ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА

Полезная модель относится к сварочному производству, а именно к наплавочным материалам, используемым для наплавки на детали из низколегированных и углеродистых сталей.
Проблема, существующая в области наплавки на углеродистые и низколегированные стали, заключается в получении порошковой проволоки с высокой твердостью и износостойкостью.
Известна порошковая проволока для наплавки [1], которая содержит низкоуглеродистую стальную оболочку и флюсовый слой. Флюсовый слой выполнен из шихты, которая содержит хром, никель, марганец, ферромолибден, кремнийсодержащий компонент, графит, кремнефтористый натрий, двуокись циркония, железо.
В качестве кремнийсодержащего компонента выбран ферросилиций. Соотношение флюсового слоя к оболочке составляет 24,5-27,5%.
Соотношение компонентов шихты составляет, масс.%
Хром
53,9-60,4
Никель
0,89-1,68
Марганец
1,79-2,36
Ферромолибден
1,34-2,36
Ферросилиций
1,34-2,36
Графит
0,22-0,30
Кремнефтористый натрий
2,24-3,03
Двуокись циркония
7,16-8,08
Железо
24,61-25,93
Достоинство известной порошковой проволоки заключается в получении наплавленного металла с высокой долговечностью. Это обусловлено тем, что в наплавленном слое отсутствуют поры и трещины за счет наличия в шихте двуокиси циркония и никеля. Наличие никеля в шихте приводит к измельчению зерна и, как следствие, к повышению ударной вязкости, которая предотвращает появления трещин. Наличие циркония в шихте приводит к связыванию
азота, что предотвращает образование газовых пор, образуя твердые структурные составляющие в виде нитридов.
Однако недостатком данной порошковой проволоки является ограниченная твердость (28-32 HRC). Это обусловлено тем, что содержание легирующих компонентов в шихте незначительно. Незначительное содержание хрома и углерода приводит к недостаточному образованию карбидов для обеспечения высокой твердости.
Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому результату является порошковая проволока [2], которая состоит из металлической оболочки и флюсового слоя, выполненного из шихты, которая содержит хром, никель, марганец, ферромолибден, кремнийсодержащий компонент, углеродосодержащий компонент, кремнефтористый натрий, двуокись циркония, железо. В качестве кремнийсодержащего компонента выбран ферросилиций, а углеродосодержащего - углеродистый хром.
Соотношение флюсового слоя к оболочке составляет 24,5-28,5%.
Соотношение компонентов шихты составляет, масс.%
Хром
45,15-47,62
Никель
0,87-1,67
Марганец
1,73-2,34
Ферромолибден
3,46-4,01
Ферросилиций
1,3-2,01
Углеродистый хром
13,04-15,15
Кремнефтористый натрий
2,16-3,16
Двуокись циркония
6,93-8,42
Железо
20,74-20,78
Достоинством известной порошковой проволоки является высокая твердость. Это обусловлено наличием в шихте, по сравнению с аналогом, большего количества легирующих компонентов. Наличие хрома, марганца, молибдена, циркония, углеродистого хрома приводит к увеличению твердых составляющих в наплавленном слое. Внедрение вышеуказанных компонентов в кристаллическую решетку металла вызывает в наплавленном слое возникновение напряжений, что приводит к повышению твердости наплавленного металла.
Однако недостатком порошковой проволоки является ограниченная износостойкость, что обусловлено значительным образованием в наплавленном слое трещин благодаря высокому содержанию в ней карбидообразующих компонентов. Увеличение твердой составляющей в наплавленном слое приводит к высоким напряжениям в кристаллической решетке и к последующим деформациям. В свою очередь дополнительные деформации способствуют образованию трещин.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании порошковой проволоки, обеспечивающей высокую износостойкость при сохранении достаточной твердости наплавленного слоя за счет снижения в ней напряжений, являющихся причиной образования трещин.
Для решения поставленной задачи в известную порошковую проволоку, содержащую металлическую оболочку и флюсовый слой, выполненный из шихты, включающей двуокись циркония, кремнийсодержащий компонент и углеродосодержащий компонент, в шихту флюсового слоя дополнительно введены окись алюминия, окись меди, окись вольфрама, в качестве кремнийсодержащего компонента выбрана окись кремния, в качестве углеродосодержащего компонента графит при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Графит
50,97-63,99
Двуокись циркония
15,10-20,39
Окись кремния
19,07-26,10
Окись вольфрама
0,82-1,14
Окись меди
0,82-1,14
Окись алюминия
0,19-0,27,
и при соотношении флюсового слоя к оболочке равном 11,2-16,8%.
Введение новых компонентов и изменение количественного соотношения компонентов в шихте флюсового слоя приводит к повышению износостойкости и обеспечению достаточной твердости наплавленного слоя.
Наличие меди вольфрама и алюминия в виде окислов приводит к увеличению центров кристаллизации и, как следствие, к увеличению скорости кристаллизации и уменьшению зерна. В свою очередь измельчение зерна приводит
к уменьшению напряжений и деформаций в кристаллической решетке. Вследствие этого в наплавленном слое устраняются трещины, что приводит к увеличению износостойкости.
Увеличение количественного состава циркония и графита приводит:
- во-первых, к дополнительному образованию центров кристаллизации и соответственно измельчению зерна, что способствует увеличению износостойкости;
- во-вторых, приводит к образованию карбидов в наплавленном металле.
