RU2637849C2 - Порошковая проволока для наплавки - Google Patents
Порошковая проволока для наплавки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637849C2 RU2637849C2 RU2015149197A RU2015149197A RU2637849C2 RU 2637849 C2 RU2637849 C2 RU 2637849C2 RU 2015149197 A RU2015149197 A RU 2015149197A RU 2015149197 A RU2015149197 A RU 2015149197A RU 2637849 C2 RU2637849 C2 RU 2637849C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- component
- forming
- aluminum
- layer
- slag
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 14
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims abstract description 13
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 8
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 24
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 22
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 17
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 9
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000306 component Substances 0.000 description 68
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 56
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 12
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 8
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 7
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 3
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000004579 marble Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 102220504526 Dolichyl-diphosphooligosaccharide-protein glycosyltransferase subunit 4_V23K_mutation Human genes 0.000 description 1
- 101001123530 Nicotiana tabacum Putrescine N-methyltransferase 3 Proteins 0.000 description 1
- JETSKDPKURDVNI-UHFFFAOYSA-N [C].[Ca] Chemical compound [C].[Ca] JETSKDPKURDVNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- -1 titanium nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
- B23K35/368—Selection of non-metallic compositions of core materials either alone or conjoint with selection of soldering or welding materials
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для дуговой наплавки. Металлическая оболочка выполнена из стали. Сердечник выполнен из шихты, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: графит 28,0-30,0, двуокись циркония 9,6-12,5, двуокись кремния 9,00-12,25, окись алюминия 0,16-0,25, вольфрамат кальция 35,2-39,0, известь – остальное. Технический результат заключается в получении наплавленного слоя, обеспечивающего долговечную работу деталей в трущихся парах в условиях контактной динамической нагрузки. 4 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к сварочному производству, а именно к наплавочным материалам, используемым для дуговой наплавки и восстановления размеров изношенной детали из низколегированных и углеродистых сталей в ходе ремонта, а также для нанесения на поверхность готового изделия износостойких слоев и слоев с другими заданными свойствами дуговой наплавкой и плазменным напылением.
Проблема известных порошковых проволок заключается в получении наплавленного слоя с недостаточной износостойкостью для работы в условиях абразивного износа.
Известна порошковая проволока для наплавки ПП-Нп-25ГС, описанная в ГОСТ 26271-84 «Порошковая проволока для сварки углеродистой низколегированной стали».
Порошковая проволока представляет собой металлическую оболочку из стали и сердечник.
Сердечник выполнен из шихты, которая содержит защитный компонент, карбидообразующий компонент, нитридообразующий компонент, кремнийсодержащий компонент, шлакообразующий компонент и легирующий компонент. В качестве защитного компонента выбрана смесь графита и мрамора, предназначенная для создания защитной атмосферы в зоне наплавки. В качестве карбидообразующего компонента выбран марганец, предназначенный для связывания углерода и упрочнения наплавленного слоя за счет образования карбидов в его структуре. В качестве нитридообразующего компонента выбрана смесь окиси алюминия (алюмосодержащего компонента) и двуокись циркония (компонента с переходным элементом четвертой группы), предназначенная для связывания азота и упрочнения наплавленного слоя за счет образования нитридов и карбонитридов. В качестве кремнийсодержащего компонента выбрана двуокись кремния (в составе гранодиорита), предназначенная для упрочнения структурного феррита слоя. В качестве шлакообразующего компонента выбрана смесь гранодиорита и флюорита, предназначенная для образования защитного шлака при плавлении и растворения в нем других добавок после плавления. В качестве легирующего компонента выбран ферросиликомарганец, предназначенный для дополнительного упрочнения.
Компоненты выбраны в следующем соотношении, мас.%:
| Мрамор | 40,18-45,0 |
| Графит | 4,46-5,00 |
| Гранодиорит | 8,04-9,00 |
| Флюорит | 20,54-23,00 |
| Бадделеит | 2,68-3,00 |
| Ферросиликомарганец | 24,1-27,00 |
| Коэффициент заполнения проволоки равен | 11,2-16,8 |
При дуговой наплавке слоя металлическая оболочка проволоки и сердечник расплавляются. При расплавлении компонентов сердечника происходит образование шлаковой ванны из защитного жидкого шлака с растворением в нем ферросиликомарганца.
