Порошковая проволока

Изобретение может быть использовано для восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной и дросселирующей арматуры, торцевых уплотнений контактных пар. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты и содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: феррохром 20,0-26,0, нитрид бора 1,0-3,0, алюминий 1,0-1,4, ферротитан 1,1-1,8, карбид бора 2,0-5,0, железный порошок 5,0-17,0, стальная оболочка - остальное. Состав шихты варьируется в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл. Порошковая проволока обеспечивает повышение износостойкости наплавленных на детали покрытий, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой. 2 табл.

 

Изобретение относится к области электродуговой наплавки порошковой проволокой деталей, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой, и может быть использовано в энергетической, химической, нефтяной отраслях промышленности, например, для восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной и дросселирующей аппаратуры, торцевых уплотнителей, контактных пар различных насосов и т.п.

Известна порошковая проволока (АС RU №277978, опубл. 05.08.1970 г.), состав шихты которой взят в следующем соотношении, %:

карбид бора 22-25
железный порошок остальное

Металл, наплавленный порошковой проволокой с шихтой предложенного состава, обладает высокой твердостью (7000-8000 МПа) и относительной износостойкостью, но низкой коррозионной стойкостью.

Известна порошковая проволока (AC RU №534331 от 05.11.1976 г.) для износостойкой наплавки деталей, подвергающихся абразивному изнашиванию, состоящая из стальной малоуглеродистой оболочки и шихты, содержащей хром и карбид бора при следующем процентном отношении, %:

хром 15-20
карбид бора 5-10
малоуглеродистая оболочка остальное

Однако металл, наплавленный известной порошковой проволокой, имеет очень высокую твердость (до 67 HRC), что сильно усложняет его механическую обработку. Такой металл хрупок и склонен к образованию трещин и сколов, что снижает износостойкость наплавленных деталей.

Наиболее близким по технической сущности и химическому составу является порошковая проволока (AC RU №407692, опубл. 10.07.1973 г.), состав шихты которой взят в следующих соотношениях, %:

нитрид бора 4-6
феррованадий 5-7
алюминий 0,9-1,0
феррохром 40-42
ферротитан 2-3
ферросилиций 0,2-0,25

Такая порошковая проволока обеспечивает получение наплавленного металла с достаточно высокой твердостью до 51-56 HRC, но имеет низкие сварочные технологические характеристики вследствие образования пор и плохого формирования валиков, что не обеспечивает высокую износостойкость деталей, работающих в условиях трения.

Технической задачей данного изобретения является повышение износостойкости наплавленных покрытий, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой.

Технический результат достигается за счет того, что в порошковой проволоке для наплавки деталей, состоящей из стальной оболочки и шихты, включающей феррохром, нитрид бора, алюминий и ферротитан, согласно заявляемому техническому решению шихта дополнительно содержит карбид бора и железный порошок при следующем процентном соотношении компонентов, масс. %:

феррохром 20,0-26,0
нитрид бора 1,0-3,0
алюминий 1,0-1,4
ферротитан 1,1-1,8
карбид бора 2,0-5,0
железный порошок 17,0-5,0
стальная оболочка остальное

Наличие в шихте феррохрома в количестве 20,0-26,0% соответствует содержанию 14-18% хрома в наплавленном металле, обеспечивающее получение мартенситной структуры, обладающей достаточно высокой коррозионной и кавитационной стойкостью, характерной для сталей (20-40)Х13. Образуя в наплавленном металле комплексные соединения, хром также повышает его износостойкость.

Наличие в составе шихты порошковой проволоки нитрида бора увеличивает твердость наплавленного металла, обеспечивая получение его мелкозернистой структуры с увеличенным количеством неметаллической фазы за счет насыщения сварочной ванны частицами нитридов, температура плавления которых выше температуры плавления сплава. Концентрация нитрида бора в шихте менее 1,0% не обеспечивает нужного уровня износостойкости, а при повышении свыше 3,0% возрастает процентное содержание азота в наплавке, что приводит к появлению пор и падению износостойкости наплавленного металла.

