Порошковая проволока для износостойкой наплавки

Порошковая проволока для износостойкой наплавки

Реферат

 

Использование: восстановление деталей, работающих в условиях абразивного износа. Сущность изобретения: порошковая проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты. Шихта содержит, мас. %: феррохромбор 33,3-47,2, феррохром высокоуглеродистый 22,2-36,1, ферротитан 2,8-8,3, медный порошок 11,1-22,2, газошлакообразующие компоненты 2,2-11,1. В качестве газошлакообразующих используют, мас.%: рутил 2,8-8,3, кремнефтористый натрий 1,4-2,8. Коэффициент заполнения порошковой проволоки составляет 34,0-37,5%. Высокое содержание меди способствует предохранению наплавленного металла от хрупкого разрушения и снижению внутренних термических остаточных напряжений. Может быть заполнена и в виде порошковой ленты. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к материалам (порошковые проволоки и ленты), которые применяются для различных способов наплавки для восстановления размеров изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях, работающих в условиях абразивного, гидроабразивного износа в широком интервале температур (от -30 до +600^oС). Например, рабочие органы землесосов, драг, экскаваторов, дробилок, смесителей, рыхлителей грунта и т.д. Цель изобретения снижение внутренних остаточных напряжений термического происхождения и одновременно снижения хрупкости металла наплавленного порошковой проволокой или лентой, при разрушении как под действием этих напряжений, так и внешних нагрузок за счет введения меди в состав наплавочного материала. В результате обеспечивается повышение эксплуатационной надежности деталей и их износостойкости при воздействии ударных нагрузок, возникает возможность без трещин и отколов наплавлять данным материалом различные по толщине и более долговечные слои износостойких сплавов. Порошковая проволока, состоящая из стальной оболочки и шихты, содержащей феррохромбор, феррохром высокоуглеродистый, ферротитан, отличающиеся тем, что с целью снижения внутренних остаточных напряжений термического происхождения и склонности к хрупкому разрушению наплавленного металла как под действием этих напряжений, так и внешних нагрузок, шихта дополнительно содержит медь, а также содержит газошлакообразующие технологические добавки: рутил и кремнефтористый натрий и имеет следующее соотношении компонентов, мас. Феррохромбор 12-17,0 Феррохром высокоуглеродистый 8,0-13,0 Ферротитан 1,0-3,0 Медь (порошок) 4,0-8,0 Газошлакообразующие: рутил 1,0-3,0 Кремнефтористый натрий 0,5-1,0 Лента из низкоуглеродистой стали остальное Коэффициент заполнения, 34,0-37,5. Химический состав металла, получаемого наплавкой материала открытой дугой имеет следующее соотношение элементов, мас. Углерод 0,3-0,8 Бор 1,6-2,8 Медь 3,4-7,8 Хром 10,0-15,0 Марганец 0,1-1,0 Кремний 0,1-1,0 Титан 0,1-1,0 Железо и обычные примеси остальное Твердость 60-66 HRC (61-67 HRC_э. Сущность изобретения состоит в введении в шихту большого количества меди от 11,1 до 22,2% (4-8% в проволоке). При этом в отличие от известных материалов медь вводится не как антифрикционная, антикоррозионная, жаропрочная, жаростойкая или упрочняющая добавка, а как образующая в направленном металле самостоятельную мягкую фазу, позволяющую предохранить сплав от хрупкого разрушения и значительно снизить внутренние термические остаточные напряжения после затвердевания наплавленного металла. Мягкие выделения меди на границах карбоборид аустенит, мартенсит обеспечивают релаксацию напряжений, а также останавливают рост трещин при их возникновении, что эквивалентно увеличению пластичности материала. Несмотря на высокое содержание, медь не выделяется в виде сплошных прослоек по границам зерен (дендритов), что обусловлено наличием содержащих углерод и бор компонентов (феррохромбора и феррохрома углеродистого), влияющих на формирование структуры металла при затвердевании. Для того, чтобы количество износостойких твердых карбоборидов хрома в наплавленном металле было в пределах 40-60% необходимо, чтобы количество углерода было 0,4-0,9% бора 2,0-2,5% хрома 10,0-15,0% Такое содержание элементов в наплавленном металле достигается путем введения в шихту следующих компонентов: феррохромбора 33,3-47,0% феррохрома высокоуглеродистого 22,2-36,1% В состав шихты введен ферротитан в количестве 2,8-8,3% Титан защищает наплавочный материал от образования пор, вызываемых азотом и кислородом, а также ограничивает окисление основных легирующих элементов при наплавке, окисляясь сам. Все вышеуказанные компоненты могут содержать как