных в таблице 1.

Результаты испытаний, приведенные в

30 таблице 2 показывают, что составы порошковой проволоки KLAN& 2 — б являются опгимальными и при наплавке обеспечивают свойства наплэвленного слоя с высокой износостойкостью, ударной вязкостью и не склон35 ных к пористости; за счеттого, что эти составы имеют соотношение компонентов в пределах заявленных в формуле изобретения и отношения (Г):(В):(К) = 1:(0,5 — 1,6):(2,7-5,5).

В составах ММ 7, 8 и 9 износостойкость

40 и ударная вязкость, а также склонность к пористости ниже, чем в оптимальных составах, зэ счет того; что не выполняется оптимальное содержание компонентов е составах порошковых проволок и оптимальность соотношения (Г):(В):(К)..

45 В составах ММ 10 и 11 при оптимальном соотношении (Г):(В) (К) износостойкость и ударная вязкость недостаточны за счет того„что в этих составах не соблюдено содержание основных компонентов, указан50 ное в формуле изобретения.

В составах Fit+ 12, 13, 14 при оптимальном содержании всех основных компонентов высокая износостойкость и ударная вязкость не достигаются за счет невыполне5S ния оптимального соотношения (Г):(В):(К);

Образцы для испытаний на ударный из-. гиб и изнашивание получали методом вакуумной вытяжки жидкого металла в

1808592 8 кварцевой трубки с внутренним диаметром

3,0 мм.

Результаты испытаний на изнашивание выражались в виде коэффициентов относител ьной износостойкости;

АРэ

Е=ургде я — коэффициент относительной износостойкОСти;

Л Рэ — весовой износ эталона, r

Л Р вЂ” весовой износ испытываемого образца, г.

Условия испытания:, Диаметр образца, мм 3

Длина образца, мм 10 — 20

Номинальная ударная нагрузка 10

Абразивная поверхность

Шлифовал ьная электрокорундовая шкурка 14AGHM803 (ГОСТ 6456-82).

Длина пути трения, м

Зталон

Сталь 45 отожженная.

Испытания на ударный изгиб проводили с помощью маятникового копра MK-О.О1, который был оборудован специально изготовленными державкой для крепления образцов диаметром 3 мм и маятником с плоским бойком, Запас энергии. маятника в крайнем верхнем положении составлял 0,25 кг.м. Ударную вязкость определяли путем деления работы разрушения (кг, м) на площадь поперечного сечения образца (см ) в месте излома.

Для определения склонности к пористости при наплавке валиков на пластины из стали ВСт3сп размером 100 х 150 х 40 мгл использовали экспертные оценки группы экспертов в количестве трех человек и пятибалльную шкалу оценок. Режим наплавки: сила тока 380-400 А; напряжение на дуге

28-30 В; скорость перемещения сварочной

5 головки 20 м/час.

Наплавку производили с помощью.сварочного автомата АДС-1000.

Формула изобретения

10 Порошковая проволока для износостойкой наплавки, состоящая из малоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей хром; ферросилиций, феррованадий, ферромарганец, графит и ка15 лийнатриевосодержащие компоненты, о т ли ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения сопротивляемости наплавленного металла ударным нагрузкам при высокой его стойкости против абразивного изнашивания, ших20 та дополнительно содержит карбид титана, полученный методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), алитированный железом, алюминиевый порошок, а калий и натрий введены a

25 виде натрийкалиевой силикатной глыбьгпри следующем соотношении компонентов, . мас.7;:

Хром 25-35 .

Карбид титана

30 СВС, алитированный железам 35-44

Феррованадий. 7-15

Графит, . 8 — 15

Ферросилиций 2-5

35 Ферромарганец . 2-5

Алюминиевый порошок, 2 — 4

Натрий-калиевая, силикатная глыба; 1-2

40 при этом графит(Г), феррованадий (В) и карбид титана СВС, алитированный железом (К), должны быть взяты в соотношении (Г);(В):(К) = 1;(0,5-1;6):(2,7 — 5,5), и ричем коэффициент заполнения порошковой проволо45 ки должен составлять 22-27 .

1808592

С» .З. (Ч

С»

c«I а о а

° о о а м а м — м м

С» (Ч (!

С» (3

С» с м l

l ((! Г 1 а A а o o .о а а.

М С»0 М М . М<

С»

СФ (Ч ГЧ! (t (1 1 1 о а (Ч а о а c«r м о о .О о с (Ч

С» ,О о м (I I (1 ь о м (»

С». м (!

С»

CS

Ъ 3

С»

C«(а о м (1 1 1

С» л (! о о о о а м

-Ф о о м

1 3 1 1 1 1 о о о а N л

С» а (Ч

CD с

3 1 1 1 Ф

С» о а о о м

О Л о

3О сА

С»

1 I 1 1 1

» о с (С t . I а о

О ««î а о а

«Ф СО м м о

* а

1 1 1 о о о о а

cc> c«> о

CV о с (Ч I I о (Ч

С»

1 (1 1 I о о м

С (О а (Ч о о

C(» C«3

С»

-0 I I о (Ч о

I (1

С» о о о с» а ° ° м ce 00 а а о сА (Ч о

* (Ч I о (Ч (! I I I о о (o D

-» о а а * м о (Ч (!

