Электродное покрытие
Владельцы патента RU 2386525:
Лозовой Виктор Григорьевич (RU)
Золотавин Валерий Никович (RU)
Лопатенко Александр Валерьевич (UA)
Чипинов Анатолий Алексеевич (RU)
Дзюба Вячеслав Михайлович (RU)
Сидлин Зиновий Абрамович (RU)
Дзюба Олег Вячеславович (RU)
Съедин Сергей Владимирович (RU)
Электродное покрытие может быть использовано при изготовлении электродов для многослойной электродуговой наплавки деталей, работающих в условиях абразивного износа. Состав содержит компоненты в следующих соотношениях, вес.ч.: феррохром 19-20, графит 4-6, ферробор 3-4, ферромарганец 3-4, ферросилиций 29-30, мрамор 25-27, флюорит 12-14 и фторопласт 1,5-2,0. Покрытие обеспечивает получение наплавленного слоя с твердостью 58-64 HRC при низкой склонности к образованию трещин в наплавленном металле, обладающего повышенной сопротивляемостью ударным нагрузкам. 3 табл.
Предлагаемое покрытие относится к материалам для электродуговой наплавки и может быть использовано как покрытие электродов с твердостью наплавленного металла 58-64 HRC для восстановления деталей, работающих в условиях абразивного износа.
Известно покрытие электродов Т-590, наиболее близко стоящих к предлагаемому по составу, назначению и твердости наплавленного металла [РЕЦЕПТУРА ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ. Основные паспортные данные. Киев, ИЭС им. Е.О.Патона, 1996, Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2-х т. Т.2, М.: Машиностроение, 1993], содержащее, вес.%:
| Феррохром | 78 |
| Графит | 10 |
| Ферробор | 6 |
| Ферромарганец | 6 |
Обеспечивая требуемую твердость наплавленного слоя (58-64 HRC), электроды с известным покрытием обладают и недостатками [Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2-х т. Т.2, М.: Машиностроение, 1993]:
- пониженной сопротивляемостью наплавленного металла ударам;
- склонностью к образованию трещин в наплавленном слое;
- во избежание выкрошивания не позволяют производить наплавку более, чем в 2 слоя стальных деталей и более, чем в 1 слой чугунных деталей, что снижает эксплуатационный ресурс ремонтируемых деталей.
Указанные недостатки, прежде всего, определятся высоким содержанием в наплавленном металле углерода (~3,2%), серы и фосфора (~0,040%), диффузионного водорода (≥17мл/100 г).
Целью настоящего изобретения является снижение склонности к образованию трещин в наплавленном металле и его самовыкрошиванию при многослойной наплавке, повышение сопротивляемости наплавленного металла ударным нагрузкам и снижение стоимости электродов.
Эта цель достигается введением в состав покрытия мрамора, флюорита и ферросилиция при следующих соотношениях компонентов, вес. частях:
| Феррохром | 19-20 |
| Графит | 4-6 |
| Ферробор | 3-4 |
| Ферромарганец | 3-4 |
| Ферросилиций | 29-30 |
| Мрамор | 25-27 |
| Флюорит | 12-14 |
| Фторопласт | 1,5-2,0 |
Для проведения контрольных испытаний были изготовлены электроды диаметром 4,0 мм с составами покрытий, представленных в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| № п/п | Наименование компонента покрытия электрода | Состав сухой шихты покрытия, вес. частях | ||
| Известный состав | Заявляемое решение | |||
| Вариант | ||||
| 1 | 2 | |||
| 1 | Феррохром | 78 | 19 | 20 |
| 2 | Графит | 10 | 6 | 4 |
| 3 | Ферробор | 6 | 4 | 3 |
| 4 | Ферромарганец | 6 | 3 | 4 |
| 5 | Ферросилиций | - | 29 | 30 |
| 6 | Мрамор | - | 25 | 27 |
| 7 | Флюорит | - | 14 | 12 |
| 8 | Фторопласт | - | 1,5 | 2,0 |
Покрытие наносилось на металлические стержни св.08 опрессовкой по технологии, разработанной на базе типового технологического процесса по ОСТ 5.9786-76 применительно к условиям и промышленному оборудованию предприятия-изготовителя.
Количество жидкого стекла было одинаково 25-27% от веса сухой шихты. Модуль стекла 2,8-3,0, плотность 1,41-1,42 г/см 3, вязкость 600-800 сПз.
Диаметр калибрующей втулки (определяет диаметр покрытия электрода) для предлагаемых электродов был равен всего 7,1 мм, а для известного 8,1 мм, требуемого для него технической документацией, что явилось одним из факторов снижения себестоимости предлагаемых электродов.
В процессе изготовления электродов установили, что, несмотря на отсутствие в покрытии органических пластификаторов, пластические свойства обмазок всех электродов были достаточно хорошими, что обеспечивало их качественную опрессовку и объяснялось наличием для этого в покрытии достаточного количества графита, обладающего хорошими пластифицирующими свойствами.
Оценка эксплуатационных свойств наплавленного металла проводилась с использованием стандартных методик:
- химического состава - по ГОСТ 9466-75,
- твердости - по ГОСТ 9013-59 в единицах HRC для наплавленного металла без термообработки.
