Износостойкий наплавочный материал

Изобретение может быть использовано для наплавки рабочих поверхностей деталей машин и оборудования, подвергающихся в процессе эксплуатации интенсивному абразивному изнашиванию. Износостойкий наплавочный материал содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: борид вольфрама 28-32, феррохром 22-26, феррованадий 10-16, комплексная лигатура – остальное. Комплексная лигатура выполнена в виде микрогранул размером 20-50 мкм на основе никеля, или кобальта, или железа, содержащих наноразмерные тугоплавкие компоненты с размером 20-100 нм. Модифицированный наноразмерными тугоплавкими компонентами материал обеспечивает стойкость наплавленного металла к образованию трещин, а также его износостойкость при аэроабразивном изнашивании. 4 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к износостойким материалам для наплавки и может быть использовано для наплавки рабочих поверхностей деталей машин и оборудования, подвергающихся интенсивному износу различного вида в процессе эксплуатации.

Известен износостойкий наплавочный материал (патент РФ №2164200, B23K 35/32, 2001), состоящий из частиц сплава ВК8, полученных дроблением отходов твердосплавных элементов режущих инструментов и никелевого порошка, имеющий следующий состав, масс. %:

Недостатком такого материала для наплавки является низкая износостойкость матрицы, состоящей из низкопрочного никелевого сплава, что приводит к его быстрому изнашиванию.

Известен износостойкий наплавочный материал (а.с. СССР №504620, B23K 35/32, 1976), состоящий из твердых частиц борида вольфрама, карбида молибдена, сцементированных кобальтовой матрицей, имеющий следующий состав, масс. %:

Недостатком этого материала является низкая износостойкость, которая обусловлена высоким удельным объемом карбоборидных фаз (90-92%), приводящих к его хрупкости, а также низкая твердость (78-80 HRA) наплавленного металла. Кроме того, использование в составе материала для наплавки карбида молибдена и кобальта повышает его стоимость.

Известен износостойкий композиционный материал (а.с. СССР №492137, В23С 35/32, 1977), состоящий из твердых частиц карбида хрома, а также двойного борида титана - хрома.

Недостатками указанного материала являются недостаточная износостойкость наплавленного металла, а также высокая его склонность к образованию трещин при наплавке по причине повышенной хрупкости матрицы.

Наиболее близким к заявленному изобретению является, износостойкий наплавочный материал (патент РФ №2290288, B23K 35/36, опубл. 2006), содержащий следующие компоненты, масс. %:

Недостатком этого материала является узкая специфика его использования только при аэроабразивном изнашивании, что ограничивает применение данного износостойкого материала при других видах износа. Структура наплавленного металла состоит из хромистой хрупкой и крупнозернистой матрицы, в которой имеется предельно высокое объемное содержание крупных боридов и карбоборидов, что приводит к образованию значительного количества трещин при наплавке (фиг. 1), а также при эксплуатации в условиях газоабразивного (аэроабразивного) изнашивания.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение стойкости наплавленного с использованием заявляемого состава наплавочного материала металла к образованию трещин при наплавке и износостойкости как при аэроабразивном, так и при абразивном изнашивании закрепленным абразивом за счет изменения компонентного состава наплавочного материала и дополнительного введения в него комплексной лигатуры, состоящей из наноразмерных тугоплавких компонентов, способствующих модифицированию металла.

Технический результат достигается тем, что износостойкий наплавочный материал содержит комплексную лигатуру из тугоплавких компонентов в виде наноразмерных частиц 26-40 масс. % при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Структура наплавки прототипа и предлагаемой наплавки приведена на фотографиях на фиг. 1-4:

на фиг. 1 представлена структура металла, наплавленного с использованием наплавочного материала с составом прототипа;

на фиг. 2 - с использованием наплавочного материала предлагаемого состава;

на фиг. 3 представлена структура общей комплексной лигатуры;

на фиг. 4 - вид наночастиц карбида WC.

Отличительной особенностью изобретения является то, что в качестве тугоплавких компонентов лигатура содержит наноразмерные (10-100 нм) компоненты из группы: элементы переходных металлов IV, V и VI групп или их тугоплавкие химические соединения с углеродом, азотом или бором, обладающие высокой температурой плавления. Нанокомпоненты связаны в микроразмерные гранулы (2-50 мкм) на основе никеля, кобальта или железа.

Введение в состав комплексной лигатуры предлагаемого износостойкого материала наноразмерных тугоплавких компонентов является эффективным средством повышения механических свойств металла, а именно повышения его износостойкости в условиях абразивного изнашивания.

Эти компоненты, обладающие высокой термодинамической устойчивостью, подвергаясь незначительному растворению, являются готовыми центрами кристаллизации, что обеспечивает модифицирование металла. Высокая дисперсность порошка тугоплавких частиц многократно усиливает модифицирующий эффект. В результате структура металла значительно измельчается (номер зерна увеличивается с 5 до 13), что способствует снижению склонности его к хрупкому разрушению при воздействии абразивных частиц (фиг. 1).

