Шихта для индукционной наплавки износостойкого сплава
CHARGE FOR INDUCTION SURFACING OF WEAR-RESISTANT ALLOY

Изобретение относится к области упрочнения деталей индукционной наплавкой износостойкими материалами, типа твердых сплавов (сормайт и пр.), и к разработке шихтовых материалов (составов) для этой технологии.
Детали, упрочняемые по настоящему изобретению, работают, преимущественно, в условиях интенсивного трения, абразивного и ударно-абразивного изнашивания, в частности, в конструкциях рабочих органов различных сельскохозяйственных машин: зерно- и кормодробилок (молотки), почвообрабатывающих агрегатов и орудий (стрельчатые лапы, лемехи, долота и т.п.), различных измельчителей растительных остатков, соломорезов (ножи измельчителя-разбрасывателя соломы) и др.
0
Из современного уровня развития техники и технологий известна наплавочная шихта для индукционной наплавки (аналог) [А.с. №532498 А1 (SU), МПК В23К 35/36; №2169323; заявл.: 01.09.1975, опубл.: 25.10.1976], содержащая твердый сплав и флюс на основе борсодержащих компонентов, при следующем соотношении, мас.%: твердый сплав - 77,0÷87,5; карбид бора - 0,5÷5,0; и флюс на основе борсодержащих компонентов - остальное.
В качестве твердого сплава в аналоге использован материал - Сормайт №1, или №2, а флюс на основе борсодержащих компонентов включает, мас.%: борный ангидрид - 5,2÷11,1; буру - 5,0÷5,4; и силикокальций - 1,5-4,8. Эта шихта применяется для наплавки деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания, но без заметных ударных нагрузок.
7
2
Основными недостатками аналога являются: низкая динамическая прочность наплавленного металла в условиях абразивного изнашивания со знакопеременными ударными нагрузками, т.к. предел прочности при растяжении у наплавленного металла оказывается ниже 6×10 Н/м, высокая стоимость материала, вследствие наличия в составе сормайта дефицитного хрома, а также неудовлетворительные технологические условия наплавки, вследствие высокой температуры плавления шихты (выше 1350-1400°C), что приводит к перегреву основного металла, понижению его механических свойств, формированию видманштеттовой структуры в поверхностном слое упрочненной детали.
5
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом), является наплавочная шихта для индукционной наплавки износостойкого сплава [Пат. №2123920 C1 (RU), МПК В23K 35/36; №97116596/02; заявл.: 01.10.1997, опубл.: 27.12.1998], содержащая износостойкий сплав и флюс, также на основе борсодержащих компонентов, причем в качестве износостойкого сплава прототип содержит смесь (сплав) хромомарганцовистой аустенитной стали с содержанием углерода в количестве 0,10÷0,35% и, дополнительно - аустенитный марганцовистый чугун, при следующем соотношении компонентов, мас.%: аустенитная хромомарганцовистая сталь - 55,0÷70,0%; аустенитный марганцовистый чугун - 18,0÷33,0%; флюс на основе борсодержащих компонентов - 12,0÷15,0%.
Прототип частично устраняет недостатки аналога, а именно за счет легирования марганцем имеет более высокий предел прочности при растяжении у наплавленного металла, что позволяет упрочненным деталям эксплуатироваться при ударных нагрузках, также он имеет пониженное содержание хрома - за счет введения марганца.
Однако прототип не лишен и недостатков. Так высокое содержание в шихте стали (до 70 мас.%), по-прежнему обуславливает высокую температуру плавления шихты (до 1330…1350°C) и пониженную износостойкость отдельных структурно-неоднородных участков в наплавленном покрытии (до 65 об.%), а наличие аустенита в структуре наплавляемого металла, еще и делает весь материал магнитным, что, дополнительно, увеличивает трудоемкость упрочнения (в связи с чем необходимо перед нанесением шихты на деталь, сначала вводить в ее состав жидкое стекло, затем наносить полученную пасту на упрочняемую деталь, потом деталь подсушивать и нагревать поверхность до отвердевания наплавляемой массы, и только затем, осуществлять собственно индукционную наплавку).
