Разработка и исследование керамических флюсов для изнсостойкой наплавки высокой твердости, не требующей термической обработки

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 241 1975

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ ФЛЮСОВ ДЛЯ ИЗНСОСТОЙКОЙ НАПЛАВКИ ВЫСОКОЙ ТВЕРДОСТИ, НЕ ТРЕБУЮЩЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Ю. А. ЕВТЮШКИН

Свойства наплавленного металла в основном определяются его химическим составом и термической обработкой. Химический состав наплавленного металла изменяется в необходимых пределах за счет введения различных легирующих элементов. Из них наиболее дешевыми и доступными являются углерод, марганец, кремний, хром, титан. Они позволяют получать определенный комплекс механических свойств и износоустойчивость металла при истирании.

Для получения необходимого химического состава наплавленного металла используют легирование через присадочную проволоку, флюс, основной металл.

Выбор химического состава наплавленного металла можно произвести, используя структурные диаграммы (рис. 1). Затем с помощью коэффициентов усвоения рассчитываются химический состав электродной проволоки и флюса. В данном случае мы используем керамический флюс, так как он обладает большей легирующей способностью по сравнению с плавленным.

Коэффициент усвоения легирующего элемента может быть представлен в виде следующего выражения:

х =_[Э]ш_

УСВ'ЭЛ' а [Э]0.м. + (1 - а - Т) [Э]э.п. + Т [Э]а '

где

Хусъ. эл. — суммарный коэффициент усвоения элемента;

[Э]ш — количество элемента в металле наплавки;

[Э]ом,[Э]э.п. [Э]а - количество этого элемента соответственно в ос новном металле, электродной проволоке и ме таллической добавке в керамический флюс; а, (1—а), 7 — доли участия в образовании металла сварного шва соответственно основного маталла, электродной проволоки и металлической добавки во флюсе.

Суммарно долевое участие всех составляющих металла шва равно единице. При этом доля основного металла в первом слое наплавки (а), в зависимости от режима наплавки составляет 0,2-^0,3.

По опытам К. В. Любавского [1] доля участия металлической добавки флюса в составе шва ( у ) определяется количеством ее во флюсе. Зависимость величины ( у ) от общего содержания металлической добавки вгО флюсе видна из графика (рис. 2). Из графика видно, что эта зависимость может быть выражена формулой

V 10

1 У

/ /

/ / У

и 'У

1

0,20 0.40 0.60 0,80 Содержание углерода. %

Рис. 1. Структурная диаграмма

0,8 0,6 0,4 0.2

° 5 10 15 20 25 %

металлическая додабт #о <рлюсе

Рис. 2. График зависимости величины 7 от общего содержания металлической добавки во флюсе

где

Ме — содержание металлической добавки во флюсе.

Пример расчета керамических флюсов.

По требованию, предъявляемому к наплавленному металлу условиями эксплуатации, необходима его твердость 45-^50 НИС, Твердость эту обеспечивает феррито-карбидная смесь в виде троостита. Данную структуру, согласно диаграмме, можно получить в стали с содержанием углерода 0,2% и хрома 4%.

Для обеспечения химического состава наплавленного металла рассчитываем химический состав керамического флюса. Коэффициент перехода хрома из керамического флюса на фтористо-кальциевой основе равен 0,85, для углерода 0,46 [2]. Так как легирование производим флюсом, то расчетная формула принимает вид:

]Э]

усе, эл.

Т-[Э],

Определяем значение коэффициента по графику (рис. 2) для 25% металлической добавки во флюсе

Т=0,7.

Находим необходимое содержание хрома в металлической добавке.

[Э]ш

тогда

[Э]а [Э]а.сг -

7 * -^усв, эл,

4%

= 6,6%.

0,7-0,85

Необходимое содержание феррохрома во флюсе, если в нем содержится 56% хрома, равно 12%.

6* 83.

Для определения химического состава флюса был изготовлен ряд керамических флюсов. Наиболее подходящим оказался флюс следующего состава: ,

Мрамор —42%;

Плавиковый шпат — 18%;

Ферромарганец — 4%;

Ферросилиций — 8%;

Ферротитан — 11 %;

Феррохром — 15%.

При легировании металла наплавки проволокой Св-10Х5М был использован флюс:

Мрамор •— 53%;

Плавиковый шпат — 17%;

Ферромарганец — 6%;

Ферросилиций - 9%;

Ферротитан -13%;

Графит - 2%.

Результаты экспериментов следующие. По флюсам № 1 и № 2. нвс

-

\

»оплавленный металл

• Г  -

ШрР

" V *

рЩйг^

Л

щшш

Основной металл

Рис. 5. Микроструктура наплавленного металла под флюсом № 1

ИЙС

50 46

57

направленный металл

Основной металл

?ис.. 3, 4. Кривые изменения твердости наплавленного и основного металлов

Рис. 6. Микроструктура наплавленною металла под флюсом № 2

Изменение твердости показано на рис. 3, 4. Микроструктура наплавленного металла под данными флюсами показана соответственно на рис. 5, 6 и представляет собой смесь, состоящую из перлита с сорбитом, перлита с трооститом и бейнита. 84

Выводы

1. Приведенный метод расчета флюсов позволяет получить достаточно точно химический состав наплавленного металла.

2. Флюс № 1 дает возможность производить износостойкую наплавку простой сварочной проволокой в случае отсутствия легированной электродной проволоки.

3. Флюс № 2 является защитным, поэтому износостойкую наплавку можно производить только легированной электродной проволокой.

4. Окончательные выводы могут быть получены после производственных испытаний.

ЛИТЕРАТУРА

1. К. В. Л ю б а в с к и й. Металлургия сварки сталей наплавлением. 1961.

2. Г. Л., Петров, А. С. Т у м а р е в. Теория сварочных процессов. М., 1967.