При расплавлении металлической оболочки образуется сварочная ванна. В шлаке происходит восстановление циркония, алюминия и кремния с переходом этих элементов в жидкий металл. При переходе циркония, алюминия и кремния в жидкий металл происходит связывание азота и углерода, что предотвращает образование газовых пор в наплавленном слое металла. При связывании растворенных газов в жидком и затвердевающем металле в наплавленном слое образуется небольшое количество изолированных карбидов и нитридов, которые повышают его износостойкость.
При плавлении и растворении в шлаке ферросиликомарганца в наплавленный слой переходят его легирующие элементы: марганец и кремний, которые дополнительно повышают его износостойкость.
При этом наплавленный слой имеет толщину до 8 мм.
Средние значения микротвердости наплавленного слоя по Виккерсу не превышают 300-350 HV. Детали с таким наплавленным слоем работают в трущихся парах без абразивного износа.
Достоинство известной порошковой проволоки заключается в высокой технологичности. Это обусловлено получением наносимого слоя, большой толщины без пор и других несплошностей, позволяющим восстанавливать размеры изношенных деталей до номинальных значений в ходе ремонта.
Другое достоинство известной порошковой проволоки заключается в повышении износостойкости наплавленного слоя за счет его упрочнения путем легирования цирконием, алюминием, марганцем и кремнием, позволяющего деталям работать в трущихся парах без абразивного износа.
Недостаток известной порошковой проволоки заключается в недостаточной износостойкости наносимого слоя для работы ремонтируемой детали в условиях абразивного износа, что обусловлено получением наносимого слоя с небольшим количеством упрочняющих фаз: карбидов, нитридов и карбонитридов в его структуре.
Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому результату является порошковая проволока для наплавки в азотсодержащих защитных газовых смесях с последующим азотированием наносимого слоя [патент РФ №1029515, МПК В23К 35/36, опубл. БИ №2, от 10.05.2013].
Порошковая проволока представляет собой металлическую оболочку из стали и сердечник.
Сердечник выполнен из шихты, которая содержит защитный компонент, карбидообразующий компонент, нитридообразующий компонент и шлакообразующий компонент.
В качестве защитного компонента выбран графит, предназначенный для создания защитной атмосферы в зоне наплавки. В качестве карбидообразующего компонента выбрана смесь порошков хрома, молибдена и ванадия (смесь переходных тугоплавких элементов, имеющих высокое сродство к углероду), предназначенная для связывания углерода, а также упрочнения наплавленного слоя за счет образования карбидов в его структуре. В качестве нитридообразующего компонента выбрана смесь алюминия (алюмосодержащего компонента), железа и титана (компонента с переходным элементом четвертой группы), предназначенная для связывания азота и углерода с образованием нитридов, карбидов и карбонитридов и, как следствие, для упрочнения наплавленного слоя за счет образования этих фаз в его структуре. В качестве шлакообразующего компонента выбран криолит, предназначенный для образования защитного шлака при плавлении и растворения в нем других добавок после плавления.
Компоненты выбраны в следующем соотношении, мас.%:
| Графит | 0,3-1,0 |
| Хром | 2,0-6,0 |
| Молибден | 2,0-8,0 |
| Ванадий | 2.0-6,0 |
| Алюминий | 8,0-24,0 |
| Титан | 2,0-8,0 |
| Криолит | 2,0-12,0 |
| Железо | - остальное |
Коэффициент заполнения проволоки равен 30%.
При дуговой наплавке металлическая оболочка проволоки и сердечник расплавляются. При расплавлении компонентов сердечника на поверхности изделия происходит образование шлаковой ванны из защитного жидкого шлака с растворением в нем углерода, тугоплавких металлов и алюминия.
При расплавлении металлической оболочки проволоки на поверхности изделия образуется сварочная ванна. В шлаке происходит диффузия алюминия, углерода и тугоплавких элементов в сварочную ванну. При переходе их в жидкий металл происходит связывание азота и углерода, что предотвращает образование газовых пор этими элементами в наплавленном слое. В результате вышеописанных процессов на поверхности изделия формируется слой карбидов, нитридов и карбонитридов тугоплавких (кроме алюминия) металлов. Этот слой окончательно формируется при азотировании, производимом после наплавки. После азотирования образуются дополнительно нитриды алюминия, железа и титана, а также их карбонитриды, которые образуют металлическую основу структуры наплавленного слоя, которая содержит до 90% упрочняющих фаз: нитридов, карбидов и карбонитридов. Высокая доля в этих фаз в структуре обеспечивает максимально возможную износостойкость. Средняя микротвердость такого слоя достигает 1100 HV. Высочайшая твердость слоя не допускает последующей механической обработки, поэтому он наносится, как правило, на готовые изделия с доводкой их размеров шлифованием.