Износостойкий наплавочный материал получали следующим образом.

Все компоненты перемешивали в смесителе, затем смесь порошков замешивали на жидком стекле до состояния пластичной массы. Полученную смесь прессовали с использованием пресса и получали стержни длиной 250 мм и диаметром 6-8 мм. Затем стержни просушивали при температуре 50-60°С в течение 3-4 часов с последующей прокалкой в печи электросопротивления при температуре 250°С в течение 2 часов. Стержни использовали в качестве присадочного материала приаргонодуговой, газопламенной и электрошлаковой наплавке упрочняемых металлических поверхностей.

Изготовили три состава износостойкого наплавочного материала. Кроме того, были изготовлены составы наплавочного материала с содержанием компонентов, выходящим за заявляемые пределы. В качестве комплексной лигатуры в виде микрогранул размером 20-50 мкм на основе никеля, или кобальта, или железа, содержащих наноразмерные тугоплавкие компоненты с размером 20-100 нм использовали частицы монокарбида вольфрама WC в соотношении 70/30 масс. % соответственно, фиг. 2, 3 и 4. Также изготовили стержни из материала по формуле прототипа.

Износостойкость наплавленного металла определяли при испытаниях закрепленным абразивом на типовой машине Х4-Б. Основные параметры испытаний: размер образцов 3×3×10 мм, статическая нагрузка 936 МПа, путь трения 30 м, диаметр круга 340 мм, радиальная подача 3 мм/об. Абразивная истирающая поверхность - шлифовальная шкурка зернистостью Р100 (по ГОСТ Р 52381-2005). Относительную износостойкость оценивали по формуле:

,

где ΔGЭ - потеря массы эталона, г; ΔGИ - потеря массы испытуемого образца, г. В качестве эталона использовали сталь 45 в отожженном состоянии. Потерю массы образцов измеряли с точностью до 0,1 мг на аналитических весах ВСЛ-60/0, 1А.

Состав предлагаемого износостойкого материала с различным содержанием вводимых компонентов и результаты его сравнительных с прототипом испытаний представлены соответственно в таблицах 1 и 2.

Как видно из таблиц, наилучшими свойствами обладает износостойкий металл состава 2. При среднем содержании компонентов в составе 2 предлагаемый износостойкий материал обеспечивает при высокой твердости повышенную по сравнению с прототипом и износостойкость наплавленного металла, а также пониженную его склонность к образованию трещин при наплавке.

Примечание: состав 1-3 находятся в пределах, показанных в заявляемом объекте; состав 4 и 5 - за его пределами.

Составы износостойкого материала с соотношениями компонентов, выходящими за предлагаемые границы, показали в результатах испытаний более низкие свойства наплавленного металла.

При уменьшении количества комплексной лигатуры менее 30 масс. % износостойкость наплавленного металла пониженная. При увеличении содержания комплексной лигатуры свыше 42 масс. % существенно снижается стойкость наплавленного металла к образованию трещин вследствие выделения чрезмерного количества карбоборидных фаз.

Предложенный наплавочный материал позволяет в 1,5-2 раза повысить износостойкость наплавленного с его использованием металла и увеличить по сравнению с прототипом стойкость к образованию трещин, что повышает технологическую надежность объектов наплавки.

Износостойкий наплавочный материал, содержащий борид вольфрама, феррохром, феррованадий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит комплексную лигатуру в виде микрогранул размером 20-50 мкм на основе никеля, или кобальта, или железа, содержащих наноразмерные тугоплавкие компоненты с размером 20-100 нм, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: борид вольфрама 28-32, феррохром 22-26, феррованадий 10-16, комплексная лигатура остальное.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к электродуговой механизированной сварке и наплавке под флюсом низко- и среднелегированных сталей. Флюс содержит жидкое стекло в качестве связующего и выполнен в виде гранул размером 0,45-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлак производства силикомарганца 60-85, жидкое стекло 15-40.

Изобретение может быть использовано для электродуговой сварки под флюсом низко- и среднелегированных сталей. Флюс содержит, мас.%: шлак производства силикомарганца 60,0-85,0, пылевидные отходы производства алюминия 4,0-7,0, калиево-натриевое жидкое стекло 15,0-40,0.

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при наплавке под флюсом для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях горнорудного оборудования, работающего в условиях абразивного износа, например бункеров и труботечек.

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при наплавке под флюсом для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях горнорудного оборудования, работающего в условиях абразивного износа, например бункеров и труботечек.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сварочной проволоке с флюсовым сердечником для дуговой сварки в защитном газе, и может быть использована при сварке трубопровода.