Присутствие в составе шихты 1,0-1,4% алюминия, являющегося энергичным нитридообразующим элементом, связывает азот в прочные мелкодисперсные соединения AlN и тем самым модифицирует наплавленный металл, повышая его износостойкость. Кроме того, алюминий обеспечивает раскисление сварочной ванны и предотвращает выгорание основных легирующих элементов в процессе наплавки за счет активного взаимодействия с кислородом, что обеспечивает более высокие сварочно-технологические свойства порошковой проволоки, хорошую растекаемость, отсутствие пористости и чешуйчатости наплавленного металла.

Присутствие в составе шихты порошковой проволоки ферротитана в количестве 1,1-1,8% позволяет, наряду с алюминием, обеспечить раскисление наплавленного металла, а также реализовать механизм дополнительного его упрочнения дисперсными выделениями карбоборидов и карбонитридов титана. Концентрация ферротитана в составе шихты проволоки за пределами указанного количества не оказывает значительного влияния на технологические и эксплуатационные свойства наплавленного металла.

Введение в шихту проволоки карбида бора в количестве 2,0-5,0% ведет к выделению в структуре наплавленного металла боридной эвтектики, которая, располагаясь в виде каркаса между кристаллами, воспринимает часть нагрузки от контактного взаимодействия и рассредоточивает ее на большую площадь поверхности, что увеличивает стойкость наплавленного металла, работающего в условиях истирания против задирания. Также при этом образуются мелкодисперсные труднорастворимые высокопрочные карбиды, бориды и карбобориды, способствующие увеличению износостойкости наплавленного металла. Концентрация карбида бора менее 2,0% не обеспечивает нужного уровня износостойкости, а при повышении ее свыше 5,0% приводит к появлению пор, охрупчиванию наплавленного металла и падению его износостойкости.

Введение железного порошка способствует равномерности плавления шихты и оболочки, что улучшает сварочно-технологические свойства порошковой проволоки. Кроме того, железный порошок необходим для получения расчетного коэффициента заполнения порошковой проволоки, что обеспечивает получение наплавленного металла требуемого химического состава.

Значительное уменьшение в шихте количества нитрида бора по сравнению с прототипом обусловливает ограничение процесса образования пор в наплавленном металле и улучшает формирование валиков. Благодаря тому что в шихту предложенной порошковой проволоки совместно вводится нитрид бора, карбид бора, алюминий и ферротитан, удается получить новый наплавленный металл композиционного типа. Данный металл обладает повышенной износостойкостью, которая обеспечивается комплексным упрочнением за счет образования в мартенситной матрице карбидных, нитридных, карбоборидных, карбонитридных и интерметаллидных фаз.

Для количественной оценки воздействия легирующих элементов на свойства наплавленного металла по известной технологии были изготовлены 6 составов порошковой проволоки: 2, 3 и 4 - составы предлагаемой проволоки; 1 и 5 - составы с содержанием компонентов, выходящим за пределы; 6 - состав прототипа с учетом перерасчета состава его шихты в количественный состав порошковой проволоки при коэффициенте заполнения 42%; приведенные в табл. 1.

В качестве оболочки использовали стальную ленту марки 08 кп размером 15×0,5 мм по ГОСТ 503-81. Коэффициент заполнения такой порошковой проволоки составляет 42%. В качестве шихты использовали смесь порошков феррохрома марки ФХ001А по ГОСТу 4757-91 (ИСО 5448-81), карбида бора по ГОСТу 5744-85, нитрида бора ТУ 26.8-0022 226-007-2003, алюминия марки ПА-4 по ГОСТу 5494-95, ферротитана марки ФТи70С1 по ГОСТу 4761-91 и железа марки ПЖР2 по ГОСТу 9849-86.

Состав шихты варьируется в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл.

Наплавка предложенной проволокой может производиться как под флюсом, так и в среде защитных газов.

Новая порошковая проволока ∅2,8 мм всех изготовленных вариантов прошла сварочно-технологические испытания при наплавке под флюсом OK Flux 10.62 темплетов из стали 45 размером 20×60×250 мм. При наплавке образцов использовали источник питания дуги ВДУ - 506 и сварочный полуавтомат ПДФ-502. Порошковая проволока обеспечивает хорошие сварочно-технологические свойства при наплавке на постоянном токе обратной полярности на режимах Iд=290÷310 А, Uд=30÷32 В.

Дюрометрические исследования проводили с использованием твердомера ТК-2 по методу Роквелла на образцах из металла после наплавки и термической обработки (за величину твердости бралось среднее значение твердости - 3 замеров).