При этом наплавленный слой имеет толщину, не превышающую 0,3 мм, которая обеспечивает достаточную адгезию наплавленного слоя. Но слой такой толщины легко сминается при ударах.
В процессе наплавки тугоплавкие металлы (хром, молибден, ванадий, титан и железо) при увеличении толщины наплавленного слоя полностью не расплавляются, что приводит к недостаточной его адгезии к поверхности изделия.
Детали со слоем высочайшей износостойкости, наплавленным известной проволокой, работают в трущихся парах в условиях абразивного высокоскоростного износа. При работе в этих условиях при недостаточной толщине наплавленного хрупкого слоя происходит смятие слоя с его последующим быстрым отслоением и выкрашиванием.
Достоинство известной порошковой проволоки заключается в повышении износостойкости наплавленного слоя, обеспечивающем возможность работы деталей в условиях абразивного высокоскоростного износа без контактной динамической нагрузки. Это обусловлено образованием в структуре слоя не менее 90% упрочняющих фаз, представленных карбидами, нитридами и карбонитридами.
Недостаток известной проволоки заключается в ограничении функциональных возможностей использования наплавленного слоя, что обусловлено невозможностью работы деталей в условиях контактной динамической нагрузки вследствие смятия и выкрашивания этого слоя за счет недостаточной его толщины.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке порошковой проволоки для наплавки, расширяющей функциональные возможности использования наплавленного слоя за счет обеспечения возможности работы деталей в условиях контактной динамической нагрузки за счет увеличения толщины слоя.
Для решения поставленной задачи предложена порошковая проволока для наплавки, представляющая собой металлическую оболочку из стали, и сердечник, выполненный из шихты, содержащей защитный, нитридообразующий, карбидообразующий, кремнийсодержащий и шлакообразующий компоненты; при этом в качестве защитного компонента выбран графит, в качестве карбидообразующего компонента - компонент с переходным тугоплавким элементом, имеющим высокое сродство к углероду, в качестве нитридообразующего компонента - смесь алюмосодержащего компонента и компонента с переходным элементом четвертой группы, в качестве алюмосодержащего компонента выбрана окись алюминия, в качестве компонента с переходным элементом четвертой группы - двуокись циркония, в качестве компонента с переходным тугоплавким элементом, имеющим высокое сродство к углероду, - вольфрамат кальция, в качестве кремнийсодержащего компонента - двуокись кремния, в качестве шлакообразующего компонента - известь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Графит | 28,0-30,0 |
| Двуокись циркония | 9,6-12,5 |
| Двуокись кремния | 9,00-12,25 |
| Окись алюминия | 0,16-0,25 |
| Вольфрамат кальция | 35,2-39,0 |
| Известь | - остальное |
Наличие в составе шихты окиси алюминия в качестве алюмосодержащего компонента, двуокиси циркония в качестве компонента с переходным элементом четвертой группы, вольфрамата кальция в качестве компонента с переходным тугоплавким элементом, имеющим высокое сродство к углероду, двуокиси кремния в качестве кремнийсодержащего компонента и извести в качестве шлакообразующего компонента при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит - 28,0-30,0, двуокись циркония - 9,6-12,5; двуокись кремния - 9,00-12,25; окись алюминия - 0,16-0,25; вольфрамат кальция - 35,2-39,0 и известь - остальное отличает заявляемое решение от прототипа.
Наличие отличительных существенных признаков в совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели свидетельствует о соответствии ее критерию патентоспособности «полезной модели» - новизна.
Наличие в составе шихты окиси алюминия в качестве алюмосодержащего компонента, двуокиси циркония в качестве компонента с переходным элементом четвертой группы, вольфрамата кальция в качестве компонента с переходным тугоплавким элементом, имеющим высокое сродство к углероду, двуокиси кремния в качестве кремнийсодержащего компонента и извести в качестве шлакообразующего компонента при новом соотношении компонентов позволяет получить наплавленный слой с достаточной износостойкостью и толщиной до 8 мм, обеспечивающий возможность работы в условиях скоростного абразивного износа как при наличии контактных динамических нагрузок, так и без них, что расширяет функциональные возможности использования заявляемой порошковой проволоки для наплавки.
