ПЛАВЯЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОД Российский патент 1996 года по МПК B23K35/30 B23K35/02 C22C38/48 

Изобретение относится к сварке и наплавке, в частности, к плавящимся электродам, используемым для наплавки штампового инструмента мартенситностареющими сталями.

Известны мартенситностареющие стали, которые могут быть использованы для износостойкой наплавки. Традиционным упрочнением этих сталей является содержание Ti и Al, которые образуют при старении упрочняющие интерметаллидные фазы в основном с Ni.

Однако, введение Ti и Al в заданном количестве в наплавленный металл создает трудности в процессе наплавки, из-за большого сродства их к кислороду.

Близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению является износостойкий сплав, имеющий следующий состав, мас.

углерод 0,03 0,18
кремний 0,8 0,4
марганец 0,4 0,6
хром 1,0 3,0
никель 7,0 9,0
молибден 11,0 13,0
ниобий 0,6 2,5
железо остальное [1]
Этот сплав типа Х2НВМ126 не содержит Ti и Al и имеет существенное преимущество перед аналогами при использовании для наплавочных работ. Упрочнение прототипа происходит за счет образования интерметаллидных упрочняющих фаз с участием молибдена, который имеет меньшее сродство к кислороду по сравнению с Ti и Al и поэтому создает меньше трудностей при наплавке. Образование упрочняющих фаз с молибденом типа (Fe, Ni)₂Mo, Ni₃Mo и других приводит к получению стабильных свойств сплава, что очень важно при наплавке ответственных изделий. При этом сплав характерен относительно низкой твердостью 34 36 HRCэ после многослойной наплавки, что дает возможность удовлетворительно обрабатывать его режущим инструментом. После старения в печи при 500 550^oC (1 2 часа) или температурах эксплуатации твердость может повышаться до 55 HRCэ за счет образования упрочняющих фаз. Это способствует повышению износостойкости изделий, в частности, штампового инструмента.

Однако, мартенситностареющие сплавы относятся к труднодеформируемым материалам и получение цельнотянутых сплошных проволок затруднено, особенно малых диаметров 1,2 2,0 мм, используемых для механизированной наплавки, из-за низких технологических свойств при переделе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является прототип плавящийся электрод для электродуговой сварки [2] Известный плавящийся электрод выполнен в виде проволоки из стальной оболочки и сердечника из молибдена, при этом его диаметр составляет 0,07 0,5 диаметра электрода.

Недостатком прототипа являются его низкие технологические свойства при переделе, которые объясняются тем, что в известном плавящемся электроде труднодеформируемый молибден весь введен в сердечник, что затрудняет условия прокатки.

Целью предполагаемого изобретения является повышение технологических свойств проволоки для износостойкости наплавки мартенситностареющей стали при изготовлении.

Цель изобретения достигается тем, что в плавящемся электроде, выполненном в виде проволоки из стальной оболочки и молибденового сердечника, оболочка выполнена из стали, содержащей, мас.

углерод 0,03 0,18
кремний 0,2 0,4
марганец 0,4 0,6
хром 1,0 3,0
никель 7,0 9,0
молибден 5,0 7,0
ниобий 0,6 2,5
железо остальное,
а сердечник составляет 6,0% от веса проволоки.

Таким образом сердечник состоит из молибдена, который составляет 6,0% от веса проволоки, а остальная часть молибдена проволоки в количестве 5,0 7,0 вес. находится в ее оболочке.

Плавящийся электрод был опробован в производственных условиях. При этом оболочки для передела были отлиты с химосоставом, приведенным в таблице 1 и затем прокованы и обработаны резанием на размеры: диаметр 95 мм, длина 450 мм. Данные приведены в табл. 1.

Диаметр осевого отверстия для сердечника-стержня зависел от степени легирования молибденом через оболочку и стержень.

Полученные заготовки подвергались прессованию на штанги диаметром 40 мм и прокатывались на катанку диаметром 7 мм. Затем осуществлялось волочение по единому маршруту, принятому для технологических высоколегированных сталей 7,0-6,4-5,9-5,4-5,0 термообработка + подготовка поверхности - 4,1-3,4-2,9-2,5 термообработка + подготовка поверхности 2,0-1,6-1,2.

По приведенной схеме техпроцесса было исследовано в переделе шесть вариантов заготовок с различным содержанием молибдена в оболочке и сердечнике, суммарное содержание молибдена составляло 12 вес. Оценку технологических свойств давали при ковке по количеству выносов, прессования и прокатке - выходу годного металла для дальнейшего его передела, волочении получению минимального диаметра без обрыва проволоки на переходах маршрута. Содержание молибдена в оболочке и сердечнике в вес. а также средние данные результатов исследования по трем заготовкам каждого варианта при переделе представлены в табл. 2.

