Шихта для наплавки бронзы

 

Использование: изготовление биметаллических деталей с антифрикционным слоем методом индукционной наплавки. Сущность изобретения: шихта содержит, мас. бронза оловянная Бр05Ц5С5 86,2-93,6; никель 0,4-3,8; флюс 6-10. Флюс содержит, мас. кислота борная 92,5-96,0; соль аммония 4,0-7,5. В качестве соли аммония можно использовать карбамид. Шихта позволяет повысить качество и антифрикционные свойства наплавленного металла. 1 з.п. 1 табл.

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к составам шихты для наплавки оловянисто-свинцовых бронз, и может быть использовано для изготовления биметаллических деталей с антифрикционным слоем методом индукционной наплавки, например, подшипников скольжения. Целью изобретения является повышение качества и антифрикционных свойств наплавленной бронзы. Эта цель достигается тем, что в шихту для наплавки, содержащую порошок бронзы Бр05Ц5С5 и боросодержащий флюс, дополнительно вводят никель, а в качестве флюса используют кислоту борную и соль аммония при следующем соотношении компонентов, мас. Бронза оловянная Бр05Ц5С5 86,2-93,6 Никель 0,4-3,8 Флюс 6-10 Флюс содержит, мас. Кислота борная 92,5-96 Соль аммония 4-7,5 В качестве соли аммония используются карбамид или хлористый аммоний. Никель, обладая высокой температурой плавления, повышает температурный интервал кристаллизации бронзы. Образуя многочисленные центры кристаллизации, никель способствует образованию мелкозернистой структуры бронзы и снижению коэффициента ликвидации свинца, вследствие чего повышаются антифрикционные свойства бронзы. Известно применение никеля в шихте для индукционной наплавки (см. авт. св. СССР N 803283, кл. В 23 К 35/36), оловянистых бронз на железоуглеродистую основу, например чугун, с целью повышения качества сплавления бронзы с чугунной подложкой, за счет того, что никель, неограниченно растворяясь в железе, образует никелевый аустенит, растворяющий большое количество свободного углерода (графита), препятствующего сплавлению, что обеспечивает повышение качества биметаллического соединения. Введение никеля в количестве 0,4-3,8 мас. в известную шихту почти целиком исключает ликвидацию свинца (К_л 1-1,03) и обеспечивает снижение коэффициента трения без смазки до К_тр 0,21, что является существенным отличием применения никеля в данном составе, т.е. никель здесь применен с другой целью. Вместе с тем, при использовании известных флюсов наблюдается оголение расплава бронзы, в результате чего наплавленный слой характеризуется большим количеством неметаллических включений, равным 5,8% и коэффициентом трения без смазки не ниже 0,20. Введение боной кислоты в предлагаемую шихту обеспечивает раскисление частиц бронзы при более низкой температуре (температура плавления борной кислоты 571^оС) и защиту расплава бронзы от выгорания легкоплавких составляющих. Однако применение одной борной кислоты в качестве флюса не обеспечивает сплошности шлакового покрытия расплава бронзы ввиду большого краевого угла смачивания расплава борной кислоты, что сопровождается оголением расплава и снижением качества наплавленной бронзы. С целью предупредить оголение расплава в состав шихты вводится одна из солей аммония карбамид или хлористый аммоний, способствующие снижению коэффициента поверхностного натяжения шлакового расплава. Это достигается за счет того, что газы, образующиеся в результате разложения солей аммония, распределяясь в расплаве флюса, образуют пенообразный шлак меньшей плотности и большего объема, что препятствует оголению расплава бронзы и создает условия образования наплавленного сплава высокого качества. Известно применение борной кислоты в составе флюсов для пайки (см. Справочник по пайке. Под ред. И.Н.