Испытания на износостойкость проводились на машине трения ИИ 5018 при сухом трении по схеме «диск-колодка» (материал диска - сталь У7, твердость 63 HRC; нагрузка на образец 1000 Н, скорость вращения диска 0,28 м/с). Весовой износ образцов регистрировался после каждых 6 мин испытаний при общем пути трения 400 м. Измерение величины износа образцов осуществлялось весовым методом с использованием аналитических весов OHAUS АХ224. Полученные результаты выражались в виде коэффициента относительной износостойкости ε, численно равного отношению весовых потерь эталона (сталь 30X13) и испытуемого металла за одинаковое время.

Результаты испытаний приведены в таблице №2.

Приведенные в таблице 2 результаты испытаний показывают, что составы порошковой проволоки NN 2-4 являются оптимальными и обеспечивают получение наплавленного металла с достаточно высокой твердостью и износостойкостью, не склонного к пористости и трещинообразованию.

Анализ результатов испытаний показал, что, по сравнению с использованием порошковой проволоки-прототипа, применение предлагаемой новой порошковой проволоки позволит увеличить коэффициент относительной износостойкости наплавленного металла ε с 2,1 до 3,3-3,8.

Наплавленный металл, полученный новой порошковой проволокой, может использоваться в закаленном от температур 1000-1100°C и отпущенном состоянии. После закалки твердость в зависимости от содержания углерода составляет 52÷60 HRC, после отпуска при 550°C - 48÷52 HRC, а после отпуска при 700°C - 36÷44 HRC.

Технологические испытания новой порошковой проволоки показали, что в процессе наплавки обеспечивается устойчивое горение дуги, хорошее формирование валика наплавного металла, отсутствие трещин и наплывов, шлаковая корка хорошо покрывает наплавленный валик и удаляется без затруднения.

Использование предложенной порошковой проволоки для наплавки уплотнительных поверхностей деталей запорной арматуры трубопроводного транспорта позволяет повысить их износостойкость и срок службы в 1,5-2 раза.

Порошковая проволока для наплавки деталей, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой, состоящая из стальной оболочки и шихты, включающей феррохром, нитрид бора, алюминий и ферротитан, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит карбид бора и железный порошок при следующем соотношении компонентов проволоки, мас.%:

феррохром 20,0-26,0
нитрид бора 1,0-3,0
алюминий 1,0-1,4
ферротитан 1,1-1,8
карбид бора 2,0-5,0
железный порошок 17,0-5,0
стальная оболочка остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при наплавке порошковой проволокой под флюсом при восстановлении изношенных деталей и получении износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования.

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.

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

Изобретение относится к области металлургии, а именно к металлу сварного шва, применяемому в сварных конструкциях. Металл сварного шва, содержащий в мас.

Изобретение может быть использовано для дуговой наплавки металлургического и другого инструмента, работающего в условиях интенсивного абразивного изнашивания при температурах до 600°С.

Группа изобретений относится к трубчатой сварочной проволоке, способу ее изготовления и сварке деталей с ее использованием. Трубчатая сварочная проволока содержит оболочку и гранулированную сердцевину, расположенную внутри оболочки, содержащую больше чем приблизительно 2,4% по весу активатора стекловидного шлака, в виде одного или более компонентов, выбранных из группы, содержащей диоксид кремния, диоксид титана, борат или оксид натрия, а также газообразующие, легирующие, раскисляющие и денитрифицирующие компоненты.

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть применено при механизированной и автоматической подводной сварке и наплавке металлических деталей.

Изобретение может быть использовано для сварки нержавеющих сталей, в частности сталей серии 400, сварочной проволокой с флюсовой сердцевиной. Нержавеющая хромистая сталь трубчатой оболочки содержит, вес.%: 10-18 Cr, менее 5 Ni.

Изобретение может быть использовано для восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной и дросселирующей арматуры, торцевых уплотнений контактных пар. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты и содержит компоненты в следующем соотношении, мас.: феррохром 20,0-26,0, нитрид бора 1,0-3,0, алюминий 1,0-1,4, ферротитан 1,1-1,8, карбид бора 2,0-5,0, железный порошок 5,0-17,0, стальная оболочка - остальное. Состав шихты варьируется в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл. Порошковая проволока обеспечивает повышение износостойкости наплавленных на детали покрытий, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой. 2 табл.

Наверх