Порошковая проволока для износостойкой наплавки

Изобретение относится к материалам для наплавки. Может быть использовано для наплавки деталей из конструкционной стали, работающих в условиях интенсивного абразивного и гидроабразивного износа. Предложена порошковая проволока для износостойкой наплавки, содержащая следующие компоненты, мас.%: карбид вольфрама 35-50; карбид титана 1-3,5; кобальт 2-6; порошок алюминия 0,2-2,5; кремнефтористый натрий 0,2-0,7; стальная оболочка - остальное. Техническим результатом является повышение твердости и износостойкости наплавленного покрытия, отсутствие недопустимых дефектов. 1 табл.

 

Изобретение относится к материалам для наплавки и может быть использовано для износостойкой наплавки деталей машин и механизмов из конструкционных сталей, работающих в условиях интенсивного абразивного и гидроабразивного изнашивания.

Известна порошковая проволока (а.с. №354961), содержащая (вес.%):

вольфрам	22-40
кобальт	24-26
ферротитан	2,6-2,8
феррованадаий	1-1,5
стальная оболочка	остальное

Однако, твердость металла, наплавленного этой порошковой проволокой (50-52 HRC), не может обеспечить требуемой износостойкости деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

В большей степени отвечает предъявляемым требованиям порошковая проволока по а.с. № 531702, имеющая никелевую оболочку и содержащая карбиды хрома, бора и вольфрама, а в качестве раскислителей - алюминиево-магниевый порошок и кремнефтористый натрий при следующем соотношении компонентов, вес.%:

карбид хрома	2-4
карбид бора	1-1,5
карбид вольфрама	66-71
алюминиево-магниевый порошок	0,6-1,2
кремнефтористый натрий	0,3-0,5
никелевая оболочка	остальное

Недостатками этой проволоки являются: недостаточно высокая для условий интенсивного абразивного и гидроабразивного изнашивания износостойкость наплавленного металла и высокая стоимость никелевой оболочки.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости и износостойкости наплавленного покрытия на деталях машин и механизмов из конструкционных сталей при отсутствии в нем свищей, трещин и других недопустимых дефектов.

Технический результат достигается тем, что в порошковой проволоке, состоящей из оболочки и наполнителя в виде порошка из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама и порошков алюминия и кремнефтористого натрия, в состав частиц порошка на основе карбида вольфрама входят также карбид титана и кобальт, а оболочка выполнена из малоуглеродистой стали при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбид вольфрама	35-50
карбид титана	1-3,5
кобальт	2-6
порошок алюминия	0,2-2,5
кремнефтористый натрий	0,2-0,7
стальная оболочка	остальное

Легирующими компонентами в порошковой проволоке, обеспечивающими высокие твердость и износостойкость наплавленного металла, являются карбиды вольфрама и титана. При наплавке часть порошка переходит в расплав с последующим образованием вторичных карбидов, а часть остается в наплавленном слое в виде нерасплавившихся частиц, которые благодаря своей твердости (89-91 HRA) обеспечивают повышенную износостойкость наплавленного покрытия. Кобальт в таких частицах обеспечивает их высокую термоциклическую прочность, препятствуя образованию микротрещин и способствуя сохранению высокой износостойкости.

Раскисляющими компонентами в шихте порошковой проволоки, обеспечивающими высокое качество наплавленного металла, являются порошок алюминия и кремнефтористый натрий.

Оптимальное соотношение компонентов было установлено экспериментально. Содержание карбидов вольфрама и титана принято 35-50% и 1-3,5% соответственно, что обеспечивает наиболее высокие показатели твердости и износостойкости наплавленных предлагаемой порошковой проволокой покрытий. Содержание кобальта принято 2-6%, что обеспечивает высокую термоциклическую прочность твердых частиц в наплавленном металле. Эти компоненты входят в состав порошка из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама и суммарное содержание их в порошке составляет 38-59,5%. Порошки на основе карбида вольфрама, а также карбида титана и кобальта получали путем размола в шаровой мельнице отработанных элементов режущего инструмента из сплавов типа ВК6, Т5К10 и др.