Задачей решаемой изобретением является повышение износостойкости наплавляемого металла в условиях абразивного изнашивания со знакопеременными ударными нагрузками, а также уменьшение в наплавляемом металле легирующих элементов и уменьшение трудоемкости нанесения покрытия.
Техническим результатом реализации предлагаемого изобретения является повышение износостойкости наплавляемого металла в условиях абразивного изнашивания со знакопеременными ударными нагрузками, уменьшение содержания в материале дефицитных легирующих элементов (Cr, Mn), снижение трудоемкости и повышение технологичности при нанесении упрочняющего покрытия методом индукционной наплавки.
Настоящая задача решается тем, что в шихте для индукционной наплавки износостойкого сплава, содержащая металлический сплав и флюс на основе борсодержащих компонентов, шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: металлический сплав 85-88, флюс на основе борсодержащих компонентов 12-15, при этом упомянутый металлический сплав содержит износостойкий сплав системы Fe-Si-C-Cr-Cu-Mn-Ni, полученный из кислотостойкого чугуна ферросилида марки ФС-17 и высокохромистого износостойкого чугуна марки сормайт 1, и медь марки M1, при следующем соотношении компонентов сплава, мас.%:
Ферросилид ФС-17
60-70
Сормайт №1
20-25
Медь M1
10-15
Шихта в качестве флюса на основе борсодержащих компонентов содержит смесь плавленного флюса для индукционной наплавки марки П-0,66 и карбида бора, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Флюс П-0,66
80-85
Карбид бора
15-20
Достижение указанного технического результата объясняется следующим.
0,1
Повышение износостойкости наплавляемого металла в условиях абразивного изнашивания со знакопеременными ударными нагрузками в настоящем изобретении достигается за счет образования на поверхности упрочняемой детали в условиях индукционной наплавки не хрупкого высокохромистого чугуна, а пластичной среднелегированной хромом стали, кроме того по сечению наплавленного слоя отсутствуют участки (зоны) различные по структуре, химическому и фазовому составу (доэвтектическая, эвтектическиая, заэвтектическая), как это имеет место при индукционной наплавке Сормайта и схожих с ним материалов (ПС, ПГ-С, ПГ-УС), а наплавленный слой состоит практически из одних только мелких игольчатых карбидов (250…400 мкм), имеет практически одинаковую микротвердость по толщине (940…960 МПа), а дополнительную пластичность наплавленному материалу придает медь.
Уменьшение содержания легирующих элементов (Cr до 5…6 мас.%, а Мп до 1…2 мас.%) достигается за счет формирования основы наплавленного металла не на базе износостойкого сплава системы Fe-C-Cr, а на основе новой, альтернативной системы Fe-Si-C, доля которой в износостойком сплаве достигает 50 мас.% и более (!), в то время как доля сормайта в новом материале не превышает 20 мас.%.
Снижение трудоемкости и повышение технологичности достигается за счет уменьшения доли магнитных компонентов и полного исключения аустенитной (магнитной) фазы, что исключает необходимость закрепления шихты перед наплавкой на поверхности детали, ее высушивания и оплавления - наплавку деталей можно производить сразу после нанесения порошкового материала на их поверхность. А содержание в составе предлагаемой шиты заведомо легкоплавких и смешивающихся в широком интервале содержаний при плавлении материалов, таких как: ферросилид (температура плавления 1150°C), сормайт №1 (температура плавления до 1250°), и медь (температура плавления 1063°C) - обеспечивает ее плавление (метод порошкового конуса) при температуре 1190…1220°C.
Пример(ы) реализации изобретения
Пример 1. Приготовление флюса из боросодержащих компонентов
В качестве флюса из боросодержащих компонентов при реализации настоящего изобретения использовали порошковую смесь плавленного флюса для индукционной наплавки, марки П-0,66 [см. в книге: Ткачев В.Н., Фиштейн Б.М., Казинцев Н.В., Алдырев Д.А. Индукционная наплавка твердых сплавов. - М.: Машиностроение, 1970. - 182 с.], и карбида бора (техн.), взятых в соотношении, мас.%:
Флюс П-0,66
80÷85
Карбид бора
20÷15
Сам флюс П-0,66 состоит из переплавленной и измельченной смеси предварительно прокаленной буры и безводного борного ангидрида (отношение массовой доли буры к массовой доле борного ангидрида в этом кислом флюсе ~0,66, отсюда - цифры в марке), а также воздушно сухих силикокальция и сварочного флюса АН-348А(М), взятых в соотношении, мас.%:
Бура
30÷35
Борный ангидрид
20÷15
Силикокальций
10÷8
Сварочный флюс
Остальное
Флюс из боросодержащих компонентов готовили в две стадии в следующей последовательности: сначала приготавливали флюс П-0,66; затем - порошковую смесь флюса П-0,66 с карбидом бора (техн.).
