Порошковая проволока

Изобретение может быть использовано при восстановлении и упрочнении деталей, работающих в условиях трения и ударных нагрузок, в частности шнеков, скребков, лопастей, плунжеров Проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: хром 1,0-11,0, карбид бора 1,5-3,5, феррохром 15,0-35,0, диборид титана 1,5-3,5, диборид циркония 1,5-3,5, алюминий 0,8-1,2, кремнефтористый натрий 0,8-1,0, стальная оболочка - остальное. Состав шихты варьируется в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл. Порошковая проволока обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами и обеспечивает высокую износостойкость наплавленного металла. 2 табл.

 

Изобретение относится к области электродуговой наплавки порошковой проволокой деталей, работающих в условиях трения и ударных нагрузок, и может быть использовано в энергетической, химической, нефтяной отраслях промышленности, например, для восстановления и упрочнения шнеков, скребков, лопастей, штоков, плунжеров и т.п.

Известна порошковая проволока (авторское свидетельство СССР №277978, B23k 35/36, опубл. Б.И. №25, 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 высокой относительной износостойкостью, но низкой коррозионной стойкостью.

Известна порошковая шихта для наплавки (авторское свидетельство СССР №360186, B23k 35/36, опубл. Б.И. №36, 1972 г.), которая может использоваться при наплавке деталей нефтепромыслового оборудования и содержащая компоненты в следующем соотношении, %:

диборид титана - 0,5-20
никель - 0-10
карбид бора - остальное.

Металл, полученный при электродуговой наплавке низкоуглеродистой проволокой по шихте известного состава под слоем сварочного флюса, имеет высокую твердость после наплавки (HV 800-850), что делает невозможным обрабатывать режущим инструментом наплавленный металл в состоянии после наплавки. Кроме того, к недостаткам известного материала следует отнести необходимость предварительного подогрева перед наплавкой до высокой температуры и низкую износостойкость в условиях силового воздействия,

которая обусловлена высоким удельным объемом карбоборидных фаз, приводящих к его охрупчиванию.

Известна порошковая проволока (авторское свидетельство СССР № 513821, В23k 35/36 опубл. Б.И. № 18, 1976 г.) состав шихты которой взят в следующих соотношениях, %:

графит - 2,1 - 3,2

карбид бора - 0,5 - 1,5

феррохром - 5 - 14

феррованадий - 6,5 - 12

ферротитан - 0,5 - 3

железный порошок - 12 - 20

сталь оболочки - остальное.

Такая порошковая проволока обеспечивает получение наплавленного металла с достаточно высокой твердостью до 51-56 HRC. Однако получить такой проволокой наплавленный металл без трещин и сколов из-за высокого содержания углерода достаточно сложно. Кроме того, порошковая проволока имеет низкие сварочные технологические характеристики вследствие образования пор и плохого формирования валиков.

Известна порошковая проволока для наплавки слоя нержавеющей стали повышенной твердости (авторское свидетельство СССР № 300282, В 23 k 35/36, опубл. Б.И. № 13, 1971 г.), состоящая из стальной оболочки и шихты следующего состава, %:

хром - 0,5 - 18

феррохром - 2 - 20

никель - 2 - 4

ферромарганец - 1 - 4

кремнефтористый натрий - 2 - 2,5

низкоуглеродистая

стальная оболочка - остальное.

При наплавке известной проволокой обеспечивается отличное формирование наплавленного металла, в котором отсутствуют поры, шлаковые включения и другие дефекты, но металл не обладает высокой износостойкостью.

Известна порошковая проволока (Пат. 2514754, МПК В23k 35/368, опубл. 10.05.14, бюл. № 13) обеспечивающая получение наплавленного металла с существенным эффектом вторичного твердения после старения, предназначенная для повышения износостойкости деталей, работающих в условиях термомеханического циклического нагружения, состоящая из металлической оболочки и шихты при следующем соотношении компонентов, масс.%:

хром - 15 - 18

молибден - 3 - 5,5

никель - 2 - 6

марганец - 2 - 4

ферросилиций - 0,8 - 2,5

феррованадий - 1,5 - 3,5

титан - 0,5 - 1,0

алюминий - 0,5 - 1,0

карбид бора - 0,3 - 0,8

диборид титана - 1,0 - 2,0

диборид циркония - 0,5 - 1,5

кремнефтористый натрий - 0,5 - 1,0

железный порошок - 0,5 - 7,5

стальная оболочка - остальное.

Металл, наплавленный порошковой проволокой с шихтой предложенного состава, обладает после старения твердостью 47-55 HRC (526-642 HV). Однако для придания такому металлу высоких эксплуатационных свойств необходима выдержка при температурах 450÷550°С в течение 2-4 часов, что приводит к дополнительных затратам при восстановительных и упрочняющих работах.

