Способ дуговой наплавки медно-никелевого сплава с содержанием никеля от 40 до 50% на алюминиево-никелевые бронзы


 

B23K103/12 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2610656:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)

Изобретение может быть использовано для получения коррозионно-стойкого медно-никелевого покрытия на уплотнительном поле узла затвора арматуры из алюминиево-никелевой бронзы. Проводят дуговую наплавку рабочего слоя из медно-никелевого сплава через промежуточный слой. Промежуточный слой наплавляют в 1-2 слоя медно-никелевым сплавом с содержанием никеля 16-18%. Наплавку рабочего слоя выполняют в 2 слоя медно-никелевым сплавом с содержанием никеля 40-50%. Наплавку подслоя и рабочего слоя выполняют сверху вниз при наклоне изделия 5-10°. При наплавке промежуточного слоя на бронзу наносят слой активирующего флюса марки 34А. За счет повышения коррозионной стойкости подслоя способ обеспечивает понижение расхода цветного металла при сохранении трещиностойкости изделия. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано в судостроении, машиностроении и в других отраслях промышленности для получения коррозионно-стойкого медно-никелевого покрытия на уплотнительном поле узла затвора арматуры из алюминиевых бронз.

Для трубопроводов систем забортной воды из меди и медно-никелевых сплавов судовая арматура изготавливается из алюминиево-никелевой бронзы. Алюминиево-никелевая бронза марки Бр.А9Ж4Н4Мц1 обладает высокой стойкостью к струевой коррозии (скорость коррозии составляет 0,02 мм/год при скорости потока воды до 4 м/с). Однако эта бронза, в морской воде подвержена структурно-избирательной (язвенной) коррозии со скоростью до 0,3 мм/год. Поэтому срок эксплуатации арматуры из этой бронзы из-за образования протечек в узле затвора также незначительный - 5-6 лет [А.Е. Вайнерман, М.М. Веретенников /Исследования наплавок медно-никелевого сплава с высоким содержанием никеля на алюминиево-никелевую бронзу/ Вопросы материаловедения, 2010, №1(61). С. 78-85].

Высокой стойкостью к общей, струевой и структурно-избирательной коррозии в морской воде обладают медно-никелевые сплавы с высоким (40-60%) содержанием никеля [Осинцев О.Е., Федоров В.Н. / Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки. Справочник / М.: Машиностроение, 2004. - 336 с.]. Однако большинство медно-никелевых сплавов относится к числу деформируемых материалов, и для изготовления фасонных отливок их не применяют.

Решением является получение коррозионно-стойкого медно-никелевого покрытия с высоким (40-60%) содержанием никеля на уплотнительном поле узла затвора арматуры из алюминиевой бронзы.

Для получения коррозионно-стойких покрытий на металлических изделиях применяют различные способы наплавки: плазменный, лазерный, индукционный, аргонодуговой, электродуговой, электрошлаковый и др. В качестве присадочных материалов при наплавке покрытий используют порошки, проволоку, электроды, пасты.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является принятый за прототип «Способ наплавки», авторское свидетельство №584998.

При этом способе наплавку медно-никелевых сплавов на алюминиевые бронзы выполняют следующим образом. На алюминиевые бронзы наносят промежуточный слой медно-никелевого сплава с содержанием никеля 0,5-6,5%, а потом наплавляют рабочий слой медно-никелевого сплава с содержанием никеля 10-99,5%.

Недостатком способа по прототипу является пониженная коррозионная стойкость промежуточного слоя, низкая производительность наплавки и повышенный расход цветного металла.