примесь марганец и кремний, поэтому содержание их в наплавленном металле может быть следующим: Марганец 0,1-1,0% Кремний 0,1-1,0% Также известно, что введение шлакообразующего компонента рутила в шихту в количестве 2-8% дает возможность защитить наплавленный металл от окисления, стабилизировать горение дуги и улучшить формирование наплавленного валика, а введение кремнефтористого натрия в наплавочный материал 1,4-3,0% защищает от пор, трещин, вызываемых водородом и влагой при наплавке. Рутил и кремнефтористый натрий могут быть замещены другими газошлакообразующими. Материал может быть выполнен в виде порошковой ленты. П р и м е р. Основным параметром, по которому оценивали преимущества нового наплавочного материала, приняли проявление эффекта релаксации внутренних остаточных напряжений термического происхождения, который оценивали по количеству слоев (валиков) наплавленного металла до появления первой трещины после наплавки. При этом контролировали также стойкость наплавленного металла при абразивном изнашивании. Величину остаточных напряжений оценивали с помощью известной технологической пробы на продольный торец пластины шириной 20 мм и закрепленной консольно, наплавляли валик порошковой проволокой заданного состава и замеряли смещение свободного конца пластины после ее остывания. Смещение это пропорционально величине остаточной деформации наплавленного валика (см. например: Винокуров В.А. Григорьянц А.Г. Теория сварочных деформаций и напряжений. М. Машиностроение, 1984). При этом наблюдали наличие трещин после нанесения каждого валика. Для оценки иносостойкости образцы наплавленного металла размером 70 х 20 х 10 мм подвергли абразивному износу по методике Хауорта-Бринелля. Результаты испытаний приведены в таблице. По совокупной оценке параметров оптимальным принят состав N 4. Он имеет номинальный уровень внутренних остаточных напряжений и относительно высокую абразивную износостойкость, а также не дает трещин при наплавке в 4 слоя. Технико-экономическое обоснование. Предлагаемый состав N 2 и прототип имеют близкое содержание основных легирующих элементов. Поэтому медь, как добавка в количестве 4-5% не вносит существенного изменения в стоимость материала При несущественно изменяемых затратах на изготовление в сравнении с прототипом, заявляемый материал позволяет в 1,5-2 раза снизить напряжение за счет чего увеличить толщину наплавляемого износостойкого слоя в 2-5 раз и соответственно, увеличить долговечность деталей. Заявляемый материал, полученный электрошлаковым методом или электрошлаковый наплавкой в сравнении с прототипом может быть без трещин получен толщиной 50 мм и более, в то время, как прототип настолько хрупок, что без трещин удается получить его в редких случаях, даже при малой толщине (в слитках до 10 мм, при наплавке до 3 мм). Учитывая более широкую применяемость заявляемого материала и в связи с его преимуществами, фактически, эффект может определяться в сравнении с менее износостойкими материалами, чем прототип, что даст в расчете еще большие результаты, а на практике увеличение долговечности, сокращение простоев, затрат на изготовление и ремонт оборудования. Предлагаемый материал опробован в лаборатории как методами испытаний, так и при наплавке в производстве. Предполагается, что он в ближайшее время сможет по всему комплексу потребительских свойств (стойкость в различных условиях, технологичность, умеренная стоимость) конкурировать с лучшими серийно выпускаемыми в СССР материалами для износостойкой наплавки (ПП-Нп-80Х20РЗТ, ПП-Нп-200Х15С1ГРТ, ПП-Нп-350Х10Б8Т), а также с зарубежными наплавочными прутками и смесями типа легированных чугунов (фирм Кастолин-Эутиктик, Гумбольд, Тана и др.).

Формула изобретения

1. Порошковая проволока для износостойкой наплавки, выполненная в виде стальной оболочки и порошкообразной шихты, включающей феррохромбор, феррохром высокоуглеродистый, ферротитан, газошлакообразующие компоненты, отличающаяся тем, что, с целью снижения склонности наплавленного металла к хрупкому разрушению, шихта дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас. Феррохромбор 33,3 47,2 Феррохром высокоуглеродистый 22,2 36,1 Ферротитан 2,8 8,3 Медный порошок 11,1 22,2 Газошлакообразующие компоненты 4,2 11,1 при этом коэффициент заполнения порошковой проволоки составляет 34,0 - 37,5% 2. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что в качестве газошлакообразующих компонентов используется рутил и кремнефтористый натрий при следующем их соотношении, мас. Рутил 2,8 8,3 Кремнефтористый натрий 1,4 2,8

РИСУНКИ

Рисунок 1