Все компоненты флюса П-0,66 имели квалификацию не ниже (техн.), а перед приготовлением их предварительно обрабатывали: буру и борный ангидрид - прокаливали и обезвоживали при температуре 750…800°C, в течение 2…4 ч; а силикокальций и сварочный флюс - сушили при температуре 150…200°C, в течение 1…2 ч. После предварительной обработки, все компоненты измельчали, и просеивали через сито, с размером ячейки, 1 мм. Затем отвешивали их необходимое количество на весах ВЛР-200, из расчета на 0,5 кг готового флюса, после чего навески компонентов объединяли и перемешивали встряхиванием в герметически закрытом жестяном барабане (банке), объемом 1 л, в течение 5…10 мин.
Флюс измельчали, сначала - на щековой дробилке ДЩ-6М, затем - в чугунной ступке, а полученный порошок просевали через сито, отбирая основную фракцию частиц, проходящих через сито с размером ячейки 0,315 мм. Подготовленный таким образом флюс П-0,66 может храниться в герметически закрытом жестяном барабане (банке) без потери свойств, не слеживаясь - до 5…6 мес.
На второй стадии готовили собственно флюс на основе боросодержащих компонентов, смешивая встряхиванием в герметически закрытом жестяном барабане (банке), объемом 1 л, в течение 5…10 мин, навесок флюса П-0,66 и карбида бора, отмеренных на весах ВЛР-200, из расчета на 0,5 кг готового флюса.
Пример 2. Получение износостойкого сплава системы Fe-Si-C-Cr-Cu-Mn-Ni
Для получения износостойкого сплава использовали смесь двух чугунов: - специального, кислотостойкого ферросилида, марки ФС-17, и - износостойкого, высокохромистого, марки сормайт №1, а также электротехнической меди, марки M1, взятых в соотношении, мас.%:
Ферросилид ФС-17
60÷70
Сормайт №1
25÷20
Медь M1
15÷10
Все компоненты будущего сплава загружали в завалку в кислый кварцевый керамический тигель Fornax-T, объемом 110 мл, в виде навесок, из расчета на 50 гр. готового сплава, в следующей последовательности и форме: ферросилид в виде кусков, размером 3…5 мм; сормайт №1 в виде кусков, размером 3…5 мм; медь в виде обрубков медной проволоки, диаметром 0,5…1 мм, длиной 3…5 мм.
Полученные, по настоящему примеру, составы износостойкого сплава приведены в таблице 1 (см. Фиг. 1).
Затем, сверх завалки, в тигель добавляли 2…3 гр. графита, марки ГЛС и 3…5 гр. смеси жженной извести и мела (1:1), после чего содержимое тигля перемешивали, слегка встряхивая и постукивая, а затем полученную шихту покрывали слоем, толщиной 1…2 см, организуя пробку, из порошковой смеси безводной буры и сварочного флюса АН-348А(М), для очистки поверхности шихтовых материалов от окислов, раскисления ванны расплавленного металла, наведения шлака и предохранения готового сплава от окисления кислородом воздуха.
После чего тигель помещали в вертикальный соленоидный, водоохлаждаемый индуктор, выполненный из медной трубки, с D=10 мм, термоизолированный асбестом, и подключенный к промышленной ТВЧ-установке ЭЛСИТ-45-75/100, и осуществляли плавку при следующих параметрах: ток индуктора I=50…75%, частота ƒ=45…50 кГц, время t=80…120 с, с двумя остановами при 60 и 80 с, для снятия (слива) шлака через боковое отверстие тигля.
Плавку завершали по успокоению кипения металла в тигле, и прекращению выделения газов (исчезновение зеленоватого факела и искр).