Наиболее близким по технической сущности и химическому составу определяющего тип наплавленного металла является изобретение (авторское свидетельство СССР №534331, B23k 35/36, опубл. Б.И. №41, 1976 г.), защищающее порошковую проволоку для износостойкой наплавки деталей, подвергающихся абразивному изнашиванию, состоящую 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.

Технической задачей данного изобретения является повышение износостойкости наплавленного металла, работающего в условиях трения и ударных нагрузок.

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

хром - 1,0-11
карбид бора - 1,5-3,5
феррохром - 15-35
диборид титана - 1,5-3,5
диборид циркония - 1,5-3,5

алюминий - 0,8 - 1,2

кремнефтористый натрий - 0,8 ÷ 1,0

стальная оболочка - остальное.

Наличие в составе порошковой проволоки феррохрома 15-35% и хрома 1,0-11% обеспечивает получение в наплавленном металле мартенситной структуры. Феррохром необходим для получения расчетного коэффициента заполнения порошковой проволоки, что обеспечивает получение наплавленного металла с концентрацией хрома 16-18%, обладающего достаточно высокой коррозионной и кавитационной стойкостью, характерной для сталей (20-40)Х13. Так же порошок феррохрома обусловливает однородность состава шихты проволоки по хрому, что улучшает равномерное распределение в наплавленном металле его комплексных соединений, тем самым повышая стабильность свойств покрытий.

Используя результаты исследований, изложенных в работах (Шеенко И.Н., Орешкин В.Д., Репкин Ю.Д. Современные наплавочные материалы на основе тугоплавких соединений. - Киев: Наукова Думка, 1970. - 163-166 с.; Войнов Б.А. Влияние тугоплавких карбидов на износостойкость сталей // Износостойкие наплавочные материалы на основе тугоплавких соединений. - Киев: Наукова Думка, 1977. - 114-118 с.), а также в патенте (Пат. 2514754, МПК В23k 35/368, опубл. 10.05.14, бюл. № 13) для повышения износостойкости наплавленного металла в состав шихты введена добавка боридов: 1,5-3,5% диборида титана, 1,5-3,5% диборида циркония, 1,5-3,5% карбида бора. Введение в шихту проволоки таких боридных соединений в комплексе обусловливает образование в структуре наплавленного металла боридной эвтектики, которая, располагаясь в виде каркаса между кристаллами мартенсита, воспринимает часть нагрузки от удельных давлений и контактного взаимодействия и рассредоточивает ее на большую площадь поверхности, что увеличивает стойкость наплавленного металла, работающего в условиях истирания к ударным нагрузкам. При этом также образуются мелкодисперсные труднорастворимые высокопрочные карбиды, бориды и карбобориды, способствующие увеличению износостойкости наплавленного металла. При концентрации каждого из введенных в шихту соединений бора менее 1,5% не обеспечивается нужный уровень износостойкости, а повышение их концентрации соответственно свыше 3,5% приводит к появлению пор, охрупчиванию наплавленного металла и падению его износостойкости.

Введение в состав шихты алюминия в количестве 0,8-1,2% обеспечивает раскисление сварочной ванны и предотвращает выгорание основных легирующих элементов в процессе наплавки за счет активного взаимодействия с кислородом, что обеспечивает высокие сварочно-технологические свойства порошковой проволоки, хорошую растекаемость, отсутствие пористости и чешуйчатости наплавленного металла.

Введение в состав порошковой проволоки кремнефтористого натрия Na2SiF6 в количестве 0,8-1,0% позволяет значительно снизить концентрацию водорода в наплавленном металле, что обусловливает низкую вероятность образования пор и повышает стойкость к образованию трещин.

Вследствие значительного уменьшения в шихте количества карбида бора по сравнению с прототипом снижается хрупкость наплавленного металла. Благодаря тому, что в шихту проволоки дополнительно вводится диборид титана, диборид циркония и алюминий удаётся получить новый наплавленный металл композиционного типа, который приобретает повышенную износостойкость.

Предложенная порошковая проволока обеспечивает комплексное упрочнение наплавленного металла за счет образования в мартенситной матрице карбидных, боридных, карбоборидных 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, выходящими за пределы, 6 - состав прототипа, приведенные табл. 1.

