Порошковая проволока для получения антифрикционных покрытий

Предлагаемая полезная модель относится к области материалов для получения покрытий с применением сварочных процессов, а именно к порошковым проволокам для получения износостойких покрытий с использованием процесса электродуговой наплавки. Нанесение таких покрытий на детали машин осуществляется путем плавления проволоки в электрической сварочной дуге и формирования слоя наплавленного металла на упрочняемой поверхности.
Порошковые проволоки, аналогичные по назначению предлагаемой, известны.
В таблице 1 приведены составы зарубежных проволок, в которые входят алюминий, никель, железо, медь.
Аналогичные по назначению проволоки, например ППБр АЖ9-4 (8-10% Al; 2-4% Fe; 0,2% Si 2% добавки, остаток - медь), были разработаны в СССР. Информация о них приведена в сборнике «Сварка и наплавка меди и сплавов на ее основе», Киев, 2013 г.
В качестве прототипа принята порошковая проволока для наплавки [Авторское свидетельство SU 192348, приор. 11.05.1964, опубл. 06.11.1967], состоящая из медной оболочки и сердечника, содержащего порошки олова, цинка и меди. Причем с целью повышения качества наплавленного металла при наплавке высокооловянистой бронзы компоненты проволоки взяты в следующем соотношении, %: порошок олова 12-13, порошок цинка 5-6,5, порошок меди 5-6,5, оболочка медная - остальное. В результате заявляется повышение антифрикционных и антикоррозионных свойств, а также повышение плотности благодаря уменьшению порообразования.
К недостаткам прототипа можно отнести отсутствие композитной структуры в наплавленном металле, а также наличие в составе проволоки цинка, который активно испаряется при дуговой наплавке и негативно влияет па условия труда сварщиков-операторов.
Задачей предлагаемой модели является создание проволоки, обеспечивающей более высокую износостойкость и антифрикционные свойства.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении прочности покрытия.
Указанная задача решается за счет того, что заявляемая порошковая проволока для получения антифрикционных покрытий состоит из медной оболочки и сердечника, выполненного из шихты, содержащей порошки.
От прототипа полезная модель отличается тем, что сердечник выполнен из шихты, содержащей алюминиевый, железный и никелевый порошки, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
алюминиевый порошок
1-4
железный порошок
11-14
никелевый порошок
5-8
медная оболочка
остальное
при этом масса сердечника составляет 17-26% по отношению к массе всей проволоки.
Предлагаемая проволока за счет варьирования содержания компонентов в заданных пределах позволяет использовать в качестве защитной среды при дуговой наплавке как инертные газы, так и сварочные флюсы и при этом обеспечивать получение совершенно нового типа наплавленного металла с композитной структурой и повышенными служебными свойствами.
Структурными частями этого композита являются дендриты из мартенситностареющей стали и бронза, заполняющая междендритные пространства.
Чтобы получить в медных сплавах композитную структуру (матрица на основе меди и стальные Fe-Ni-Al дендриты) необходимо содержание железа в сплаве не менее 9%, и такая структура имеет повышенную прочность.
Более подробно это изложено и обоснованно в следующих публикациях:
1. Потехин Б.А. Возможность создания композитного сплава бронза - мартенситно-стареющая сталь / Потехин Б.А., Илюшин В.В., Христолюбов A.С., Жиляков А.Ю., Эрнандес А. // МиТОМ. - 2013. - №5. - С. 6-10.
2. Потехин Б.А., Христолюбов А.С., Жиляков А.Ю., Илюшин В.В. Особенности формирования структуры композитных бронз, армированных стальными дендритами. В.ж. Вопросы материаловедения, 2013 г., №4(76). С. 43-49.
3. Потехин Б.А., Христолюбов А.С., Жиляков А.Ю. Структурные особенности наплавленных композитных бронз типа БрЖНКА 18-8-2-1. B.ж. Вопросы материаловедения, 2014 г., №4(80). С. 67-72.
Из металла, наплавленного разработанной проволокой, изготовили образцы для триботехнических испытаний (методика изложена в статье Потехин Б.А., Илюшин В.В., Христолюбов А.С. «Особенности свойств баббита Б83, полученного турбулентным способом литья», опубликованной в журнале «Литье и металлургия», г. Минск, 2010 г., №3(57), с. 78-81) и провели испытания, результаты которых приведены в таблице 2.
Из приведенной таблицы видно, что свойства металла, наплавленного предлагаемой проволокой, находятся на уровне, позволяющем говорить о повышении износостойкости и антифрикционных свойств.
Кроме того, были проведены испытания механических свойств наплавленного заявляемой проволокой металла [Б.А. Потехин, А.С. Христолюбов, В.И. Шумяков «Экспериментальное моделирование наплавленного металла на примере бронзы БРЖНА 12-7-1», Сборник докладов Международного форума «Сварка и диагностика», г. Екатеринбурге 22-23 ноября 2016 г.], которые показали, что за счет композитной структуры покрытия обеспечиваются следующие механические свойства, МПа: предел текучести 220, предел прочности 295, а также относительное удлинение 16% и сужение 38,5%. Отклонения от указанных характеристик не превышают 3%.