Готовый жидкий сплав быстро выливали вместе со шлаком в ведро с горячей водой (85…95°C), и, после остывания, извлекали со дна в виде корольков, капель и шариков, предварительно снимая шлак с поверхности воды шумовкой и декантируя воду. После чего готовый сплав промывали водой, затем спиртом и ацетоном и сушили на воздухе. Сплав не притягивается магнитом! Выход готового износостойкого сплава (по материальному балансу исходных металлических компонентов плавки) составил 95…98%.
Пример 3. Получение шихты для индукционной наплавки износостойкого сплава, наплавка и исследование образцов
Для получения шихты для индукционной наплавки износостойкого сплава по настоящему изобретению использовали сплав, полученный по примеру 2, и флюс из борсодержащих компонентов, полученный по примеру 1.
Износостойкий сплав измельчали, сначала на наковальне, затем в чугунной ступке, и, наконец, в шаровой (планетарной) мельнице АГО-2С, после чего отбирали основную фракцию порошка, просеивая его через сито, с размером ячейки 0,315 мм.
Далее полученный порошок износостойкого сплава смешивали с порошком флюса из борсодержащих компонентов, приготовленном по примеру 1, взятыми в соотношениях, мас.%:
Износостойкий сплав
85÷88
Флюс из борсодержащих компонентов
15÷12
Шихту готовили отвешивая необходимое количество компонентов на весах ВЛР-200, из расчета на 0,5 кг готовой смеси, после чего навески компонентов объединяли и перемешивали встряхиванием в герметически закрытом жестяном барабане (банке), объемом 1 л, в течение 5…10 мин.
Полученные, по настоящему примеру, составы шихты для индукционной наплавки износостойкого сплава и температуры ее плавления, определенные методом плавления (деформации до полусферы) усеченного, порошкового конуса (ГОСТ 32978-2014, п. 7.1), приведены в таблице 2 (см. Фиг. 1). Температуру плавления конуса из шихты по настоящему изобретению и прототипа определяли пирометром Кельвин Компакт 1500/175Д по температуре деформации конуса до полусферы - НТ, °C.
Наплавка шихты, полученной по настоящему примеру, осуществлялась на предварительно подготовленные (вырезанные и зачищенные от окалины) образцы из сталей Ст3 и 65Г, размером 5(6)×50×50 мм, в количестве 10 шт. (по 5 образцов из каждой стали). Наплавочную шихту наносили на образцы по специальному шаблону-дозатору слоем, высотой 2…3 мм, и шириной 15…20 мм.
После чего осуществляли ТВЧ-нагрев и индукционную наплавку износостойкого сплава на подготовленные образцы, помещая их в водоохлаждаемый петлевой индуктор, выполненный из профилированной, медной трубки с D=16 мм, термоизолированный асбестом, и подключенный к промышленной ТВЧ-установке ЭЛСИТ-45-75/100. Наплавку осуществляли при следующих параметрах установки: ток индуктора I=90…95%, частота ƒ=65…75 кГц, время t=30…40 с.
После наплавки образцы термически обрабатывались, в соответствие с рекомендованными в справочниках для данных сталей режимами [Седов Ю.Е., Адаскин A.M. Справочник молодого термиста. - М.: Высшая школа, 1986. - 240 с.].
Изобретение также иллюстрируется следующими материалами:
Фиг. 1 - Таблица «Состав завалки в тигле, и некоторые свойства упрочняющих покрытий из износостойкого сплава системы Fe-Si-C-Cr-Cu-Mn-Ni», по примеру 2,
Фиг. 2 - Таблица «Состав шихты для индукционной наплавки износостойкого сплава, и некоторые свойства упрочняющих покрытий из сплава системы Fe-Si-C-Cr-Cu-Mn-Ni», по примеру 2,
Фиг. 3-а - химический состав износостойкого сплава системы Fe-Si-C-Cr-Cu-Mn-Ni одной из оптимальных плавок, по примеру 3.
Фиг. 3-б - состав покрытия из этого же материала (б.), полученного методом индукционной наплавки на образцы из стали 65Г, по примеру 3.
Фиг. 4-а - приведена структура микрошлифов (200х) износостойкого сплава системы Fe-Si-C-Cr-Cu-Mn-Ni одной из оптимальных плавок.