Наличие карбидов, являющихся твердыми структурными составляющими, повышает плотность плотно упакованной кристаллической решетки, что приводит к увеличению твердости наплавленного слоя.
Порошковая проволока содержит металлическую оболочку, например из стали, и флюсовый слой выполнен из шихты, которая включает двуокись циркония, углеродосодержащий компонент, кремнийсодержащий компонент, окись алюминия, окись меди и окись вольфрама.
В качестве кремнийсодержащего компонента выбрана окись кремния. В качестве углеродосодержащего компонента выбран графит.
Компоненты выбраны при следующем соотношении, масс.%:
Графит
50,97-63,99
Двуокись циркония
15,10-20,39
Окись кремния
19,07-26,10
Окись вольфрама
0,82-1,14
Окись меди
0,82-1,14
Окись алюминия
0,19-0,27,
Соотношение флюсового слоя к оболочке 11,2-16,8%.
Проволоку готовят следующим образом.
Пример 1.
Для приготовления флюсового слоя берут следующие компоненты 15,0 г (51,60%) графита, 5,9 г (20,30%) двуокиси циркония, 7,50 г (25,80%) окиси кремния, 0,3 г (1,03%) окиси меди, 0,3 г (1,03%) окиси вольфрама, 0,07 г (0,24%) окиси алюминия. Компоненты перемешивают в смесителе в течение 20 минут.
После приготовления шихты ею заполняют металлическую оболочку, выполненную из стали 08 пс, при этом соотношение флюсового слоя к оболочке составляет 16,8%.
Пример 2.
Проволоку готовят также как в примере 1, при количестве 19,0 г (57,45%) графита, 5,9 г (17,84%) двуокиси циркония, 7,50 г (22,68%) окиси кремния, 0,3 г (0,91%) окиси меди, 0,3 г (0,91%) окиси вольфрама, 0,07 г (0,21%) окиси алюминия. При соотношении флюсового слоя к оболочке 14,6%.
Пример 3.
Проволоку готовят также как в примере 1, при количестве 22,0 г (60,99%) графита, 5,9 г (16,36%) двуокиси циркония, 7,50 г (20,79%) окиси кремния, 0,3 г (0,83%) окиси меди, 0,3 г (0,83%) окиси вольфрама, 0,07 г (0,19%) окиси алюминия. При соотношении флюсового слоя к оболочке 11,2%
Пример 4.
Проволоку готовят также как в примере 1, при количестве 27,0 г (65,74%) графита, 5,9 г (14,37%) двуокиси циркония, 7,50 г (18,26%) окиси кремния, 0,3 г (0,73%) окиси меди, 0,3 г (0,73%) окиси вольфрама, 0,07 г (0,17%) окиси алюминия. При соотношении флюсового слоя к оболочке 9,7%
Пример 5.
Проволоку готовят также как в примере 1, при количестве 10,00 г (41,55%) графита, 5,9 г (24,51%) двуокиси циркония, 7,50 г (31,16%) окиси кремния, 0,3 г (1,25%) окиси меди, 0,3 г (1,25%) окиси вольфрама, 0,07 г (0,29%) окиси алюминия. При соотношении флюсового слоя к оболочке 17,5%.
Пример 6.
Шихту готовят как в прототипе, при количестве 13,5 г (47,37%) хрома, 0,5 г (1,75%) никеля, 0,7 г (2,46%) марганца, 1,2 г (4,21%) ферромолибдена, 0,6 г (2,11%) ферросилиция, 3,90 г (13,68%) углеродистого хрома, 0,9 г (3,16%) кремнефтористого натрия, 2,4 г (8,42%) двуокиси циркония, 4,8 г (16,84%) железа. При соотношении флюсового слоя к оболочке 28,5%.
Порошковая проволока работает следующим образом:
На поверхность изношенных деталей, выполненных из низколегированных и углеродистых сталей, наплавляют порошковую проволоку. При наплавке происходит выделение большого количества тепла, влияющего на расплавление компонентов шихты и расплавление металла в зоне сплавления. В процессе остывания происходит кристаллизация и перемешивание слоя в однородную структуру.
Физико-механические свойства наплавленного металла приведены в таблице 1.
Таблица 1
№ примера
Свойства
Твердость, HRC
Коэффициент износостойкости. ед
Бал зерна, ед
1
39-45
1,12
7-9
2
42-47
1,47
8-9
3
45-49
1,23
7-8
4
47-51
0,97
7-8
5
35-41
1,02
6-7
6
48-53
1
7-8
Использование порошковой проволоки позволяет получить наплавленный слой превышающий прототип по коэффициенту износостойкости на 10-50% и обеспечивающий твердость сопоставимую с твердостью прототипа.
Источники информации принятые во внимание:
1. А.с. 2083340 СССР, Кл. В 23 К 35/368, Порошковая проволока. /Язовских В.М. (СССР). Заявитель и патентообладатель: В.М.Язовских, Н.М.Королев, Н.М.Разиков, Н.П.Надымов, Г.Л.Губин, Ю.М.Минкин, Н.В.Волнин; Опубл. 10.07.97. Бюл. - №02/2004.
2. А.с. 2083341 СССР, Кл. В 23 К 35/368, Порошковая проволока. /Язовских В.М. (СССР). Заявитель и патентообладатель: В.М.Язовских, Н.М.Королев, Н.М.Разиков, Н.П.Надымов, Г.Л.Губин, Ю.М.Минкин, Н.В.Волнин; Опубл. 10.07.97. Бюл. - №02/2004.