Порошковая проволока
Владельцы патента RU 2785557:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" (RU)
Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к составу порошковой проволоки для наплавки. Может использоваться для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях горнорудного оборудования, работающих в условиях абразивного износа. Порошковая проволока содержит, мас. %: стальная оболочка 67-68, ферромарганец 1,0-2,0, ферросилиций 0,6-1,0, феррохром 5,0-10,0, ферромолибден 0,01-0,5, никель 0,01-0,3, кобальт 0,01-0,3, титан 0,1-2, углеродфторсодержащая пыль фильтров алюминиевого производства 0,2-0,6, железный порошок - остальное. Обеспечивается повышение износостойкости, прочности и твердости, снижение вероятности образования пор и холодных трещин. 2 табл.
Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при наплавке для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на детали горнорудного оборудования, работающих в условиях абразивного износа.
Известна, порошковая проволока (RU №2518035, МПК В23К 35/368, опубл. 10.06.2014 г.), состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферромолибден, феррованадий, железный порошок, и углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства при следующем соотношении, масс. %:
| Стальная оболочка | 67,0-68,0 |
| Ферромарганец | 0,50-1,20 |
| Ферросилиций | 1,0-1,75 |
| Феррохром | 7,2-9,1 |
| Ферромолибден | 1,5-2,3 |
| Феррованадий | 0,6-0,8 |
| Углеродфторсодержащая пыль фильтров | |
| алюминиевого производства | 0,70-1,20 |
| Железный порошок | остальное |
Существенными недостатками известной порошковой проволоки являются:
- пониженные значения твердости и износостойкости наплавленного слоя металла;
- повышенная отбраковка наплавленного слоя по порам и раковинам в связи с повышенной загрязненностью стали неметаллическими включениями.
В качестве прототипа выбрана порошковая проволока (RU №2641590 МПК В23К 35/36, опубл. 22.06.2016), состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферромолибден, феррованадий, углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства, железо, порошок никеля и кобальта при следующем соотношении компонентов, масс. %:
| стальная оболочка | 67,0-68,0 |
| ферромарганец | 4,00-8,00 |
| ферросилиций | 1,90-3,40 |
| феррохром | 4,6-25,50 |
| ферромолибден | 0,50-2,60 |
| феррованадий | 0,06-0,5 |
| никель | 0,05-1,00 |
| кобальт | 0,20-0,95 |
| углеродфторсодержащая пыль фильтров | |
| алюминиевого производства | 0,70-6,95 |
| железо | остальное |
Существенными недостатками данной порошковой проволоки являются:
- низкая стойкость наплавленного металла к абразивному износу в процессе эксплуатации, в связи с использованием неоптимизированного состава шихтовых материалов, входящих в состав порошковой проволоки.
- низкое качество наплавленного металла в связи с повышенным образованием холодных трещин при проведении процесса наплавки.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении износостойкости, прочности и твердости наплавленного металла и предотвращении образования холодных трещин, а также порообразования при проведении процесса наплавки.
Для решения существующей технической проблемы известная порошковая проволока, состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферромолибден, углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства, никель, кобальт, железный порошок, согласно изобретению, она дополнительно содержит порошок титана при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| стальная оболочка | 67,0-68,0 |
| Ферромарганец | 1,0-2,0 |
| Ферросилиций | 0,6-1,0 |
| Феррохром | 5,0-10,0 |
| Ферромолибден | 0,01-0,5 |
| Никель | 0,01-0,3 |
| Кобальт | 0,01-0,3 |
| Титан | 0,1 -2 |
| Углеродфторсодержащая пыль фильтров | |
| алюминиевого производства | 0,2-0,6 |
| Железный порошок | остальное |
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается:
- в повышении износостойкости, прочности и твердости наплавленного металла при абразивном изнашивании, за счет образования новых центров кристаллизации порошковой проволоки связанной с введением порошка титана;
- в предотвращении образования холодных трещин в процессе наплавки, исключении порообразования в наплавленном металле за счет оптимизированного состава фторсодержащих компонентов и получении хорошей шлаковой защиты, в связи с использованием в составе пыли электрофильтров алюминиевого производства;
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем, исходя из качества, получаемого при наплавке металла, предотвращения образования пор и холодных трещин, а также получения требуемой степени износа.
