Сталь
Иллюстрации
Реферат
1. СТАЛЬ, преимугиественно для наплавки, содержащая железо, углерод, хром, никель, молибден, титан, алюминий, ванадий, азот, кальций,' церий, отличающаяся тем, что, с целью улучшения сварочно-технологических свойств стали и повышения износостойкости наплавленного металла при работе в условиях кавитационно-абразивно-коррозионного износа, сталь дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, вес.%:УглеродХромНикельМолибденТитанАлюминийВанадийАзотКальцийЦерийНиобийЖелезо0,05-0,098,85-15,003,25-5,650,50-3,280,05-0,380,02-0,090,05-0,550,02-0,120,001-0,100,001-0,200,05-0,35Остальное(Л2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что вместо церия, она содержит иттрий.•сI05 4^сл
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„26 45 А
3(5Ц В 23 К 35/30; С 22 С 38/50
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .
И ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 2865327/25-27 (22) 07.01.80 (46) 30.11.83. Бнл. hh 44 (72) П. И. Иванов, Л. Н. Бармин, A. И. Кузнецов, Б. К. Гусев, В. В. Кузнецов, К. К. Жданович, П. Д. Блондин, Л. Н. Маслов, К.В. Бойченко, И. М. Мураховский, Й. A. Угарова, Н. A. Пономарев и h1. А. Лойферман (71) Уральский политехнический институт им, С. M. Кирова и Уральский завод гидромашин им. Я. М. Свердловг(53) 621. 791.04 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 349532 кл. В 23 К 35/30, 29.06.71.
2. Авторское свидетельство СССР
hh 655744, кл. С 22 С 38/50, 04.11.76 (прототип). (54)(57) 1. СТАЛЬ, преимущественно для наплавки, содержащая железо, углерод, хром, никель, молибден, титан, алиминий, ванадий, азот, кальций, церий, о т л и ч а н ш а я с я тем, что, с цельв улучшения сварочно-технологических свойств стали и повышения износостойкости наплавленного металла при работе в условиях кавитационно-абразивно-коррозионного износа, сталь дополнительно содержит ниобий при следужцем соотношении компонентов, вес.Ъ:
Углерод . 0,05-0,09
Хром 8,85-15,00
Никель 3,25-5,65
Молибден 0,50-3,28
Титан 0,05-0,38
Алиминий 0,02-0,09
Ванадий 0,05-0,55
Азот 0,02-0,12
Кальций 0,001-0,10
Церий 0,001-0,20
Ниобий 0,05-0,35
Железо Остальное
2. Сталь по п. 1, о т л и ч аи щ а я с я тем, что вместо церия, она содержит иттрий.
826645
Предлагаемое изобретение относится к области изыскания сварочнонаплавачных материалов, предназначенных для получения наплавкой защитного слоя, стойкого в условиях кавитационно-абраэивно-коррозионного 5 износа, причем требуемые свойства достигаются уже в состоянии после наплавки без дополнительной термообрабОтки.
Потребность в разработке такого 10 материала визвана необходимостью восстановления, например, изношенных рабочих поверхностей колес гидротурбин, рабочим колес крупных насосов и других крупногабаритных t5 деталей непосредственно на месте их эксплуатации, где проведение термообработки после наплавки затруднено. Возникающие в связи с этим преимущества могут быть испальзова- 7п ны и при изготовлении новых деталей.
В настоящее время для восстановительного ремонта наплавкой широко используются материалы, дающие наплавленный металл с аустенитной 25 структурой типа 25-20, 20-10, 18-8 и ферритно-мартенситной структурой типа 1Х13. Наплавленный металл аустенитного типа не обеспечивает кавитационно-абразивной стойкости (твердость его 15-18HRC), а йерритно-мартенситный — корроэионной стойкости и к тому же требует после наплавки обязательной термообработки для снятия напряжений. 35
Известен мартенситно-стареющий сплав для наплавки, в котором упрочнение достигается за счет образования дисперсных интерметаллидных фаз при старении.
Этот сплав имеет следующий состав, вес.Ъ:
Углерод 0,01-0,10
Азот 0;01-0,15
Хром 10 0 13 5 45
Никель 4-10
Молибден 0 5-2,5
Титан 0,05-1,5
Железо Остальное Ц .
Сварочние материалы из этого сплава рекомендованы для восстановительного ремонта деталей без последующей термообработки. Однако попытка получения повышенной твердости (более 38-41 HRC) предполагает весьма высокое содержание в сплаве титана и алюминия (в сумме до
0,9Ъ), что приводит к заметному снижению технологической прочности, проявляющемуся в образовании горячих трещин (по нашим данным в металле, наплавленном проволокой с
0,12% А1).
Другие материалы, преимущественно стали, близкие по содержанию элемен- б5 тов к нержавеющим и представляющие интерес при решении поставленной задачи, предназначены, в основном, .для деталей, подверженных преимущественно одному виду износа, например кавитационному, коррозионному . или абразивному. Они не могут быть применены для наплавки деталей, работающих в условиях кавитационноабразивно-коррозионного износа, а тем более без предварительной термообработки.
Известна, например, сталь, которая может быть применена для изго» товления деталей, работающих в условиях воздействия высоких давлений, температур,.и агрессивных сил.
