Ферромагнитная шихта для дуговой наплавки деталей машин, изготовленных из железоуглеродистых сплавов
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при восстановлении деталей машин из легированной стали и чугуна. Ферромагнитная шихта для дуговой наплавки деталей машин из железо-углеродистых сплавов, содержащая углерод, ферротитан, феррохром, феррованадий, мрамор электродный, плавиковый шпат, силикокальций, порошок медный, железный порошок дополнительно содержит феррованадий и порошок меди. Для обеспечения устойчивого горения дуги на малых токах (снижение уровня сварочных деформаций и напряжений) и улучшения магнитных свойств шихты магнитные и немагнитные компоненты шихты замешиваются на жидком натриевом стекле. Техническим результатом изобретения является повышение механических и триботехнических свойств наплавленного металла.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при восстановлении деталей машин из легированной стали и чугуна.
Восстановление деталей машин из легированной стали способами электродуговой наплавки затруднено вследствие возникновения горячих и холодных трещин в связи с содержанием в стали серы и фосфора, образованием закалочных структур, возникновением значительных сварочных напряжений, связанных с нагревом металла.
Восстановление деталей машин из чугуна способами электродуговой наплавки связано со следующими трудностями: возникновение горячих и холодных трещин, обусловленное повышенным содержанием углерода, серы и фосфора; высокая жидкотекучесть чугуна; повышенная склонность к порообразованию; отбеливание чугуна, что делает невозможным последующую механическую обработку; возникновение значительных сварочных напряжений, связанных с нагревом металла.
Ферромагнитная шихта для дуговой наплавки деталей машин, изготовленных из железо-углеродистых сплавов, может быть использована при автоматической сварке и наплавке. Наплавку ведут непрерывной электродной проволокой, на которую подается магнитная шихта, и под действием собственного магнитного поля сварочной цепи притягивается к ней, образуя покрытие, аналогичное электродному [1]. Для обеспечения притягивания шихты к электродной проволоке в состав шихты вводятся ферромагнитные компоненты.
При наплавке деталей машин одним из основных факторов, влияющим на качество наплавленного слоя, являются наплавочные материалы. Известен состав шихты для наплавки чугуна [2], вес.%:
| Углерод | 0,5-20 |
| Плавиковый шпат | 5-10 |
| Кремний | 4-10 |
| Феррохром | 0,5-10 |
| Алюминий | 1-8 |
| Магний | 0,1-4 |
| Кальций | 1-6 |
| Ферротитан | 1-10 |
| Железный порошок | остальное |
Недостатком приведенного состава шихты является то, что он пригоден только для наплавки чугунных деталей; не указан гранулометрический состав компонентов шихты, который обеспечивает полноту протекания металлургических процессов в сварочной ванне и притягивания компонентов шихты к электродной проволоке под действием электромагнитных сил; отсутствуют компоненты, отвечающие за триботехнические свойства сопрягаемых деталей.
Задачей изобретения является повышение механических и триботехнических свойств восстановленных деталей. Для решения указанной задачи были разработаны ферромагнитная шихта и способ ее изготовления. Шихта позволяет получить бездефектный наплавленный слой, отвечающий необходимым эксплуатационным требованиям без последующих технологических мероприятий при восстановлении деталей машиностроения, изготовленных из легированных сталей и чугуна.
С целью повышения механических и триботехнических свойств наплавленного металла состав предлагаемой шихты дополнительно содержит медь и феррованадий. Для обеспечения устойчивого горения дуги на малых токах и улучшения магнитных свойств шихты магнитные и немагнитные компоненты шихты замешиваются на жидком натриевом стекле. Для более полного протекания металлургических процессов в сварочной ванне применяется определенный гранулометрический состав компонентов шихты. Получение бездефектного наплавленного слоя, отвечающего необходимым эксплуатационным требованиям без дополнительных технологических мероприятий, достигается определенным процентным соотношением компонентов шихты. При этом ферромагнитная шихта обеспечивает стабильное горение сварочной, дуги при малых значениях сварочного тока, что снижает тепловложение и позволяет снизить уровень сварочных деформаций и напряжений в восстанавливаемом изделии.
Состав ферромагнитной шихты подбирается исходя из следующих условий.
1. Придание шихте магнитных свойств с целью обеспечения ее притягивания к электродной проволоке под действием электромагнитных сил.
2. Обеспечение стабильного горения дуги при малых токах наплавки в диапазоне от 140 до 170А, что способствует снижению сварочных деформаций и напряжений.