Склонность к образованию трещин в наплавленном металле и его выкрошиванию оценивалась визуально путем осмотра наплавленного в 1-7 слоев металла на пластины из стали Ст.3 пс толщиной 14 мм размером 350×100 мм непосредственно после сварки и после их выдерживания на воздухе 3 и 5 дней, а сопротивляемости ударам - осмотром наплавленных пластин после удара их с обратной стороны 2 кг гирей с высоты 1,5 м.
Результаты испытаний представлены в таблицах 2 и 3.
| Таблица 2 | |||||||||
| Вариант электрода по табл.1 | Содержание в наплавленном металле, % | Твердость, HRC | |||||||
| С | Si | Mn | Cr | В | S | Р | [Н] диф*, мл/100 г | ||
| прототип | 3,1 | 2,3 | 1,5 | 24 | 1,0 | 0,037 | 0,040 | 17,8 | 59 |
| Вариант 1 | 1,21 | 4,0 | 1,5 | 10,0 | 0,7 | 0,027 | 0,031 | 7,3 | 61 |
| Вариант 2 | 1,13 | 4,5 | 1,7 | 10,5 | 0,6 | 0,028 | 0,032 | 7,5 | 58 |
| * - глицериновая проба |
Данные результатов испытаний подтверждают, что, несмотря на более низкое содержание дорогостоящего хрома, твердость наплавленного предлагаемыми электродами металла была на уровне, характерном для прототипа (табл.2), чему, вероятнее всего, способствовало повышение содержания кремния в нем. При этом (табл.3) явно отмечалось:
- снижение склонности к образованию трещин в наплавленном металле: у прототипа они выявлены и в 1, и во 2 слоях, а у предлагаемых электродов - не выявлено ни в 1, ни в других слоях;
- снижение склонности к самовыкрошиванию при многослойной наплавке: у прототипа это отмечено уже во 2 слое, а у предлагаемого электрода - не выявлено и в 5 слое;
- повышение сопротивляемости наплавленного металла ударным нагрузкам: при падении 2 кг гири с высоты 1,5 м на наплавленную пластину для прототипа отмечено выкрошивание во всех наплавленных слоях, а у предлагаемого электрода - только в 3 слое при меньшей площади выкрошивания.
| Таблица 3 | |||||||||||||
| Вариант электрода по табл.1 | Показатель качества наплавленного металла* | ||||||||||||
| Наличие трещин в наплавленном металле, шт. | Общая площадь самовыкрошивания, см2 | Общая площадь выкрашивания под действием ударной нагрузки, см2 | |||||||||||
| 1 слой | 2 слой | 3 слой | 4 слой | 5 слой | 1 слой | 2 слой | 3 слой | 4 слой | 5 слой | 1 слой | 2 слой | 3 слой | |
| Прототип | 4 | 9 | 12 | не опр. | не опр. | отсут. | ~1 | ~4 | не опр. | не опр. | ~2 | ~3 | не опр. |
| Вариант 1 | отсут. | отсут. | отсут. | отсут | отсут | отсут. | отс ут. | отсут. | отсут | отсут | отсут | отсут | ~1 |
| Вариант 2 | отсут. | отс ут. | отс ут. | отсут | отсут | отс ут. | отсут. | отсут. | отсут | отсут | отсут | отсут | ~1 |
| * общая площадь 1 слоя наплавленного металла 350 см2 |
Отмеченное улучшение свойств наплавленного металла у предлагаемых электродов объясняется, прежде всего, более чем 2 низким содержанием в нем углерода и диффузионного водорода, последнего - ввиду наличия в покрытии флюорита и легкодиссоциирующегося фторопласта, лучшей газовой защитой сварочной ванны благодаря имеющемуся в покрытии мрамору. Этому же, в какой-то мере, способствовало и выявленное снижение содержания в наплавленном металле серы и фосфора вследствие наличия в сварочном шлаке продукта диссоциации мрамора - окиси кальция, а также большего количества кроющего наплавленный металл шлака, что способствует меньшей скорости его охлаждения на воздухе.
Таким образом, установленное улучшение свойств электрода с предлагаемым покрытием подтверждает решение технических целей, поставленных настоящим изобретением.
Что касается снижения стоимости электродов с предлагаемым покрытием в сравнении с прототипом, то оно явно вытекает из-за более чем в 2 низкого содержания в нем наиболее дорогостоящих компонентов - феррохрома, ферробора, ферромарганца, меньшего коэффициента массы покрытия вследствие меньшего диаметра его калибрующей втулки (см. стр.2) при одинаковой марке стержней электродов.
Дополнительными преимуществами электродов с предлагаемым покрытием являлись более устойчивое и «мягкое» горение дуги и меньшее разбрызгивание.
Варьирование составом предлагаемого покрытия в сторону расширения пределов содержания любого из его компонентов приводит к ухудшению свойств наплавленного металла и указывает, что только заявляемая совокупность компонентов покрытия обладает существенными отличиями и обеспечивает достижение поставленной цели изобретения.
Состав электродного покрытия для электродуговой наплавки деталей с твердостью наплавленного слоя 58-64 HRC, работающих в условиях абразивного износа, содержащий феррохром, графит, ферробор, ферромарганец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ферросилиций, мрамор, флюорит и фторопласт при следующих соотношениях компонентов, вес.ч.:
| феррохром | 19-20 |
| графит | 4-6 |
| ферробор | 3-4 |
| ферромарганец | 3-4 |
| ферросилиций | 29-30 |
| мрамор | 25-27 |
| флюорит | 12-14 |
| фторопласт | 1,5-2,0 |