Исследования показали, что при свободной ковке оболочки с повышением содержания молибдена более 7 вес. (вариант 1 и 6) количество выносов увеличивается соответственно до 4 и 5. Варианты 2, 3, 4, 5 имели наименьшее количество выносов 3. Это связано с понижением пластических свойств сталей при повышении содержания молибдена и образованием значительного количества упрочняющей фазы, особенно на последних стадиях ковки. Выделяемая фаза имела дискообразную форму. При визуальном осмотре металла трещин не наблюдалось.

После прессования заготовок (оболочка + сердечник) на штангу диаметром 40 мм варианты 1 и 6 имели небольшие продольные и поперечные трещины на начальном и конечном участках штанги. После удаления дефектных мест выход годного металла составил соответственно 80 и 70% У штанг варианта 5 наблюдалось некоторое смещение передней части оболочки относительно сердечника стержня в сторону, обратную направлению прессования. Это обусловлено повышенной разницей пластических свойств оболочки и сердечника с наибольшим диаметром. В связи с этим нарушаются условия совместного пластического деформирования в начальный момент прессования. Выход годного металла по варианту 5 составил 90% вариантов 2, 3, 4 100% Штанги годного металла для дальнейшего передела - прокатки не мели трещин и расслоений, качество поверхности удовлетворительное.

Прокатка штанг на катанку диаметром 7 мм в целом прошла удовлетворительно, хотя на вариантах 1 и 6 наблюдались на отдельных участках расслоения. После удаления дефектного места выход годного металла составил 80% с ухудшенным качеством поверхности в сравнении с остальными вариантами. Выход годного металла вариантов 2, 3, 4, 5 составил 100%
Таким образом, анализируя результаты передела, связанного с нагревом и охлаждением металла, можно сделать вывод, что наилучшими технологическими свойствами обладают заготовки вариантов 2, 3 и 4. Они имеют наименьшее количество выносов при ковке, наибольший выход годного металла после прессования и прокатки.

Волочение катанки осуществляли до минимального диаметра, при получении которого не наблюдалось обрывов проволоки. Было установлено, что катанку варианта 6 (прототип) можно протянуть на диаметр 5,4 мм, вариант 1 3,4 мм, вариант 5 2,9 мм. При этом характер обрыва проволок варианта 1 отличается от варианта 5. В первом случае обрыв происходил вначале по оболочке, а во втором по сердечнику. Цель получения малых диаметров (1,2 2,0 мм) была достигнута на проволоках вариантов 2, 3, 4, технологические свойства которых позволили протянуть их на диаметры соответственно 1,4; 1,2; 1,4 мм. При волочении проволок вариантов 2 и 4 с 1,6 мм на 1,2 мм наблюдались обрывы, поэтому степень деформации была уменьшена с получением диаметра 1,4 мм. Без обрыва на минимальный диаметр 1,2 была протянута проволока варианта 3. Отсюда следует, что суммарная степень деформации при волочении вариантов 2, 3, 4 превысила вариант 6 (прототип) в 4,6 3,5 раза.

Исследование микроструктуры вдоль и поперек проволок показало равномерную толщину оболочки относительно сердечника.

Исследование влияния компонентов, содержащихся в стали оболочки, кроме молибдена, не проводились, так как эти компоненты не оказывают влияния на процесс металлургического передела. Соотношение размеров оболочки и сердечника вторичный признак, который будет определяться содержанием в них молибдена.

Изготовлена промышленная партия плавящихся электродов из композитной цельнотянутой проволоки малых диаметров от 2,0 до 1,2 мм по вариантам 2, 3, 4. Проведены опытные наплавки под слоем флюса в среде аргона и углекислого газа, воздуха (без защиты). Наплавленный металл имеет хорошее формование, без пор и шлаковых включений.

Предполагаемый экономический эффект от использования заявляемого плавящегося электрода для износостойкой наплавки мартенситностареющей стали составляет 54 тыс. рублей за счет повышения технологичности в металлургическом переделе. ТТТ1

Использование: наплавка штампового инструмента. Сущность изобретения: плавящийся электрод выполнен в виде проволоки с молибденовым сердечником, помещенным в стальную оболочку. Оболочка содержит, мас.%: углерод 0,03 - 0,18, кремний 0,2 - 0,4, марганец 0,4 - 0,6, хром 1,0 - 3,0, никель 7,0 - 9,0, молибден 5,0 - 7,0, ниобий 0,6 - 2,5, железо - остальное. Сердечник составляет 6% от веса проволоки. Повышается технологичность при изготовлении проволоки. 2 табл.

Плавящийся электрод, выполненный виде проволоки из стальной оболочки и молибденового сердечника, отличающийся тем, что, с целью повышения технологических свойств при изготовлении проволоки для износостойкой наплавки мартенситностареющей стали, оболочка выполнена из стали, содержащей, мас.

Углерод 0,03 0,18
Кремний 0,2 0,4
Марганец 0,4 0,6
Хром 1,0 3,0
Никель 7,0 9,0
Молибден 5,0 7,0
Ниобий 0,6 2,5
Железо Остальное
а сердечник составляет 6% от веса проволоки.