3. Получение бездефектного наплавленного слоя без пор, трещин, шлаковых включений.
4. Обеспечение необходимых свойств наплавленного слоя без дополнительных последующих технологических мероприятий, таких как термообработка, упрочнение поверхностного слоя и т.д.
5. Использование при изготовлении шихты дешевых и доступных материалов.
6. Обеспечение необходимых триботехнических свойств сопрягаемых деталей.
Для более полного протекания металлургических процессов в сварочной ванне при наплавке необходимо обеспечить:
1. Определенную грануляцию шихты и ее компонентов.
2. Определенное процентное соотношение элементов, входящих в состав шихты.
3. Спекание магнитных и немагнитных материалов.
В состав шихты входят рудоминеральные материалы, ферросплавы, чистые металлы, химические продукты, силикаты, графит.
Рудоминеральные материалы:
- мрамор СаСО3 с содержанием СаСО3 - 92%; остальное - MgO; SiO2; P; S;
- плавиковый шпат CaF2 с содержанием СаF2 - 95%; остальное - SiO2; СаСО3; Р; S.
Ферросплавы:
- феррохром FeCr с содержанием Сr - 65%; остальное - Fe; С; Si; Р; S;
- феррованадий FeV с содержанием V - 35%; остальное - Fe; Mn; Si; С; Сu; Аl; Р; S;
- ферротитан FeTi с содержанием Ti - 28%; остальное - Fe; Al; Si; С; Р; S.
Чистые металлы:
- порошок железный Fe с содержанием Fe - 98,5%; остальное - С; Р; S;
- порошок медный Сu.
Химические продукты:
- силикокальций SiCa с содержанием Са - 20%; Fe - 10%; остальное - Si; А1; С.
Силикаты:
- стекло натриевое жидкое с содержанием SiO2 - 32%; Na2O - 11%; остальное - Fe2O3; Аl2O3; СаО; SO3.
Углерод С.
Элементы, указанные как "остальное", расположены в порядке убывания их процентного содержания.
Магнитные свойства шихты обеспечиваются наличием в ее составе ферромагнитных материалов Fe; FeCr.
Получение бездефектного наплавленного слоя обеспечивается наличием в шихте шлакообразующих SiCa; СаСО3; CaF2 и раскисляющих FeTi; FeV; SiCa компонентов. В совокупности SiCa; СаСО3; CaF2 обеспечивают защиту расплавленного металла от вредного влияния атмосферы, снижая вероятность порообразования и окисления, и способствуют связыванию и удалению в шлак ответственных за образование трещин S, Р и Н. Силикокальций SiCa также способствует легкому удалению шлаковой корки с поверхности наплавленного слоя, а FeTi и FeV - измельчению структурных составляющих наплавленного слоя, что, в свою очередь, снижает вероятность трещинообразования. Кроме того, введение в состав шихты FeV приводит к тому, что в наплавленном слое образуются мелкодисперсные карбиды ванадия, которые благоприятно влияют на работу сопрягаемых деталей машин при трении скольжения и при этом не образуется задиров на их поверхностях. Небольшое количество меди в наплавленном слое также улучшает триботехнические свойства восстановленных деталей.
Компоненты FeCr; FeTi; FeV и углерод С в совокупности позволяют получить наплавленный металл повышенной прочности и износостойкости без последующей термообработки в результате образования структуры мартенсита с карбидами хрома, ванадия, титана, обладающими более высокой, по сравнению с карбидами железа, твердостью. Жидкое натриевое стекло выполняет функцию связующего компонента при изготовлении шихты, обеспечивая спекание магнитных и немагнитных компонентов и притягивание их к электродной проволоке под действием электромагнитных сил, а также способствует стабильному горению дуги на малых токах.
Материалы шихты с целью обеспечения налипания немагнитных компонентов на магнитные просеиваются:
- магнитные - через сито N0315 с размером ячейки 0,315 мм;
- немагнитные - через сито N018 с размером ячейки 0,180 мм.
После просеивания компоненты взвешиваются в определенной пропорции и замешиваются на жидком натриевом стекле до получения влажной однородной массы. Для спекания магнитных и немагнитных материалов полученную влажную массу прокаливают в печи при температуре 400С° до полного ее просыхания, после чего смесь подвергают дроблению и просеивают через сито N04 с размером ячейки 0,4 мм.