Фиг. 4-б - покрытие из этого же материала, полученного методом индукционной наплавки на образцы из стали Ст3, по примеру 3.
Обоснование оптимального качественного и количественного состава материалов по примерам 1-3.
Обоснование выбора материалов и состава предлагаемого в изобретении флюса на основе борсодержащих компонентов по примеру 1. Качественный компонентный и количественный состав флюса П-0,66 по примеру 1 является оптимизированным по совокупности соотношения его кислотно-основных свойств, восстановительной способности, плавкости и шлакоотделяющей способности в условиях индукционной наплавки, согласно [Ткачев В.Н., Фиштейн Б.М., Казинцев Н.В., Алдырев Д.А. Индукционная наплавка твердых сплавов. - М.: Машиностроение, 1970. - 182 с.].
2
2
2
Состав флюса из боросодержащих компонентов (бура, борный ангидрид, карбид бора), также является оптимизированным, но уже по технологическим и технико-экономическим критериям и определен на ми экспериментально. Так увеличение доли карбида бора в нем выше 20 мас.%, например, до 22…25%, вызывает резкое снижение его плавкости и текучести, а еще выше, например, до 25…27% - ведет к перерасходу этого наиболее дорогого компонента смеси. Снижение же в нем доли карбида бора ниже 15 мас.%, например, до 10…13%, вызывает снижение интенсивности процесса высокотемпературного раскисления твердого сплава, а также снижение интенсивности процесса ТВЧ-борирования, ведущего к образованию новых, твердых и сверхтвердых боридов FeB, FeB, CrB и легкоплавкой эвтектики Fe-B-FeB в наплавляемом покрытии [см. Мишустин Н.М., Иванайский В.В., Ишков А.В. Состав, структура и свойства износостойких покрытий, полученных на сталях 65Г и 50ХГА при скоростном ТВЧ-борировании // Известия Томского политехнического университета. - 2012. - Т. 320. - №2. - Сер.: Математика и механика. Физика. - С. 68-72]. Кроме того, изменение содержания флюса П-0,66, а именно, увеличение его доли выше 85 мас.%, например, до 87…89%, вызывает повышенное растекание готового шихтового материала при индукционной наплавке, и появление дефектов покрытия типа островковости. Снижение доли флюса П-0,66 ниже 80 мас.%, например, до 75…78%, вызывает ухудшение отделяемости его шлака от готового покрытия при остывании, и появление дефектов типа неметаллических включений.
4
Таким образом, оптимальным составом флюса на основе боросодержащих компонентов будет, мас.%: флюс П-0,66 - 80…85, ВС - 20…15.
Обоснование выбора материалов и состава предлагаемого в изобретении износостойкого сплава по примеру 2, для его последующей индукционной наплавки на упрочняемую деталь, базировалось на современных теоретических представлениях и передовом практическом опыте создания новых износостойких и наплавочных материалов.
2
7
3
7
3
2
3
Так например, использование в составе предлагаемого нового износостойкого сплава, экономно легирующего его элемента - хрома (вводимого в состав из Сормайта №1), предполагает такое его содержание в сплаве и далее - в наплавленном слое, которое, в совокупности с углеродом, будет минимально необходимо и достаточно для того, чтобы в нем могли образовываться хромо-карбидные эвтектики типа А+К, основными компонентами которых являются игольчатые карбиды хрома CrC и специальные карбиды (Cr,Fe)C, которые образуются только при определенном весовом (атомном) соотношение углерода и хрома в материале. Такие карбиды и спецкарбиды обладают более высокими эксплуатационными свойствами (главным образом, твердостью и износостойкостью), чем высшие карбиды CrC и карбиды в составе ледебуритной эвтектики, образующейся при индукционной наплавке большинства традиционных износостойких материалов - высоколегированных хромистых чугунов, твердых сплавов и псевдосплавов [см. Ткачев В.Н., Фиштейн Б.М., Казинцев Н.В., Алдырев Д.А. Индукционная наплавка твердых сплавов. - М.: Машиностроение, 1970. - 182 с.].