Низкая производительность способа по прототипу обусловлена большим количеством наплавляемых слоев в промежуточном слое. Так, наплавка промежуточного слоя медно-никелевым сплавом с содержанием никеля 0,5-6,5% на уплотнительное поле узла затвора арматуры выполняется в два и более слоев при ручной аргонодуговой наплавке неплавящимся электродом, в три и более при наплавке покрытыми электродами, а затем наплавляется рабочий слой медно-никелевым сплавом с содержанием никеля 10-99,5% в два-три слоя. Большое количество слоев в промежуточном слое связано со значительным проплавлением бронзы. Так при ручной дуговой наплавке покрытыми электродами проплавление основного металла составляет порядка 40-50%. В связи с этим содержание алюминия перешедшего из бронзы в первом слое промежуточного слоя может составлять до 5%. Согласно диаграмме состояния системы Cu-Ni-Al при содержании в сплаве более 5% никеля и более 1% алюминия при охлаждении сплава ниже температуры кристаллизации из него выделяются дисперсные интерметаллидные фазы Ni3Al и NiAl [Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки. Справочник. - М.: Машиностроение. 2004. - 336 с.]. Наплавленный медно-никелевый металл, содержащий более 1-2% алюминия, склонен к трещинообразованию [Б.П. Аравин, А.Е. Вайнерман, В.В. Карпов // Исследование особенностей наплавки медно-никелевым сплавом уплотнительных поверхностей узла затвора арматуры из алюминиевых бронз // Судостроительная промышленность, серия Материаловедение: Сварка. 1990, вып. 10, с. 39-47.]. Таким образом, большое количество слоев в промежуточном слое связано с тем, что в его верхнем последнем слое содержание алюминия не должно превышать 1-2%. Для этого необходимо наплавить не менее 3-4 слоев. При этом после наплавки первого слоя перед наплавкой последующих необходимо охлаждать изделие до температуры не выше 100°C, что связано с высокой склонностью медных сплавов к трещинообразованию при повышенных температурах [Абрамович В.Р., Демянцевич В.П., Ефимов Л.А. / Сварка меди и сплавов на медной основе // Л.: Машиностроение, 1988 г., 215 с.]. Все это существенно снижает производительность наплавки.

Повышенный расход цветного металла при наплавке по прототипу связан с повышенным количеством наплавленных слоев в промежуточном слое и рабочем слое.

Пониженная коррозионная стойкость промежуточного слоя связана с тем, что сплав МНЖ 5-1 по ГОСТ 492, принятый по прототипу в качестве промежуточного слоя, имеет коррозионную стойкость при струевой коррозии порядка 0,13-0,16 мм/год, что ниже чем у бронзы Бр.А9Ж4Н4Мц1 по ГОСТ 493, которая составляет порядка 0,046 мм/год. В связи с этим при контакте промежуточного слоя с морской водой в процессе эксплуатации изделия может произойти его разрушение, вызванное коррозионным разрушением промежуточного слоя.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа получения коррозионно-стойкого покрытия на изделии из алюминиево-никелевой бронзы при сохранении трещиностойкости с повышенной производительностью наплавки, пониженным расходом цветного металла и повышенной коррозионной стойкостью промежуточного слоя.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет того, что для получения коррозионно-стойкого медно-никелевого покрытия на бронзу Бр.А9Ж4Н4Мц1 аргонодуговым способом неплавящимся электродом наносится промежуточный слой из медно-никелевого сплава Св-МН18 по ТУ5.965-11867 с содержанием никеля 16-18%), обладающий коррозионной стойкостью в 2 раза более высокой, чем у сплава МНЖ5-1, в 1 или 2 слоя, затем на промежуточный слой выполняют наплавку рабочего слоя медно-никелевым сплавом с 40-50% никеля в 2 слоя, при этом наплавку как промежуточного слоя, так и рабочего слоя выполняют сверху вниз при наклоне изделия 5-10°, что снижает степень проплавления на 10-15%, в связи с этим снижается количество наплавляемых слоев и уменьшается расход цветного металла.

При наплавке на постоянном токе изделий из алюминиевых бронз для получения качественного покрытия необходимо использовать спиртовой раствор флюса 34А по ТУ48-4-229, который предварительно перед наплавкой промежуточного слоя наносится на наплавляемую поверхность бронзы. Применение флюса необходимо для разрушения плен тугоплавкого окисла Al2O3 в сварочной ванне.

Опробование предложенного способа дуговой наплавки медно-никелевого сплава на алюминиевую бронзу производили следующим образом. Для наплавки по предложенному способу были взяты пластины размером 12×100×200 мм из бронзы БрА9Ж4Н4Мц1 (химический состав: Al - 9,2%; Fe - 4,3%; Mn - 0,9%; Ni - 4,1%; Cu - ост.) и установлены под наклоном 5° и 10°. На пластины выполняли наплавку промежуточного слоя в один слой по высоте с применением проволоки из сплава Св-МН18 (химический состав: Ni - 17,2%; Fe - 0,9%; Mn - 1,1%; Ti - 0,2%; Si - 0,1%; Cu - ост.) диаметром 3 мм ручным аргонодуговым способом неплавящимся электродом. Затем на промежуточный слой выполнялась наплавка рабочего слоя из медно-никелевого сплава с 40% никеля проволокой марки Св-МНЖМцТК 40-1-1-0,3-0,1 (химический состав: Ni - 42,1%; Fe - 1,1%; Mn - 1,4%; Ti - 0,3%; Si - 0,09%; Cu - ост.), в два слоя по высоте. Вся наплавка была выполнена в 3 слоя по высоте. Площадь наплавки составила 80 см2.