Это обусловлено тем, что увеличение толщины слоя резко уменьшает величину нормальных напряжений в слое при контактных динамических нагрузках, что, в свою очередь, резко снижает интенсивность его отслоения и выкрашивания (устраняет возможность хрупкого разрушения). Помимо этого уменьшение твердости и микротвердости наплавленного слоя в заявляемом решении связано с ростом пластичности и ударной вязкости, что тоже устраняет возможность хрупкого разрушения.
Заявляемая порошковая проволока для наплавки представляет собой металлическую оболочку из стали и сердечник.
Сердечник выполнен из шихты, которая содержит защитный компонент, карбидообразующий компонент, нитридообразующий компонент, кремнийсодержащий компонент и шлакообразующий компонент. В качестве защитного компонента выбран графит, предназначенный для образования защитной атмосферы в зоне наплавки. В качестве карбидообразующего компонента выбран вольфрамат кальция (компонент с переходным тугоплавким элементом, имеющим высокое сродство к углероду, с вольфрамом в заявляемом решении), предназначенный для связывания углерода и, как следствие, для упрочнения наплавленного слоя за счет образования карбидов в его структуре. В качестве нитридообразующих компонентов выбрана смесь окиси алюминия (алюмосодержащего компонента) и двуокиси циркония (компонента с переходным элементом четвертой группы, с цирконием в заявляемом решении), предназначенная для связывания азота, а также углерода и, как следствие, для упрочнения наплавленного слоя за счет образования нитридов, карбидов и карбонитридов алюминия и циркония в его структуре.
В качестве кремнийсодержащего компонента выбрана двуокись кремния, предназначенная для упрочнения структурного феррита кремнием. В качестве шлакообразующего компонента выбрана известь, предназначенная для образования защитного шлака при плавлении и растворения в нем других добавок после плавления сердечника.
Компоненты выбраны в следующем соотношении, мас.%:
| Графит | 28,0-30,0 |
| Двуокись циркония (в составе бадделеита) | 9,6-12,5 |
| Двуокись кремния | 9,00-12,25 |
| Окись алюминия | 0,16-0,25 |
| Вольфрамат кальция (в составе шеелита) | 35,2-39,0 |
| Известь | - остальное |
| Коэффициент заполнения проволоки равен | 18-20 |
При дуговой наплавке слоя металлическая оболочка проволоки и сердечник расплавляются. При расплавлении дугой компонентов сердечника происходит образование шлаковой ванны из защитного жидкого шлака, с растворением в нем графита, а также оксидов алюминия, циркония и вольфрама.
При расплавлении дугой металлической оболочки образуется сварочная ванна, которая при затвердевании образует в качестве металлической основы троосто-сорбит. В шлаке происходит восстановление вольфрама, циркония, алюминия и кремния с переходом этих элементов в жидкий металл. При переходе циркония, алюминия в жидкий металл происходит связывание азота, что предотвращает образование газовых пор в наплавленном слое металле. При этом в наплавленном слое образуется достаточное количество нитридов и карбонитридов, которые повышают его износостойкость. При переходе в жидкий металл вольфрама происходит связывание углерода. При этом в наплавленном слое образуется достаточное количество карбидов, которые повышают его износостойкость.
При переходе кремния в жидкий металл происходит легирование феррита в образующейся структуре троосто-сорбита. Наплавленный слой представляет собой легированный троосто-сорбит с отдельными, дисперсными и изолированными включениями карбидов, нитридов и карбонитридов.
Средняя микротвердость наплавленного слоя составляет до 550 HV, которая обеспечивает достаточную износостойкость детали для работы в условиях высокоскоростного абразивного износа как с динамическими контактными нагрузками, так и без них.
Толщина наплавленного слоя достигает 8 мм. Компоненты сердечника заявляемой проволоки достаточно легкоплавкие (температура плавления их не превышает 1520 C°), что обеспечивает высокую степень адгезии наплавленного слоя на поверхности изделия при толщинах, достигающих 8 мм. Такая толщина слоя при других указанных его свойствах позволяет производить полноценную обработку резанием, что является в условиях ремонта деталей и механизмов фактором, повышающим технологические возможности производства.