С другой стороны, одним из основных требований к структуре износостойких сплавов является их гетерогенность и наличие в более мягкой матрице, более твердых и износостойких компонентов (так называемое - правило Шарпи) [см. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): учебник, 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МСХА, 2001. - 616 с.]. Согласно этому эмпирическому правилу, так как в процессе износа более мягкие составляющие покрытия изнашиваются быстрее, то возрастает нагрузка на более износостойкие элементы структуры, тем самым снижая нагрузку на менее износостойкие. Среди всех упрочняющих покрытиях, наиболее твердыми фазами, в основном, являются бескислородные керамики: карбиды, а также другие твердые и сверхтвердые материалы, например, бориды и(или) силициды d-металлов, именно они и вносят основной вклад в сопротивление материала (покрытия) его износу - износостойкость.
Поэтому, содержание карбидов в единице объема структуры подобных сплавов стараются увеличить, иногда доводя их до 90-95 об.% [см. Войнов Б.А. Износостойкие сплавы и покрытия. - М.: Машиностроение, 1980. - 120 с.]. Однако в настоящее время ресурс твердости и, главное, износостойкости традиционных наплавочных материалов системы Fe-C-Cr, уже практически исчерпан. Решение этой проблемы в настоящем изобретении было найдено при использовании новых твердых, износостойких систем, например, системы Fe-Si-C, и системы Fe-B-C, и использованием в составе наплавочных материалов новых твердых и сверхтвердых компонентов (силицидных, боридных), совместно с управляемым карбидообразованием в традиционной системе Fe-C-Cr.
3
7
3
4
7
3
4
7
3
4
3
Поэтому, в настоящем изобретении, для создания основы нового износостойкого наплавочного материала с управляемым карбидообразованием, включающем более мягкую матрицу, и более твердые и износостойкие фазы-включения, были выбрали две марки чугуна: специальный, кислотостойкий чугун - ферросилид, марки ФС-17 и износостойкий, высокохромистый чугун - сормайт №1, причем доля первого чугуна заведомо берется много большей, чем второго. При этом ферросилид является поставщиком в новый материал сверхтвердых силицидов железа, а сормайт - карбидов хрома. Выбранные концентрационные границы содержания этих чугунов в новом износостойком сплаве объясняются следующим. При, относительно малых, содержаниях хрома в сталях образуется карбид железа - цементит FeC, в котором может быть растворено до 18…20 мас.% Cr. В высокохромистых же сплавах образуются спецкарбиды: (Cr,Fe)C и (Cr,Fe)C. Тригональный карбид хрома (Cr,Fe)C при этом растворяет от 30 до 50 мас.%, а кубический карбид (Cr,Fe)C - до 35 мас.% Fe. Из диаграммы же состояния системы Fe-Cr-С видно, что чем больше в сплаве углерода, тем при более высоких концентрациях хрома образуются интересующие нас карбиды (Cr,Fe)C и (Cr,Fe)C. Поэтому, чтобы исключить образование в наплавочном материале наименее износостойкого карбида цементитного типа (Fe,Cr)C при содержании в сплаве менее 1 мас.% углерода, достаточно 5…6% Cr, а при 2% С, нужно уже не менее 17…18% Cr.
Таким образом, использованием в изобретении в качестве износостойкого сплава - нового сплава системы Fe-Si-C-Cr-Cu-Mn-Ni (см. пример 2) обеспечивается: во-первых, более низкое содержание дефицитного легирующего элемента - хрома в новом материале, что позволяет решать одну из основных задач изобретения; и, во-вторых, после сплавления обеих чугунов (ФС-17 + Сормайт №1) в тигле и далее - на упрочняемой поверхности, образуется сплав, который по своему химическому брутто-составу оказывается близким уже не к чугунам (в «классической» системе Fe-C), а к среднелегированным хромистым сталям, с повышенным содержания кремния! Но сталью, (в терминологии «классической» системы Fe-C) новый материал все же не является, так как его основой является уже новая система Fe-Si. Поэтому решается и основная задача изобретения - при повышении стойкости материала к знакопеременным ударным нагрузкам (за счет высокой пластичности сталей), материал по-прежнему не теряет и высокой твердости и износостойкости чугунов.