Для сравнения способом наплавки по прототипу было нанесено коррозионно-стойкое покрытие сплавом Св-МНЖМцТК 40-1-1-0,3-0,1 по ТУ 5.965-11953 через промежуточный слой МНЖКТ 5-1-0,2-0,2 (химический состав: Ni - 5,8%; Fe - 1,1%; Mn - 0,4%; Ti - 0,2%; Si - 0,2%; Cu - ост.). Наплавка выполнялась аргонодуговым способом неплавящимся электродом. Вся наплавка была выполнена в 4 слоя по высоте.

На обеих наплавленных пластинах было определено содержание алюминия в металле промежуточного слоя.

Результаты исследования приведены в таблице и показывают следующее.

При обоих способах наплавки - предложенном и по прототипу - содержание алюминия в наплавленном металле промежуточного слоя, определенное методом микрорентгеноспектрального анализа, низкое и находится примерно на одном уровне до 2 мас.%. При металлографическом исследовании шлифов, изготовленных из наплавленных образцов, на микроскопе «Axiovert 40МАТ» при увеличении x100 и x300 установлено, что микроструктура наплавленного металла во всех зонах однофазная, выделения интерметаллидной фазы при обоих способах наплавки отсутствуют. Недопустимые дефекты в наплавленном металле (трещины, свищи, не-провары) также отсутствуют при обоих способах наплавки. Отличие заключается в длительности наплавки и количестве наплавленных слоев и химического состава промежуточного слоя. Длительность наплавки по предложенному способу составила 100 мин, а при наплавке по прототипу - 160 мин, производительность наплавки соответственно 3,8 г/мин и 3,1 г/мин. Таким образом, производительность наплавки по предложенному способу на 20% выше, расход цветного металла ниже на 25%, и коррозионная стойкость промежуточного слоя в 2 раза выше, чем при наплавке по прототипу.

1. Способ получения коррозионно-стойкого покрытия на изделии из алюминиево-никелевой бронзы, включающий дуговую наплавку рабочего слоя из медно-никелевого сплава через промежуточный слой, отличающийся тем, что промежуточный слой наплавляют в 1-2 слоя медно-никелевым сплавом с содержанием никеля 16-18%, а наплавку рабочего слоя выполняют в 2 слоя медно-никелевым сплавом с содержанием никеля 40-50%, при этом наплавку ведут сверху вниз при наклоне изделия 5-10°.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке промежуточного слоя на бронзу наносят слой активирующего флюса марки 34А.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при наплавке двумя плавящимися электродами дугой косвенного действия на металлические изделия из сплавов с особыми свойствами.

При обработке детали газовой турбины, включающей металлическую подложку с дефектом поверхности, наносят посредством сварки на дефект поверхности первый слой, содержащий первый наплавочный материал, а затем на первый слой посредством сварки наносят второй слой, содержащий второй наплавочный материал.

Изобретение может быть использовано при обработке и горячем формовании слитков из сплавов. На слиток наносят слой металлического материала в виде наплавленного покрытия толщиной от 0,64 до 1,27 см, металлургически связанного с по меньшей мере участком боковой поверхности цилиндрического слитка из сплава и с по меньшей мере одним торцом цилиндрического слитка из сплава.

Изобретение может быть использовано при восстановлении наплавкой крупногабаритных деталей типа валов, в частности судовых гребных и промежуточных валов. После предварительного контроля восстанавливаемой поверхности на наличие дефектов в виде несплошностей металла исследуют неразрушающим методом контроля макроструктуру металла в поперечном сечении детали на предполагаемом участке перехода от металла наплавки к основному металлу, соответствующем опасному сечению детали.

