Состав электродного покрытия

Авторы патента:

Колесникова Ксения Александровна (RU)

B23K35/365 - выбор неметаллических составов материалов покрытий только, либо совместно с выбором материалов для пайки или сварки

Владельцы патента RU 2787027:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродуговой сваркой покрытыми электродами конструкций из низкоуглеродистой стали, подверженных циклическим нагрузкам. Электродное покрытие содержит рутил и ферромарганец, а также нанопорошковый композиционный материал Fe- TiC_0,5N_0,5 в количестве 0,25-0,55% от массы покрытия. Упомянутый композиционный материал содержит 50 мас.% карбонитрида титана эквимолярного состава TiC_0,5N_0,5с размером частиц 45-80 нм, распределенных в плавленой железной матрице. Размер композиционных частиц порошка Fe – TiC_0,5N_0,5 не превышает 800 нм. Технический результат изобретения основан на том, что наночастицы карбонитрида титана, являясь иннокуляторами в жидкой стали (нанохолодильниками), способствуют объемной кристаллизации жидкого металла шва, измельчению зерна металла, повышению однородности формируемой структуры сварного соединения. Предложенный состав покрытия электрода обеспечивает улучшение физико-механических свойств сварного соединения, в частности, увеличение усталостной долговечности материала шва. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к электродуговой сварке покрытыми электродами и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из низкоуглеродистой стали, подверженных циклическим нагрузкам.

Известно значительное количество составов электродного покрытия для электродов типа Э46 по ГОСТ 9467-75, содержащих рутил и ферромарганец (патенты РФ: №2102208, №2257987, №1738567). Однако нет сведений из источников информации об уровне усталостной долговечности материала сварного шва.

Также известны электроды типа Э46 марка МР-3 текущего производства Томского электродного завода «Герон», содержащие в составе обмазки рутил и ферромарганец, выбранные в качестве прототипа. Недостатком известного состава электродного покрытия, приведенного в таблице 1, является то, что он не обеспечивает достаточно высокий уровень усталостной долговечности материала сварного шва (http://geron2004.ru/2020/svarochnye-elektrody-tipa-e-46-po-gost9467-75/).

Технической задачей изобретения является разработка электрода для сварки низкоуглеродистых сталей, который обеспечивает увеличение усталостной долговечности сварного шва сварных конструкций.

Новый технический результат, достигаемый от использования предлагаемого электрода для сварки низкоуглеродистых сталей, содержащего стержень и покрытие, заключается в том, что покрытие дополнительно содержит нанопорошковый композиционный материал Fe- TiC_0,5N_0,5 в количестве 0,25-0,55 % от массы покрытия.

При этом композиционный материал (Fe - TiC_0,5N_0,5) содержит 50 мас.% (81 об.%) карбонитрида титана эквимолярного состава TiC_0,5N_0,5 с размером частиц 45-80 нм, распределенных в плавленой железной матрице. Размер композиционных частиц порошка Fe - TiC_0,5N_0,5 не превышает 800 нм.

Технический результат изобретения основан на том, что наночастицы карбонитрида титана, являясь иннокуляторами в жидкой стали (нанохолодильниками), способствуют объемной кристаллизации жидкого металла шва, измельчению зерна металла, повышению однородности формируемой структуры сварного соединения. Полученный результат приводит к улучшению физико-механических свойств сварного соединения, в частности, увеличению усталостной долговечности материала шва.

Содержание в составе покрытия 0,25-0,55 мас.% нанопорошкового композиционного материала состава Fe-TiC_0,5N_0,5 обеспечивает уровень усталостной долговечности металла шва электродов в 2,7 раза выше прототипа.

Изменение концентрации нанопорошкового композиционного материала состава Fe-TiC_0,5N_0,5 в сторону увеличения (>0,55 мас.%) приводит к коалесценции наночастиц TiC_0,5N_0,5 с образованием в металлическом расплаве укрупненных колоний (до 1-3 мкм) частиц TiC_0,5N_0,5 неправильной формы. Сформированные соединения, являясь концентраторами напряжений, уменьшают стойкость металла к формированию термоусталостных трещин, снижая сопротивление деформации.