Введение в состав шихты порошковой проволоки оптимизированного состава углеродфторсодержащей пыли электрофильтров алюминиевого производства позволяет снизить вероятность образования пор и холодных трещин в наплавленном металле за счет уменьшения концентрации водорода в наплавленном металле и хороших укрывных свойств получаемой шлаковой корки.
Введение в состав шихты порошка титана повышает прочность и твердость наплавленного слоя, способствует измельчению зерна за счет образования новых центров кристаллизации, улучшает износостойкость при абразивном изнашивании.
Для изготовления шихты порошковой проволоки использовали углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства со следующим химическим составом, мас. %: Al2O3=19-48; F=17-28; Na2O=2,8-12; К2О=0,36-6,0; CaO=0,6-1,8; SiO2=0,5-2,7; Fe2O3=1,7-3,6; Собщ=22-30; MnO=0,05-1,2; MgO=0,06-0,87; S=0,09-0,34; P=0,09-0,15.
При изготовлении порошковой проволоки, кроме того, использовали: порошок железа марки ПЖВ1 по ГОСТ 9849-86, порошок никеля ПНК-1Л5 по ГОСТ 9722-97, порошок кобальта ПК-1У по ГОСТ 9721-79, порошок углеродистого ферромарганца ФМн 78(A) по ГОСТ 4755-91, порошок титана ПТС-1 по ТУ 14-22-57-92, порошок ферросилиция марки ФС 75 по ГОСТ1415-93, порошок высокоуглеродистого феррохрома марки ФХ900А по ГОСТ 4757-91, порошок ферромолибдена марки ФМобО по ГОСТ 4759-91.
Порошки перемешивались в смесителе и прокаливались для удаления влаги при температуре 250-350°С в течение 4- 6 часов. Далее в состав вводили углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства. Изготовление порошковой проволоки производилось на стане для изготовления порошковых проволок. Диаметр готовой проволоки после операций волочения составлял 4,0 мм, при коэффициенте заполнения 0,33. Порошковой проволокой с предложенной шихтой производилась наплавка на стальные пластины из стали 3сп. Наплавка производилась с использованием флюса марки АН26С с использованием сварочного трактора ASAW-1250.
Наличие трещин в процессе наплавки оценивали визуально, контроль качества проводили ультразвуковым методом, а также с использованием вырезанных из образцов металлографических шлифов. Изучение размера зерна структуры и неметаллических включений, наплавленных образцов, порошковой проволоки были изучены с использованием сканирующего электронного микроскопа Tescan MIRA 3 LMH по ГОСТ 5639 - 82. Твердость наплавленного металла составляла 44-50 HRC, измерялась с помощью микротвердомера HVS-1000. Дефекты (трещины, поры) при наплавке порошковой проволокой с шихтой заявляемого состава, содержащей пыль электрофильтров алюминиевого производства, не выявлены. После наплавки валиков на пластины, производилась вырезка образцов и испытания на машине 2070 СМТ-1 на износ.
Исследовались 5 вариантов составов шихты (таблица 1) порошковой проволоки с заграничными и заявляемыми пределами.
Влияние изменения химического состава на технологические свойства и механические характеристики наплавленного металла приведено в таблице 2.
Использование заявляемого состава шихты порошковой проволоки по сравнению с базовым составом (прототип) позволяет:
1. Повысить износостойкость наплавленного металла на 6-12% за счет введения в состав шихты порошка титана, составляющего 0,1-2% от общего содержания.
2. Устранить процесс порообразования и образования холодных трещин за счет образования новых центров кристаллизации. При наплавке заявленной порошковой проволокой сокращается образование пор на 10-20% за счет уменьшения концентрации водорода в наплавленном металле и хороших укрывных свойств получаемой шлаковой корки.
3. Измельчить структуру наплавленного слоя до балл 6-7 против балл 5.
4. Повысить твердость наплавленного металла до 44-50 HRC против 42-48 HRC.
Порошковая проволока, состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферромолибден, углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства, никель, кобальт и железный порошок, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошок титана при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| стальная оболочка | 67,0-68,0 |
| ферромарганец | 1,0-2,0 |
| ферросилиций | 0,6-1,0 |
| феррохром | 5,0-10,0 |
| ферромолибден | 0,01-0,5 |
| никель | 0,01-0,3 |
| кобальт | 0,01-0,3 |
| титан | 0,1-2 |
углеродфторсодержащая пыль фильтров
| алюминиевого производства | 0,2-0,6 |
| железный порошок | остальное |