С» м о

4 Ъ > 1 о

I l 1 1 . 1

CD о о о (Ч (О .ь o

« о а (Ч о о о а (ч а о о

I » а а о о

° с

00 О (Ъ с

О ст ,. ж

Я Я

Д ф <3 л c<х

Е ДУ

X

Щ

Э (g

a (X и р

9 ug

0

У в 3 .8 4 а

R %

X Э X

r g-e

ФФ о(а (g

Р

1- О е (» — e а

3» 4

Р .Й

О хс

»Х

3 13- X (3»> X

X Э С

l 1 (l - 1 3

l l " l 3

1 (1 -0 1 3

1 3 ° I

l l (-!. .! 1 I 1 ° ° I

1 1 I I Л < (а а 1

I 1, а

О > Ф(Ч

Э 1 б I <» — Ф-+

3 (»(l 1 t

I 1 1 (Ч 3 I х, « 1 (° 1 1

1 i < О» 1 М

С «(3 <-Io. о

1 l Я 1 1 ° (I «О

I 1 X I I (- ((Ч

»- I

l t Э 3 t -М 1

I l И (! t I о

3 I 1- 1 l CO 1 (Ч ( о t. (-Фс» о и Ф,Ф" (3(Ч

I 1 1 I 1 3 М

1 1 I- l " I

I 3 X I 1 1 - 1

l (Э 1 1 ««1 1 о

3 Ф

r . I 1 I ! ((ъ

I 1 ° ° 3 1

Ф X 33 >О

1 а

1 е 3 с <, I

1 (1(1 1 " I 1 ОЪ а 3 С> 3 - «(Ч

1 Э 1 а

1 (> (» 1 3

О и 3 e < ч !

О < Е(-0

С- > Ф 1 - <0»<С»

1 < Y I X 3 O t . .I

1 Л Ф <- 3" < tc»0 (МI Э ° 111 — I 4

l 3<0(И<С Ф 3

Э Ф C(t X t

I c I О - 1 (О 1 О I

v 3 at -, (cc»1

««3 e I л

mr э Ф х(t Io

ФО(Л

<-3 < Xt ° . 1 1(Ч

О< С 30»3 (Э<. 1«О(I

1 О. > I ° ° 1 1

О> С t CCIC» х< е 1 XI ° Ф <а

< C0 t Crt.O

1 Э 1 ° ° 4 1 Ч»

3 (at X (Rt(L 1

Э> Х t а<(Ч (Ф(1 Э 1 ° ° 1 I с < о(>t, <О(а < О

ro3 X I < « Фо

Х « . ХЫ3 с(а

Э 3 < Х ° 33 Ф»- < (Ч

Cl C0 l (с (е(а

Д3>О" <3-< °

О I I LIВ!

m1 1 0 3Ý Ic0 с 1 с(«. Фа<с» ф I Я 1 (1 1

3 Ф r З Х Ф r ° ° < Ф а«

3.

I 1 е э

Г

> < (>33 О<

О(Х<й (!

Э < 3-(., IeiO д

Эа(31

t I ЭХ I 1 ° °, I I a

1

1 t 1 1

I I 1 ((l

1 1 Э 1 (1

< >. Ф;>о

I I

c» x

Й и 8 <..(С(Ч ! < 1

1 1

1 1 1 I ° 1 (3= 30 3 < f (Ч

1 <

1. Ф

I I I

< 2

I Э

Э

3 Z

1 (I"

<.

3 8 ! Э

X I . I (Р

I 3 Я (l

< х м

1 а а а а а а а а .с co м c»(м 1 1 1 t 3 1 1 <

Ф

1 (t

1

Ф

t

1

I

I

1 °

l

I ! (, 1

I !

I

I

I

1

1

1

1

1 !

1

1 (1

>

1

I

1

I

1

I

I

1

Ф

1

3

1

1

I

I

I

Ф

t

I

1

1

t

I

I

1

I

1

I

1

l

1

1

1

1

t

I

1

I

I

3 (I

I

l

1 ( б

1808592 таблица2

Составы порошковых проволок

Наименование гюказателей

Номера вариантов

2 3 4 5 6

Предлагаемый. cocras

Запредельные составы

Прото" тип

5,0

4,5

5,0

Редактор

Заказ 1244 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Коэффициент относительной износостойкости

Ударная вязкость наплавленного металла, дж/смэ

Склонность к пористости (пятибальная система оценокк) 1 1

2,2 7,5 7,3,8,0 7,3 7,5 6,0 8,0 8,0 6,5 7,0 7,0 6,5 6,5

7,0 7,0 6,5 6,5 4,5 4,5 4,0 6,0 5,0 : 4,5 4;0 6,0

45 50 50 50 4,0 30 3,0 4,5 4,5 4,5 4,5. 4,5

Составитель Д,Витман

Техред М,Моргентал Корректор T.Âàøêîâè÷