Снижение концентрации нанопорошкового композиционного материала состава Fe-TiC_0,5N_0,5 (<0,25 мас.%) не оказывает влияния на повышение уровня усталостной долговечности материала.

Схема получения нанопорошкового композиционного материала Fe-TiC_0,5N_0,5 состоит в следующем:

1. Порошок гидрида титана TiH_2-x смешивают в определенном концентрационном соотношении с сажей, после чего гранулируют.

2. Отдельно готовится гранулированный порошок железа.

3. Из порошков составов 1 и 2 готовят механическую смесь порошков при соотношении компонентов 50/50 (мас.%), которую помещают в проточный реактор и сжигают в потоке азота. В результате синтеза конечным продуктом являются спеки композиционного материала состава Fe-TiC_0,5N_0,5, хорошо поддающиеся дроблению и измельчению до получения композиционного порошка заданного гранулометрического.

Для исследований были изготовлены опытные партии покрытых электродов с присадками из нанодисперсного композиционного порошка Fe-TiC_0,5N_0,5. Для оценки эффективности модифицирующего действия нанодисперсных тугоплавких соединений системы Fe-TiC_0,5N_0,5 на сопротивление усталости материала сварного шва были проведены сравнительные испытания на циклический изгиб образцов с покрытиями, наплавленными на сталь 09Г2С электродами текущего производства Томского электродного завода «Герон», выбранными в качестве прототипа (таблица 1), и покрытыми электродами с заявленным в изобретении составом (таблица 2).

Испытание на усталостную долговечность проводили на установке Instron-55-82 при постоянной нагрузке 490 МПа с частотой изгиба 20 Гц на образцах, вырезанных из наплавленных слоев и изготовленных по ГОСТ 23.207-78 (см. фиг.) Результаты приведены в таблицах 1, 2.

Таблица 1

№ п/п	Состав известного электрода Мр-3 мас.% (прототип ЭП 46)	Нагрузка/ частота (МПа/Гц)	Количество циклов	Среднее
1	рутил - 47%; декстрин - 3%; полевой шпат - 25%; магнезит - 10% ферромарганец - 15%. Основа стержня - проволока Св-08	490/20	195870	193167
2		490/20	202964
3		490/20	190982
4	490/20	182853

Таблица 2

№ п/п	Состав предлагаемого электрода	Нагрузка/частота (МПа/Гц)	Количество циклов	Среднее
1	Мр-3 + 0,25 (Fe - TiC_0,5N_0,5)	490/20	410375	525763
2	Мр-3 + 0, 30 (Fe - TiC_0,5N_0,5)	490/20	1012206
3	Мр-3 + 0,50 (Fe - TiC_0,5N_0,5)	490/20	358694
4	Мр-3 + 0,55 (Fe - TiC_0,5N_0,5)	490/20	321778

Таким образом, уровень усталостной долговечности металла шва сварных соединений, полученных покрытым электродами с заявленным в изобретении составом, в 2,7 раза превышает уровень усталостной долговечности металла шва, полученного покрытыми электродами текущего производства, содержащими рутил и ферромарганец и выбранными в качестве прототипа.

Электрод для сварки низкоуглеродистых сталей, содержащий стержень и покрытие, отличающийся тем, что покрытие электрода включает нанопорошковый композиционный материал состава Fe-TiC_0,5N_0,5 в количестве 0,25-0,55 мас.%, при этом композиционный материал состоит из 50 мас.% карбонитрида титана эквимолярного состава TiC_0,5N_0,5 с размером частиц 45-80 нм, распределенных в плавленой железной матрице, а размер частиц композиционного материала состава Fe-TiC_0,5N_0,5 составляет не более 800 нм.