Изобретение может быть использовано при изготовлении или восстановлении ролика для поддержки и транспортировки горячего материала, в особенности полученной непрерывной разливкой стальной заготовки на рольганге или в установке непрерывной разливки.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к почвообрабатывающим машинам, и может быть использовано при изготовлении и восстановлении ножей рабочих органов культиваторов-плоскорезов, подвергающихся абразивному изнашиванию.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к почвообрабатывающим машинам, и может быть использовано при изготовлении и восстановлении плужных лемехов, культиваторных лап и плоскорезных ножей, подвергающихся абразивному изнашиванию.

Изобретение относится к способу электродуговой наплавки цилиндрических поверхностей ободьев и ступиц катаных центров локомотивных колес из среднеуглеродистой стали для устранения технологического износа и продления срока их службы.

Изобретение может быть использовано при восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин, преимущественно долот лемехов плугов. Удаляют изношенную режуще-лезвийную часть долота, изготавливают компенсирующий элемент из листовой рессорно-пружинной стали и приваривают его к восстанавливаемому долоту.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к многослойному сварному шву. Многослойный сварной шов, сформированный на участке поверхности турбинного ротора из высокохромистой стали, контактирующем с подшипником, содержащий нижний и верхний наплавленные слои, при этом нижний наплавленный слой содержит, в вес.%: С от 0,05 до 0,2, Si от 0,1 до 1,0, Mn от 0,3 до 1,5, Cr от 4,0 до менее 6,5, Мо от 0,5 до 1,5, Fe и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к способу сварки труб большого диаметра. Выполняют прихваточный шов сварочной горелкой с одновременным слежением за стыком кромок с помощью сканирующего датчика, расположенного перед сварочной горелкой.

Способ может быть использован при сварке трубчатых деталей различного назначения с использованием прессовой сварки с нагревом дугой, управляемой магнитным полем. В процессе сварки проводят первоначальное сжатие торцов труб для короткого замыкания, после чего подают напряжение и обеспечивают отскок между трубами, что приводит к поджиганию дуги.

Изобретение относится к способу изготовлению сварных корпусов сосудов высокого давления из высокопрочных легированных сталей. Вначале получают тонкостенную оболочку путем резки труб из стали типа 28Х3СНМВФА на заготовки, калибровки, рекристаллизационного отжига, механической обработки, ротационной вытяжки за несколько переходов с промежуточными отжигами деформирующими роликами с треугольным профилем со скругленными по радиусу или (и) плоскими вершинами, установленными с различными зазорами относительно оправки.

Изобретение относится к лазерной сварке тавровых и угловых соединений и может быть использовано для изготовления ребристых интегральных конструкций из алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к способу дуговой автоматической сварки кольцевых швов поворотных стыков труб. Осуществляют сборку свариваемых труб.

Изобретение относится к способу соединения деталей с внутренним покрытием и может быть использовано в машиностроении, металлургии, оборудовании для АЭС и космической технике.

Изобретение может быть использовано для изготовления многослойных труб, в том числе тонкостенных, в частности биметаллических труб из драгоценных металлов. Трубчатую заготовку с меньшей температурой плавления выполняют из первого металлического сплава, компоненты которого образуют твердый раствор с низкоплавкой эвтектической фазой.
Изобретение может быть использовано для получения ультрамелкозернистых сверхпластичных листов титано-алюминиевых сплавов при изготовлении сложных деталей методом сверхпластической формовки и диффузионной сварки.

Изобретение относится к алюминиевому сплаву системы Al-Si-Cu и листовому продукту с этим сплавом, предназначенным в основном для использования в транспортных средствах.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой давлением с подогревом многослойных панелей из титановых сплавов, в частности, для аэрокосмического машиностроения.

Изобретение относится к устройству железнодорожного пути и может быть использовано при ремонте или укладке бесстыкового пути. Для соединения рельсовых плетей с восстановлением температурного режима работы бесстыкового пути при низких температурах сваривают концы примыкающих рельсовых плетей с применением натяжного устройства. Перед натяжением плетей расчетом определяется необходимый зазор. После термитной сварки раскрепляют определяемую расчетом часть рельсовой плети с обоих концов от сварного стыка. Подбивают шпалы и закрепляют на них рельсы. С обеих сторон от натяжного устройства на определенной расчетом длине рельсы до сварки раскрепляют, нагревают и изгибают на расчетную величину. После остывания рельсов и приобретения сварным стыком необходимой прочности нагрев прекращают и изогнутые участки рельсов выпрямляют. Достигается возможность снятия избыточной продольной силы в натяжном устройстве.
Наверх