Изготовление ферромагнитной шихты для дуговой наплавки возможно на любом машиностроительном или ремонтно-механическом заводе. Данную шихту можно готовить в любом количестве в зависимости от серийности восстановления деталей машин, причем возможно гибкое варьирование составом шихты при восстановлении деталей различного химического состава и назначения, обеспечивая необходимые эксплуатационные характеристики.
Для восстановления деталей машин, изготовленных из легированных сталей, используется шихта следующего состава при соотношении компонентов, вес.%:
| Углерод С | 0-3 |
| Ферротитан FeTi | 5-15 |
| Феррохром FeCr | 1-20 |
| Феррованадий FeV | 0,5-25 |
| Мрамор электродный СаСо3 | 12-15 |
| Плавиковый шпат CaF2 | 12-15 |
| Силикокальций SiCa | 5-12 |
| Порошок медный Сu | 2-4 |
| Железный порошок Fe | остальное |
Стекло натриевое жидкое сбавляется в сухую шихтовую смесь до получения влажной пастообразной массы.
Предлагаемый состав ферромагнитной шихты позволяет обеспечить твердость в диапазоне от НВ 140 до НВ 650, стабильное горение дуги на малых токах в диапазоне от 140, до 150 А, а также получить бездефектный наплавленный слой, отвечающий необходимым эксплуатационным требованиям без применения дополнительных технологических мероприятий.
Данной шихтой можно восстанавливать стальные коленчатые валы, валки прокатных станов, крановые колеса, распределительные валы, тянущие кулаки троллейбусов, колеса и бандажи трамваев и метрополитена, тормозные валы автобусов и т.д.
Для восстановления деталей машин, изготовленных из чугуна, в состав ферромагнитной шихты вводится определенное количество углерода размером фракции 0,18 мм, а также значительное количество силикокальция, что способствует графитизации чугуна и снижает возможность его отбела. Кроме того, силикокальций является хорошим раскислителем, способствует связыванию и удалению в шлак серы и фосфора, обеспечивает более полное протекание металлургических процессов, способствует легкому удалению шлаковой корки.
Для восстановления деталей машин, изготовленных из чугуна, используется шихта следующего состава при соотношении компонентов, вес.%:
| Углерод С | 5-25 |
| Ферротитан FeTi | 0-5 |
| Феррохром FeCr | 0-10 |
| Феррованадий FeV | 0-10 |
| Мрамор электродный СаСо3 | 12-15 |
| Плавиковый шпат СаF2 | 12-15 |
| Силикокальций SiCa | 15-25 |
| Порошок медный Сu | 2-4 |
| Железный порошок Fe | остальное |
Стекло натриевое жидкое добавляется в сухую шихтовую смесь до получения влажной пастообразной массы.
Предлагаемый состав ферромагнитной шихты позволяет исключить отбел чугуна, обеспечить твердость в диапазоне от НВ 190 до НВ 400, стабильное горение дуги на малых токах в диапазоне от 140 до 150 А, а также получить бездефектный наплавленный слой, отвечающий необходимым эксплуатационным требованиям без применения дополнительных технологических мероприятий.
Используемые источники
1. Глазунов С.Н., Гаврилюк B.C., Вялков В.Г., Свешников А.В. Технология восстановления стальных и чугунных деталей транспортных машин методом электродуговой наплавки с применением ферромагнитной шихты // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2002. - № 6. С.3-5.
2. Заявка 2171920/25-27 от 08.09.75.
Ферромагнитная шихта для дуговой наплавки деталей машин, изготовленных из железоуглеродистых сплавов, содержащая углерод, ферротитан, феррохром, феррованадий, мрамор электродный, плавиковый шпат, силикокальций, порошок медный, железный порошок, отличающаяся тем, что в состав шихты дополнительно введены феррованадий и порошок меди при следующем соотношении компонентов, вес.%:
| углерод С | 0-3 |
| ферротитан FeTi | 5-15 |
| феррохром FeCr | 1-20 |
| феррованадий FeV | 0,5-25 |
| мрамор электродный СаСо3 | 12-15 |
| плавиковый шпат CaF2 | 12-15 |
| силикокальций SiCa | 5-12 |
| порошок медный Сu | 2-4 |
| железный порошок Fe | остальное до 100 |
или
| углерод С | 5-25 |
| ферротитан FeTi | 0-5 |
| феррохром FeCr | 0-10 |
| феррованадий FeV | 0-10 |
| мрамор электродный СаСо3 | 12-15 |
| плавиковый шпат CaF2 | 12-15 |
| силикокальций SiCa | 15-25 |
| порошок медный Сu | 2-4 |
| железный порошок Fe | остальное до 100 |