Эта сталь имеет следующий состав, вес.Ъ:
Углерод 0 15-0,25
Кремний 0 35-0,70
Марганец 0,40-0,60
Хром 4,00-6,5
Молибден 0,4-0,65
Никель 0 10-0 50
Медь 0,10-0,30
Алюминий 0,01»0,1
Ванадий 0,001-0,2
Титан 0,01-0,1
Кальций 0,005-0,08
Магний 0,005-0,05
РМЗ 0,01-0,1
Азот 0,005-0,06
Железо Остальное (,. ) . Однако эта сталь, несмотря на широкий спектр легирования, не может быть применена для наплавки деталей, работающих в условиях кавитационно-абразивно-коррозионного износа без теромообработки после наплавки.
Целью предлагаемого изобретения является разработка стали для наплавки, обеспечивающей достаточно высокую пластичность и прочность (твердость) в исходном состоянии (т.е. после охлаждения от температуры кристаллизации) и способной вследствие термодинамической неустойчивости к дополнительному упрочнению беэ термообработки под действием тепла сварочной дуги при наложении последующих слоев при весьма высокой технологической прочности и високой стойкости в условиях кавитационно-абразивно-коррозионного износа.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что термодинами" ческая неустойчивость предлагаемой стали, а следовательно, способность ее к упрочнению в интервале температур дисперсионного твердения от воздействия тепла сварочной дуги при наложении последующего валика достигается снижением содержания
826645
15
25
Составы сплава
Условный
Содержание элементов, вес.Ъ сплава С Cr Ni Mo Ч Nb, Ti Al N Mn hi
1 (ЛН-40) 0,05 15,00 3,25 3,28 0,05 0,35 0,05 0,09 0,02 0,52 0,55
2 (JIH-40) 0,08 13,44 4,55 1,14 0,35 0,07 0,25 0,07 0,07 0,32 0,25
3 (ЛН 40) Ог09 8 ° 85 5к65 Ою5 Ою55 Ою05 Ог38 Ою02 0 12 Ок73 Ок36
4 (ЛН-40A) 0,09 13,79 4,95 1,35 0,28 0,20 0,14 0,09 0,05 0,52 0,55
Продолжение табл. 1
Условный номер сплава элементов вес, Ъ
Твердость металла в г исходном
$ Cu Fe поле наплавки, HRC
Са Y Ce P
0,001 0,16 - 0,012 0,015
0,008 0,06 — 0,024 0,02
0,1 0,01 - 0,02 0,022
0,005 — 0,03 Π0010 0)017
0,11 76,492
0,17 79,128
0,21 82,338
77,937
2
45-46
42
44 уг,перода, повышением содержания хрома, никеля.
Это обеспечивает, с одной стороны, комбинированное сложное карбонитридно-интерметаллидное упрочнение, дающее достаточно высокую исходную прочность (твердость), а с другой стороны, значительное снижение склонности к образованию горячих трещин.
Для достижения указанной цели в сталь дополнительно введен ниобий в количестве 0,05-0,35Ъ, а остальные компоненты взяты в следующем соотношении:
Никель 3,25-5,65
Хром 8,85-15 0
Углерод О, 05-0, 09
Азот,0,02-0,12
?Лолибде н 0,50-3,28
Титан 0,05-0,38
Алюминий 0,02-0,09
Ванадий 0,05-0,55
Кальций 0,001-0,10
Церий 0,001-0,20
Железо Остальное
Комплексное легирование такой стали позволяет получать наплавленный металл с пластичной мартенситной структурой, твердость которого в исходном состоянии 42,0-46 HRC.
Металлу после наплавки не требуется термическая обработка, при этом обеспечиваются высокие свойства по кавитационно-абразивно-коррозионной стойкости. 35
Легирование металла иттрием (или церием) и молибденом способствует очищению и укреплению границ зерен, уменьшению структурной неоднородности, упрочнению без снижения пластичности, а также повышению технологи» ческой прочности и коррозионной стойкости.
Введение в состав сплава хрома и сильных карбидо- и нитридообразующих элементов (титана, ванадия, ниобия и алюминия), а также присутствие молибдена, способствует упрочнению металла в процессе наплавки., Наличие азота в сплаве улучшает технологические свойства, в частности исключается пористость и повышается пластичность наплавленного металла.
Примеры составов сплава для наплавки, характеризующие свойства металла в исходном после наплавки состоянии, приводятся в табл. 1 и 2.
Кавитационная стойкость сплава (см. табл. 2), оцениваемая по потере массы образцов при испытании по ,известной методике на струеударной установке по сравнению с применяемыми в настоящее время сплавами увеличивается в 2-5 раз °
По кавитационно-коррозионной стойкости предлагаемый сплав (табл. 1 и 2) при испытании на магнитнострикционном вибраторе с амплитудой
50 мкм в специальной среде, имитирующей воду реки Аму-Дарьи, имеет результаты в 1,8 раза выше по сравнению с известными материалами.
Абразивная стойкость предлагаемого сплава (табл. 1 и 2), оцениваемая по потере массы образцов, при испытании на специально предназначенной для этой цели установке возросла в 1,6 раза.
Таблица 1 для наплавки
826645
Таб лица 2
Основные виды стойкости наплавленного металла
Название сплава
Кавитафионная
Гидроабраэи вная отери Относительассы, ная износомг стойкость
Потери Относитель массы, ная износо мг стойкость
Потери массы, мг
ЛН-40
ЛН-40А т
Редактор Е. Зубиетова
Заказ 10747/4 Тира:к 1106 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета Ct:СР по делам изобретений и оТкрытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4
Твердость аплавлен ного метал ла, HRC
Стойкость
Кавитационио-корро з ионн Йя
Относитель ная износо стойкость
185 5 0 32,0 1,8 86 1,86
190 5,0 35,0 1,68 90,0 1,7
Составитель t .. Саленко
Техред A.Áàáèíåö Корректор M. Шарона