Петрунина. М. Машиностроение, 1984, с.107), содержащих борную кислоту, буру и фториды щелочных металлов. Однако известные составы не обеспечивают сплошности шлакового покрытия расплава и высокого качества наплавленной бронзы за счет взаимодействия с кислородом воздуха. Введение в состав шихты одной из солей аммония устраняет этот недостаток. В процессе нагрева шихты происходит последовательное полное разложение соли аммония на газообразные составляющие по реакциям: CO(NH₂)₂+H₂O __→ CO + 2NH 2NH₃__→ N + 3H NH₄Cl __→ NH + HCl 2HCl __→ H + Cl Образующиеся газы, проходя через расплав шлака, вспенивают его и увеличивают в объеме. При этом плотность расплава борной кислоты и коэффициент поверхностного натяжения расплава шлака значительно снижаются, за счет чего расплав шлака растекается по всей поверхности наплавки, не образуя участков оголения, и этим способствует повышению качества наплавки. Известно применение карбамида (мочевины) в качестве удобрения в сельском хозяйстве и хлористого аммония в составе галогенидных флюсов для низкотемпературной пайки в водных растворах. Применение солей аммония совместно с борной кислотой с целью повышения качества наплавки, путем предупреждения оголения расплава посредством получения пенообразного шлака большего объема является существенным отличием заявляемого состава. П р и м е р. В лабораторных условиях НПО "РостНИИТМ" было приготовлено пять составов шихты, содержащей в качестве металлической составляющей порошок бронзы Бр05Ц5С5 по ГОСТ 613-79 и никель в количестве 0,4-3,8 мас. а в качестве флюсующей составляющей борную кислоту и карбамид, отличающиеся содержанием вновь вводимых компонентов, и состав шихты по прототипу. Все исходные материалы были использованы в виде порошков. Шихты готовили путем механического смешивания компонентов. Каждым составом были наплавлены образцы из Ст. 3 индукционным способом в петлевом индукторе, подключенном к высокочастотному генератору ВЧИ 63/0, 44-ЗП-ЛО1. За показатель качества наплавленной бронзы принимали количество неметаллических включений в микроструктуре поперечных сечений наплавленных образцов, определяемое по известной методике (см. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М. Металлургия, 1976, с.132). Коэффициент ликвации свинца определяли как отношение содержания свинца на полуглубине наплавленного слоя к усредненному его значению, определенному послойным химическим анализом. Антифрикционные свойства оценивались величиной коэффициента трения без смазки, определяемого на машине трения типа МИ по известной методике (Ткачев В. Н. и др. Методы повышения долговечности деталей машин. М. Машиностроение, 1971, с.53-59, рис. 246). Составы шихт и результаты испытаний приведены в таблице. Как видно из таблиц введение в шихту для наплавки оловянисто-свинцовых бронз никеля, борной кислоты и карбамида обеспечивает повышение качества наплавки и антифрикционых свойств наплавленной бронзы. Оптимальное содержание никеля в шихте составляет 0,4-3,8% от массы шихты. Меньшее его содержание не оказывает влияние на равномерное распределение свинца в наплавленном слое бронзы и снижение величины коэффициента трения без смазки. Увеличение содержания никеля до свыше 3,8% не улучшает антифрикционные свойства и экономически нецелесообразно. Оптимальное содержание борной кислоты и карбамида составляет соответственно 5,6-9,6 мас. и 0,4-0,6 мас. от массы шихты и 92,5 96,0 мас. и 4,0-7,5 мас. от массы флюсующей составляющей. Меньшее содержание борной кислоты и карбамида не обеспечивает флюсующего действия, в результате чего качество наплавки резко снижается. Увеличение их содержания до значения выше верхнего предела не улучшает качества наплавки, но отрицательно сказывается на технологических параметрах процесса.

Формула изобретения

1. ШИХТА ДЛЯ НАПЛАВКИ БРОНЗЫ, содержащая бронзу оловянную и боросодержащий флюс, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества и антифрикционных свойств наплавленного металла, шихта дополнительно содержит никель, а в качестве боросодержащего флюса кислоту борную и соль аммония при следующем соотношении компонентов, мас. Бронза оловянная Бр05Ц5С5 86,2 93,6 Никель 0,4 3,8
Флюс 6 10
при этом флюс содержит, мас. Кислота борная 92,5 96,0
Соль аммония 4,0 7,5
2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве соли аммония используют карбамид.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2