Как показали результаты химического анализа, после расплавления наплавочной шихты на упрочняемой поверхности детали химический состав сплава содержит 7…10% хрома и до 1,0…1,4% углерода, что и обеспечивает получение специальных карбидов в износостойком слое. При этом медь, специально вводимая в износостойкий сплав, и привносимый сормайтом никель, образуют новую немагнитную фазу основы сплава, и также повышают ударную вязкость материала (см. Фиг. 3-а, б).
Как видно из данных, приведенных на Фиг. 3, полученный при плавке материала оптимальный баланс элементов Fe, Si, Cr и С, сохраняется и при нанесении его методом индукционной наплавки на упрочняемую поверхность детали, что позволяет обеспечить заданный комплекс потребительских характеристик покрытия, а именно: высокую твердость, износостойкость при трении в абразивной среде (почве), высокую коррозионную стойкость, повышенную стойкость к знакопеременным ударным нагрузкам и пр. А высокая технологичность шихты обеспечивается немагнитностью ее металлического компонента и более низкими температурами плавления основных компонентов (ферросилида, сормайта и меди), чем у прототипа.
Приведенный состав износостойкого сплава по примеру 2 и шихты для его индукционной наплавки по примеру 3, являются оптимальными и определены нами экспериментально, для чего по примеру 2 готовились различные составы, и далее, по примеру 3, осуществлялась наплавка образцов и исследование их свойств (см. таблицы 1, 2).
э
Так, в случае увеличения в составе износостойкого сплава доли ферросилида выше 70 мас.%, например, до 72…75% время наплавки увеличивается на 11…15%, а при уменьшении его доли менее 60 мас.%, например до 55…58%, значительно снижается твердость наплавленного слоя, до 52…54 HRC. При увеличении содержания сормайта, в составе шихты, выше 25 мас.%, например, до 27…30%, время наплавки также увеличивается на 11…15%, а при уменьшении количества сормайта в наплавочной шихте, менее 20 мас.%, например, до 15…18%, наплавленный слой имеет уже также, как и в предыдущем случае, недостаточную твердость.
Увеличение доли меди в составе износостойкого сплава выше 15 мас.%, например, до 20…22%, значительно понижает твердость наплавленного слоя, а уменьшение ее доли, ниже 10 мас.%, например, до 7…8%, вызывает появление в нем дефектов типа трещин, пор, пепроплава.
Таким образом, оптимальный состав износостойкого сплава содержит, мас.%: ферросилид ФС-17 - 60…70; сормайт №1 - 25…20; медь M1 - 15…10 (см. строки 1, 2 и 3 таблиц 1, 2).
Состав шихты для индукционной наплавки износостойкого сплава по примеру 3, также является оптимальным. Так увеличение в ней доли нового износостойкого сплава выше 88 мас.%, например, до 89…90%, вызывает образование таких дефектов покрытия как: трещины, наличие областей непроплавления и осыпания части твердого сплава. А уменьшение его доли менее 85 мас.%, например, до 80…83%, вызывает появление дефектов типа несплошностей покрытия. Увеличение же доли флюса из боросодержащих компонентов выше 15 мас.%, например, до 17…19%, вызывает, как и ранее (при описании оптимального состава по примеру 1) - повышенное растекание готового шихтового материала при индукционной наплавке, и появление дефектов покрытия типа островковости, а снижение его доли ниже 12 мас.%, например, до 8…10% - ухудшение отделяемости его шлака от готового покрытия при остывании, и появление дефектов типа неметаллических включений.
Повышение доли сплава системы Fe-Si-C-Cr-Cu-Mn-Ni в шихте для индукционной наплавке по примеру 3 выше 88 мас.%, например, до 90…92%, также ведет к перерасходу материала при наплавке, его недостаточному расплавлению, комкованию, а снижение его доли ниже 85 мас.%, например, до 80…83% - приводит к снижению толщины, твердости и износостойкости покрытия. Кроме того, при таком оптимизированном составе шихты температура ее плавления составила 1190…1220°C, что на 10…100°C меньше чем у прототипа, и на 50…110°C меньше, чем у аналога.
Таким образом, как видно из данных, приведенных в таблицах 1, 2, по результатам проведенных испытаний, оптимальный(ые) результаты) изобретения достигаются при содержании компонентов, отвечающих 1, 2 и 3 строкам таблиц.