Изобретение может быть использовано для дуговой наплавки. Металлическая оболочка выполнена из стали.

Изобретение может быть использовано для индукционной наплавки твердых сплавов типа высоколегированных хромистых белых чугунов, а также для нанесения легированных бором износостойких покрытий.

Изобретение может быть использовано при высокотемпературной пайке конструкций из алюминия и его сплавов повышенной прочности. Флюс для пайки алюминия и его сплавов содержит следующие компоненты, мас.%: хлористый литий 20–30, хлористый натрий 10–12, хлористый калий 30–45, хлористый цинк 3–15, фтористый калий 2–5, фтористый литий 2–5 и по крайней мере один компонент из группы, содержащей фторалюминат цезия, фторид цезия при суммарном содержании 1–10.

Изобретение может быть использовано при наплавке порошковой проволокой рабочих поверхностей деталей металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости.

Изобретение может быть использовано для получения высококачественного корня шва при односторонней автоматической сварке. Керамическая подкладка содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч: алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ 27,0-30,0; акриловая дисперсия 3,0; тальк 3,0; жидкое стекло 10,0-12,0; борат цинка 2,0-4,0; каолин 16,0-19,0; перлит 3,0-4,0; окись хрома 2,0-3,0; гидроксид алюминия 18,0-20,0; кварцит 3,0-4,0; окись магния 3,0-4,0.

Изобретение относится к изготовлению монокристального алмазного инструмента. Способ включает пластифицирование твердосплавной порошковой смеси, засыпку полученной шихты в металлическую пресс-форму, прессование шихты в брикет, укладку монокристалла алмаза на поверхность брикета и спекание брикета с монокристаллом алмаза с пропиткой легкоплавким металлом или сплавом в направлении снизу вверх.

Изобретение относится к сварке плавлением сверхпрочных сплавов и может использоваться для изготовления и ремонта элементов газотурбинных двигателей. На основной материал из сверхпрочного сплава наносят композитный присадочный порошок, содержащий 5-50% по массе порошка твердого припоя, который включает депрессанты температуры плавления, и 50-95% по массе высокотемпературного сварочного порошка.

Изобретение относится к износостойким материалам для наплавки и может быть применено для изготовления новых деталей, а также восстановления и увеличения срока службы изношенных деталей, работающих в условиях абразивного, ударно-абразивного износа и высокой контактной выносливости.
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в машиностроении, а именно в инструментальном производстве, в частности, для изготовления металлообрабатывающих инструментов.
Изобретение относится к износостойким материалам для наплавки и может быть применено для изготовления новых, восстановления и увеличения срока службы изношенных деталей, работающих в условиях абразивного и ударно-абразивного износа, методом электронно-лучевой наплавки.
Изобретение относится к износостойким материалам для наплавки и способу их нанесения методом электронно-лучевой наплавки и может быть применено для изготовления новых, восстановления и увеличения срока службы изношенных деталей, работающих в условиях абразивного и ударно-абразивного износа.
Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение при ремонте сопловых и рабочих лопаток газотурбинных двигателей из никелевых литых жаропрочных сплавов.

Изобретение относится к машиностроению и металлообработке, а именно к способу изготовления штампов холодного деформирования, повышенной надежности и производительности.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к режущим инструментам. .

Изобретение может быть использовано для износостойкой наплавки самозащитной порошковой проволокой деталей, работающих в коррозионных средах в условиях интенсивного абразивного изнашивания в сочетании с ударными нагрузками. Порошковая проволока состоит из малоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты при коэффициенте заполнения 35-40%. Шихта содержит следующие компоненты, мас. %: феррохром 40,0-50,0, ферросилиций 2,0-4,0, ферромарганец 2,0-4,0, феррованадий 18,0-20,0, графит 2,0-4,0, карбид титана, полученный методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) 20,0-30,0, алюминиевый порошок 1,0-2,0 и мрамор 2,0-4,0. Порошковая проволока обеспечивает повышение твердости, коррозионной стойкости и износостойкости наплавленных покрытий при отсутствии в наплавленном металле трещин, пор и других дефектов. 1 табл.

Изобретение может быть использовано для наплавки рабочих поверхностей деталей машин и оборудования, подвергающихся в процессе эксплуатации интенсивному абразивному изнашиванию. Износостойкий наплавочный материал содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.: борид вольфрама 28-32, феррохром 22-26, феррованадий 10-16, комплексная лигатура – остальное. Комплексная лигатура выполнена в виде микрогранул размером 20-50 мкм на основе никеля, или кобальта, или железа, содержащих наноразмерные тугоплавкие компоненты с размером 20-100 нм. Модифицированный наноразмерными тугоплавкими компонентами материал обеспечивает стойкость наплавленного металла к образованию трещин, а также его износостойкость при аэроабразивном изнашивании. 4 ил., 2 табл.

Наверх