Таблица 1

Состав Количественный состав порошковой проволоки, %
Cr FeCr B4C TiB2 ZrB2 Al Na2SiF6 Fe
порошок
Предлагаемый 1 0 30,0 0,5 0,5 0,5 0,5 0,2 11,4
2 0,5 34,5 1,5 1,5 1,5 0,8 0,8 0
3 6,0 24,5 2,5 2,5 2,5 1,0 1,0 0
4 10,5 15,0 3,5 3,5 3,5 1,2 1,0 0
5 16,0 4,5 4,5 4,5 4,5 1,4 1,4 0
Прототип 6 20,0 - 10,0 - - - - 12,0

В качестве оболочки использовали стальную ленту марки 08 кп размером 15×0,5 мм по ГОСТ 503-81. В качестве шихты использовали смесь порошков хрома марки Х99 по ГОСТу 5905-79, феррохрома марки FeCr50C01LP по ГОСТу 4757-91 (ИСО 5448-81), карбид бора по ГОСТу 5744-85, диборида титана по ТУ 113-07-11.004-89, диборида циркония по ТУ 6-09-03-46-75, алюминия марки ПА-4 по ГОСТу 5494-95, кремнефтористого натрия по ТУ 113-08-587-86; 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.

Порошковыми проволоками Ø 2,8 мм на полуавтомате ПДГО-510 с источником питания дуги ВДУ-506С в среде аргона выполнялась многослойная наплавка (3 слоя) на ребро пластин из стали 45 толщиной 20 мм. Порошковая проволока обеспечивает хорошие сварочно-технологические свойства при наплавке на постоянном токе обратной полярности. Из наплавленного металла изготавливались образцы для проведения исследований по известным методам.

Дюрометрические исследования проводили с использованием твердомера ТК-2 по методу Роквелла на образцах из наплавленного 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, максимальная температура контактируемых поверхностей при этом достигает 550…600 °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 AX224. Полученные результаты выражались в виде коэффициента относительной износостойкости ε, численно равного отношению весовых потерь эталона (сталь 95Х18) и испытуемого металла за одинаковое время.

Испытания на склонность наплавленного металла к хрупкому разрушению проводили на молоте МА4129 при энергии удара 0,1 кДж. За износостойкость принимали количество ударов до появления первой трещины.

Результаты испытаний приведены в таблице № 2.

Таблица 2

Результаты испытаний

Свойства
наплавленного
металла
Варианты проволоки
1 2 3 4 5 6-прототип
Механические характеристики
Твердость, HRC 45 50 53 55 58 64
Коэффициент ε 3,4 4,1 4,9 4,7 4,3 3,2
Количество ударов 64 58 49 35 29 11
Технологические характеристики
Поры на поверхности Нет Нет Нет Нет Нет 1 на
10 см2
Трещины Нет Нет Нет Нет 1 на l=200мм 1-2 на
l=200мм
Наплывы Нет Нет Нет Нет Нет 1-2 на l=200мм

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 3,2 до 4,1-4,9. при снижении его хрупкости в 3-5 раза.

Наплавленный металл, полученный новой порошковой проволокой может использоваться в закаленном от температур 1000-11000С и отпущенном состоянии. После закалки твердость, в зависимости от содержания углерода составляет 50÷55 HRC, после отпуска при 5500С - 40÷45 HRC, а после отпуска при 7000С - 32÷40 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 поверхностей деталей оборудования различных производств позволяет существенно повысить их износостойкость.

Порошковая проволока для наплавки деталей, работающих в условиях трения и ударных нагрузок, состоящая из стальной оболочки и шихты, включающей хром и карбид бора, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит феррохром, диборид титана, диборид циркония, алюминий и кремнефтористый натрий при следующем соотношении компонентов, мас. %:

хром 1,0-11
карбид бора 1,5-3,5
феррохром 15-35
диборид титана 1,5-3,5
диборид циркония 1,5-3,5
алюминий 0,8-1,2
кремнефтористый натрий 0,8–1,0
стальная оболочка остальное



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано для механизированной сварки и наплавки низкоуглеродистых и среднеуглеродистых низколегированных сталей в защитных средах при изготовлении металлоконструкций.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сварных конструкций механизированной дуговой сваркой. Порошковая проволока содержит металлическую оболочку и порошковый сердечник в виде чередующихся по длине слоев различного химического состава.

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

Изобретение может быть использовано для восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной и дросселирующей арматуры, торцевых уплотнений контактных пар.

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 при восстановлении и упрочнении деталей, работающих в условиях трения и ударных нагрузок, в частности шнеков, скребков, лопастей, плунжеров Проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.: хром 1,0-11,0, карбид бора 1,5-3,5, феррохром 15,0-35,0, диборид титана 1,5-3,5, диборид циркония 1,5-3,5, алюминий 0,8-1,2, кремнефтористый натрий 0,8-1,0, стальная оболочка - остальное. Состав шихты варьируется в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл. Порошковая проволока обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами и обеспечивает высокую износостойкость наплавленного металла. 2 табл.

Наверх