Содержание раскисляющих компонентов в порошковой проволоке установлено в пределах: порошок алюминия - 0,2-2,5, кремнефтористый натрий - 0,2-0,7%. Более низкое содержание этих компонентов не обеспечивает полного раскисления расплавленного металла, что вызывает пористость в наплавленном металле, снижая его износостойкость.

Применение предлагаемой порошковой проволоки обеспечивает повышение износостойкости деталей благодаря наличию в наплавленном металле большого количества выделений карбидов вольфрама и титана, а также нерасплавленных частиц порошка из твердого металлокерамического сплава на основе карбида вольфрама (последних до 10-15% от порошка в проволоке), которые служат барьером на пути абразивных частиц. Оптимальная толщина наплавленного порошковой проволокой высокоизносостойкого покрытия достигается при наплавке в 2-3 слоя и составляет 3-5 мм. За счет перемешивания расплавленного основного металла детали и частиц порошка из проволоки и высокой плотности последних количество легирующих элементов в нижних слоях наплавленного металла не ниже, чем в верхних слоях. По этой причине твердость и износостойкость наплавленного покрытия по мере его изнашивания не снижаются.

Экспериментальное опробование предложенного состава порошковой проволоки проводилось при использовании следующих исходных компонентов:

- порошка, полученного размолом пластинок из твердых сплавов ВК6 и Т5К10 (ГОСТ 3882-74). Размол производился в шаровой мельнице до частиц размером 100-315 мкм;

- порошка алюминия марки ПА-1 по ГОСТ 6058-73;

- порошка кремнефтористого натрия;

- стальной ленты для изготовления оболочки проволоки из Ст08кп толщиной 0,5 мм по ГОСТ 503-81.

Изготовленная порошковая проволока диаметром 4 мм имеет коэффициент заполнения 40-60%.

Под наплавку использовали пластины из стали 20 размерами 12×100×100 мм. Наплавку выполняли предлагаемой порошковой проволокой аргонодуговым способом неплавящимся электродом на сварочном токе 200 А в два слоя с перекрытием каждого предыдущего наплавленного валика следующим до 50% от его ширины. Толщина наплавленного покрытия составила 3,5-4,0 мм.

Примеры реализации изобретения приведены в таблице.

Таблица
Состав порошковых проволок и свойства наплавленного ими металла
Характерные признаки порошковых проволок	Предлагаемый состав	Прототип
1	2	3
Содержание карбидов вольфрама, %	35	45	50	68
Содержание карбидов титана, %	1	2,5	3,5	-
Содержание кобальта, %	2	5	6	-
Содержание порошка алюминия, %	0,2	2	2,5	-
Содержание кремнефтористого натрия, %	0,2	0,6	0,7	0,4
Содержание карбидов хрома, %	-	-	-	3
Содержание карбидов бора, %	-	-	-	1
Содержание алюминиево-магниевого порошка, %	-	-	-	1
Стальная оболочка проволоки, %	ост	ост	ост	-
Никелевая оболочка проволоки, %				ОСТ
Твердость наплавленного металла, HRC	61	65	67	58
Относительная износостойкость наплавленного металла, ε (эталон Ст45)	7,5	8,7	9,5	6,5

Приведенные в таблице данные подтверждают правильность технического решения и выбранных интервалов по составу порошковой проволоки.

Экономический эффект от предложенного изобретения выразится прежде всего в повышении в 1,5-2 раза ресурса работы деталей, подвергающихся в процессе эксплуатации интенсивному изнашиванию (детали машин дорожно-строительного и сельскохозяйственного назначения, оборудования для производства цемента, асфальта, кирпича и других материалов, механизмов и инструмента для горнорудной, нефте- и газодобывающей отраслей промышленности и др.). Наряду с этим снижаются эксплуатационные расходы, связанные с остановкой оборудования и заменой вышедших из строя деталей на новые.

Порошковая проволока для износостойкой наплавки, состоящая из оболочки и наполнителя в виде порошка из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама и порошков алюминия и кремнефтористого натрия, отличающаяся тем, что в состав частиц порошка на основе карбида вольфрама входят также карбид титана и кобальт, а оболочка проволоки выполнена из малоуглеродистой стали при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбид вольфрама	35-50;
карбид титана	1-3,5;
кобальт	2-6;
порошок алюминия	0,2-2,5;
кремнефтористый натрий	0,2-0,7;
стальная оболочка	остальное.