Проволоку готовят следующим образом.
Пример 1
Для приготовления 100 г шихты берут следующие компоненты в количестве: 28,0 г графита (28,0%), 20,0 г бадделеита, содержащего 9,6 г (9,6%) двуокиси циркония, 0,15 г (0,15%) окиси алюминия и 10,0 г (10,0%) двуокиси кремния, 50,0 г шеелита, содержащего 36,0 г (36%) вольфрамата кальция, 2,5 г (2,5%) двуокиси кремния, 0,1 г (0,1%) окиси алюминия и 13,5 г (13,5%) извести, а также добавку чистой извести, дополняющую смесь до 100%.
Компоненты перемешивают в смесителе в течение 20 минут.
После размола, просеивания и взвешивания компонентов шихты ее помещают в бункер установки получения проволоки (прокатный стан) и с помощью дозатора заполняют желоб прокатываемой металлической оболочки, выполненный из стали 08 пс. Далее прокатывают эту заготовку в проволоку с круглым сечением. При этом отношение веса сердечника к весу оболочки (коэффициент заполнения проволоки) составляет 18,0-20,0%.
В последующих примеры проволоку готовят так же, как и в примере 1, с различными составами компонентов в шихте, которые приведены в таблице 1. В таблице 2 приведен минералогический состав бадделеита. Высокообогащенный шеелит без учета малого количества примесей практически содержит 60% трехокиси вольфрама, 27% извести, до 0,2% окиси алюминия, до 4% двуокиси кремния и оксиды железа - остальное.
Полученными образцами проволоки произвели наплавку экспериментальных слоев, химический состав которых приведен в таблице 3, а показатели работоспособности которых приведены в таблице 4. Коэффициент износостойкости определяли отношением потерь веса к потерям веса эталонной стали 20ФЛ при трибометрических испытаниях на машине ИИ-5018 (ОАО «Точприбор», г. Иваново). Микроструктура полученного слоя исследовалась на микроскопах МБС-9 и ЕС МЕ-ТАМ-РВ21 при увеличении ×80 и ×500. Защитный слой по толщине измеряли штангенциркулем в 5 местах и усредняли.
Химический состав определялся на приборах «Стилоскоп СЛ13» и «Спектроскан МАКС-GV» ТУ 4276-001-23124704-2001, Госреестр №22525-02, аттестованный в ГП ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, свидетельство об аттестации №242/19-2004, свидетельство о поверке №0035507 от 19.03.2006 г.
Микротвердость определялась на приборе ПМТ-3 по ГОСТ 8.398-80 «Измерение твердости по Виккерсу».
Результаты испытаний показывают, что защитный слой обладает повышенной толщиной по сравнению с защитным слоем, полученным по способу-прототипу, и достаточной износостойкостью, что создает возможность работы в условиях скоростного абразивного износа как при наличии контактных динамических нагрузок, так и без них.
Claims (2)
- Порошковая проволока для наплавки, содержащая металлическую оболочку из стали и сердечник, выполненный из шихты, содержащей графит в качестве защитного компонента и шлакообразующий, нитридообразующий, карбидообразующий и кремнийсодержащий компоненты, при этом в качестве нитридообразующего компонента использована смесь алюмосодержащего компонента и компонента с переходным элементом четвертой группы, а в качестве карбидообразующего компонента – компонент с переходным тугоплавким элементом, имеющим высокое сродство к углероду, отличающаяся тем, что в качестве алюмосодержащего компонента выбрана окись алюминия, в качестве компонента с переходным элементом четвертой группы – двуокись циркония, в качестве кремнийсодержащего компонента - двуокись кремния, в качестве шлакообразующего компонента - известь, а в качестве компонента с переходным тугоплавким элементом, имеющим высокое сродство к углероду, выбран вольфрамат кальция при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:
-
Графит 28,0-30,0 Двуокись циркония 9,6-12,5 Двуокись кремния 9,00-12,25 Окись алюминия 0,16-0,25 Вольфрамат кальция 35,2-39,0 Известь остальное
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015149197A RU2637849C2 (ru) | 2015-11-16 | 2015-11-16 | Порошковая проволока для наплавки |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015149197A RU2637849C2 (ru) | 2015-11-16 | 2015-11-16 | Порошковая проволока для наплавки |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015149197A RU2015149197A (ru) | 2017-05-19 |