Изобретение может быть использовано для наплавки покрытий на металлические детали, в частности для изготовления изделий методом послойной аддитивной роботизированной наплавки. На поверхности алюминиевого стержня выполняют композиционное покрытие, состоящее из металлической матрицы и распределенной в ней дисперсной фазы из смеси наноразмерных частиц карбидов и соединений редкоземельных металлов с размером частиц менее 1000 нм в следующем соотношении, мас.%: металлическая матрица 55-96, наноразмерные частицы карбидов 3,9-40, наноразмерные частицы соединений редкоземельных металлов 0,1-5.

Покрытый электрод для дуговой сварки и способ дуговой сварки покрытым электродом // 2764624

Изобретение относится к дуговой сварке покрытым электродам. Сумма содержания в покрытии карбоната металла с диаметром зерен 75 мкм или более в пересчете на СО2 (CCO2, 75 мкм) и содержания фторида металла с диаметром зерен 75 мкм или более в пересчете на F (CF, 75 мкм) относительно общей массы покрытия (Cпокр, общее) составляет 6,0 мас.% или более.

Покрытый электрод для дуговой сварки // 2739306

Изобретение может быть использовано для ручной дуговой сварки и дуговой сварки наклонным электродом конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, в том числе для выполнения сварных соединений в стальных конструкциях железнодорожного подвижного состава. Электрод состоит из стального низкоуглеродистого стержня с нанесенным на него покрытием, содержащим компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 4,0-8,0, ферромарганец 8,0-11,0, концентрат рутиловый 15,0-21,0, каолин 2,5-6,0, целлюлоза 1,5-2,5, полевой шпат 3,0-5,0, порошок железный - остальное.

Электродное покрытие // 2727383

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых высокопрочных низколегированных сталей. Электродное покрытие содержит мрамор, плавиковый шпат, каолин, полевой шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, пластификатор, железный порошок и кварцевый песок в заданном соотношении.

Электрод для дуговой сварки // 2717429

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для ручной дуговой сварки сталей. Электрод для дуговой сварки состоит из металлического стержня и двухслойного покрытия, нанесенного на поверхность этого стержня.

Электрод с покрытием // 2701917

Изобретение относится к покрытому стержневому электроду для дуговой сварки. Часть электродной проволоки электрода, содержащей Fe, покрыта покрывным агентом.

Электрод для ручной дуговой сварки высоколегированных и разнородных сталей // 2595083

Изобретение может быть использовано при сварке высоколегированных с содержанием хрома до 25 мас. % и никеля до 30 мас.30% и разнородных сталей.

Новая концепция высокотемпературной пайки // 2585888

Изобретение относится к области металлургии, а именно к смесям для высокотемпературной пайки. Смесь для соединения металлических изделий высокотемпературной пайкой содержит источник бора и источник кремния в виде порошков при соотношении бора к кремнию в смеси от 3:100 до 100:3 и по меньшей мере одно связующее, выбранное из группы, состоящей из растворителей, воды, масел, гелей, лаков, олифы, связующих на основе мономеров и/или полимеров, причем основной металл изделий имеет температуру солидуса выше 1040°С.

Новая концепция высокотемпературной пайки // 2585886

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокотемпературной пайке. Механическая смесь частиц порошков для высокотемпературной пайки изделия содержит по меньшей мере один источник бора и по меньшей мере один источник кремния.

Новая концепция покрытия // 2585146

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям с нанесенным покрытием с использованием диффузионной пайки. Композиционная смесь для нанесения покрытия на изделие содержит частицы, выбранные из частиц, обладающих свойством износостойкости, частиц цеолита, частиц, обладающих каталитическими свойствам, или их комбинаций и механическую смесь, содержащую по меньшей мере один порошок частиц источника бора и по меньшей мере один порошок частиц источника кремния, каждая частица в порошках представляет собой источник кремния или источник бора со средним размером частиц менее 250 мкм.