| RU2637849C2 true RU2637849C2 (ru) | 2017-12-07 |
Family
ID=58715502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015149197A RU2637849C2 (ru) | 2015-11-16 | 2015-11-16 | Порошковая проволока для наплавки |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2637849C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2757635C1 (ru) * | 2021-03-16 | 2021-10-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Порошковая проволока |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU157745A1 (ru) * | ||||
| RU2196033C2 (ru) * | 2001-03-26 | 2003-01-10 | Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения РАН | Шихта электродного покрытия |
| RU60888U1 (ru) * | 2006-09-20 | 2007-02-10 | ГОУ ВПО "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Порошковая проволока |
| SU1029515A1 (ru) * | 1981-12-16 | 2013-05-10 | Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Шихта порошковой проволоки для плазменной наплавки в азотсодержащих газовых смесях и последующего азотирования |
-
2015
- 2015-11-16 RU RU2015149197A patent/RU2637849C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU157745A1 (ru) * | ||||
| SU1029515A1 (ru) * | 1981-12-16 | 2013-05-10 | Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Шихта порошковой проволоки для плазменной наплавки в азотсодержащих газовых смесях и последующего азотирования |
| RU2196033C2 (ru) * | 2001-03-26 | 2003-01-10 | Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения РАН | Шихта электродного покрытия |
| RU60888U1 (ru) * | 2006-09-20 | 2007-02-10 | ГОУ ВПО "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Порошковая проволока |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2757635C1 (ru) * | 2021-03-16 | 2021-10-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Порошковая проволока |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015149197A (ru) | 2017-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mubiayi et al. | Evolving properties of friction stir spot welds between AA1060 and commercially pure copper C11000 | |
| US20180066343A1 (en) | New powder composition and use thereof | |
| CN104271275B (zh) | 复合辊及轧制方法 | |
| EP3089839B1 (en) | Centrifugal cast composite metal product | |
| KR102106582B1 (ko) | 오스테나이트 및 페라이트 강으로 구성된 혼합된 접합부의 전기 아크 용접 및 레이저 빔 용접을 위한 용접 첨가제 | |
| EP2770073B1 (en) | Roll surface-layer material for hot rolling with excellent fatigue resistance produced by centrifugal casting, and composite roll for hot rolling produced through centrifugal casting | |
| Tiwari et al. | Effect of tool offset and rotational speed in dissimilar friction stir welding of AISI 304 stainless steel and mild steel | |
| Joo | Joining of dissimilar AZ31B magnesium alloy and SS400 mild steel by hybrid gas tungsten arc friction stir welding | |
| CN100525989C (zh) | 金属系药芯焊丝、使用它的焊接方法与焊接接头的制作方法 | |
| Yelamasetti et al. | Surface modification of aluminum alloy 6061 by embedding B4C particles via friction stir processing | |
| RU2661126C1 (ru) | Шихта порошковой проволоки | |
| JP6313844B1 (ja) | 圧延用複合ロール | |
| RU2637849C2 (ru) | Порошковая проволока для наплавки | |
| RU2478030C1 (ru) | Порошковая проволока для наплавки | |
| RU172042U1 (ru) | Порошковая проволока для наплавки | |
| RU2467854C1 (ru) | Порошковая проволока | |
| JP4676940B2 (ja) | スラグ量が少ないメタル系フラックス入りワイヤおよび高疲労強度溶接継手の作製方法 | |
| RU2704338C1 (ru) | Порошковая проволока | |
| RU2471601C1 (ru) | Керамический флюс | |
| JP5516545B2 (ja) | 耐疲労性に優れた熱間圧延用遠心鋳造製ロール外層材および熱間圧延用遠心鋳造製複合ロール | |
| RU2641590C2 (ru) | Порошковая проволока | |
| JP6292362B1 (ja) | 熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロール | |
| JP6702266B2 (ja) | 熱間圧延用複合ロールの製造方法 | |
| Kaptanoglu et al. | InvestIgatIon of HardfacIng deposIts obtaIned by UsIng sUbmerged arc WeldIng flUxes contaInIng HIgH-carbon ferrocHromIUm and ferroboron | |
| RU2757824C1 (ru) | Плавлено-керамический флюс для наплавки |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181117 |