ШИХТА ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКИ ИЗНОСОСТОЙКОГО СПЛАВА Российский патент 1998 года по МПК B23K35/36 

Изобретение относится к области наплавки металлических изделий твердосплавными материалами, а именно к материалам, предназначенным для индукционной наплавки деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок с абразивным изнашиванием, в частности, при изготовлении молотов дробилок, зубьев экскаваторов, деталей земснарядов и т.д.

Известны покрытые электроды марки 12 АН/ЛИВТ для наплавки деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок с абразивным изнашиванием [1] . Наплавленный металл этих электродов содержит углерод, кремний, марганец, хром, серу, фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,8 - 1,1
Кремний - 1,2 -1,8
Марганец - 4,0 - 5,6
Хром - 6,0 - 8,0
Сера - ≤ 0,03
Фосфор - ≤ 0,04
Однако при наплавке известными электродами происходят выгорание легирующих элементов, перегрев и расплавление поверхностного слоя основного металла. В результате перегрева происходит понижение механических свойств основного металла, а также разбавление наплавленного металла металлом основы, что в свою очередь приводит к понижению механических свойств и износостойкости наплавленного металла.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является шихта для индукционной наплавки [2], содержащая твердый сплав и флюс на основе борсодержащих компонентов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Твердый сплав - 77,0 - 87,5
Карбид бора - 0,5 - 5,0
Флюс на основе борсодержащих компонентов - Остальное
В качестве твердого сплава использован сормайт. Флюс на основе борсодержащих компонентов включает 5,2 - 11,1 мас.% борного ангидрида, 5,0 - 5,4 мас. % буры и 1,5 -1,8 мас.% силикокальция. Эта шихта применяется для наплавки деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания без заметных ударных нагрузок.

Основными недостатками описанной шихты являются низкая динамическая прочность наплавленного металла в условиях абразивного трения с ударными нагрузками, т.к. предел прочности при растяжении ниже 6 • 10⁷ н/м², а также неудовлетворительные технологические условия наплавки вследствие высокой температуры плавления шихты (около 1300^oC), что приводит к перегреву основного металла и понижению его механических свойств.

Сущность изобретения заключается в том, что шихта для индукционной наплавки износостойкого сплава, содержащая твердый сплав и флюс на основе борсодержащих компонентов, в качестве твердого сплава содержит хромомарганцовистую аустенитную сталь с содержанием углерода в количестве 0,10 - 0,35% к массе стали и дополнительно - аустенитный марганцовистый чугун при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Аустенитная хромомарганцовистая сталь с содержанием углерода в количестве 0,10 - 0,35%к массе стали - 55,0 - 70,0
Аустенитный марганцовистый чугун - 18,0 - 33,0
Флюс на основе борсодержащих компонентов - 12,0 - 15,0
Техническим результатом является повышение динамической прочности наплавленного металла в условиях абразивного трения с ударными нагрузками, а также улучшение технологических условий наплавки вследствие понижения температуры плавления шихты, приводящего к исключению перегрева основного металла.

Повышение динамической прочности наплавленного металла в условиях абразивного трения с ударными нагрузками обеспечивается за счет того, что микроучастки наплавленного металла, соответствующие местам расплавленного чугуна, после наплавки и нормализации превращаются в аустенитную марганцовистую сталь с высокой пластичностью и высокой способностью к наклепу при ударных нагрузках в результате диффузии углерода из чугуна в хромомарганцовистую аустенитную сталь. В то же время хром в хромомаргонцовистой аустенитной стали, соединяясь с углеродом, диффундирующим из чугуна, превращается в карбиды хрома, придавая наплавленному слою высокую абразивную износостойкость.

Понижение температуры плавления шихты, приводящее к отсутствию перегрева основного металла, достигается путем введения в шихту аустенитного марганцовистого чугуна (температура плавления которого соответствует 1140^oC).

Введение в состав шихты для индукционной наплавки износостойкого сплава аустенитной хромомарганцовистой стали в количестве 55,0 - 70,0 мас.% является оптимальным, т. к. при содержании этой стали в составе шихты менее 55,0 мас.% происходит снижение динамической прочности наплавленного металла из-за повышенного содержания в нем углерода, а при содержании этой стали в составе шихты более 70,0 мас.% происходит снижение абразивной износостойкости наплавленного металла при работе в условиях интенсивного абразивного износа из-за пониженного содержания углерода в наплавленном металле и уменьшения процента перехода хрома из твердого раствора в карбиды.

Содержание углерода в количестве 0,10 - 0,35% к массе стали является оптимальным, т. к. количество углерода менее 0,10% к массе стали нецелесообразно, а при содержании углерода более 0,35% к массе стали происходит повышение содержания углерода в наплавленном металле и, следовательно, снижение пластичности.

Введение в состав шихты аустенитного марганцовистого чугуна в количестве 18,0 -33,0 мас.% является оптимальным, т.к. при содержании аустенитного марганцовистого чугуна менее 18,0 мас.% ухудшаются технологические свойства шихты: увеличивается время наплавки, затрудняется получение равномерной толщины наплавленного слоя, понижается относительная износостойкость к абразивному износу, а при содержании аустенитного чугуна более 33,0 мас.% происходит заметное снижение прочности, способности к наклепу при ударных нагрузках и износостойкости (см. табл. 2).

Введение в состав шихты флюса на основе борсодержащих компонентов в количестве 12,0 - 15,0 мас.% является оптимальным, т.к. при таком содержании флюса обеспечиваются необходимые технологические условия процесса наплавки и отвода шлаков на поверхность наплавленного слоя.

Пример конкретного выполнения.

Для получения шихты для индукционной наплавки износостойкого сплава готовили пять смесей компонентов, содержащих аустенитную хромомарганцовистую сталь с содержанием углерода в количестве 0,10 - 0,35% к массе стали - сталь марки 30Х10Г10Т, аустенитный марганцовистый чугун - чугун марки ЧГ15 и флюс на основе борсодержащих компонентов, включающий 5,2 - 11,1 мас.% борного ангидрида, 5,0 - 5,4 мас.% буры, 1,5 -1,8 мас.% силикокальция, отличающиеся друг от друга процентным содержанием компонентов, и смесь компонентов, описанную в шихте для индукционной наплавки - прототипе (см. таблицу 1).

Флюс на основе борсодержащих компонентов в шихте - прототипе включает 5,2 -11,1 мас. % борного ангидрида, 5,0 - 5,4 мас.% буры, 1,5 - 1,8 мас.% силикокальция.

Каждую смесь тщательно перемешивали, после чего шихту наносили на обрабатываемую поверхность и проводили индукционную наплавку.

Механические свойства наплавленного металла после наплавки и последующей нормализации от 1050^oC, а также относительная износостойкость приведены в таблице 2. Испытания на относительную износостойкость слоя, наплавленного предлагаемой шихтой, и слоя, наплавленного шихтой - прототипом, проводили на пластинах 40 х 40 х 10 мм³, наплавленных слоем толщиной 2 мм.

Пластины крепили на внутренней боковой поверхности барабана, заполненного песком и шарами из отбеленного чугуна. Скорость вращения барабана - 15 об/мин. , время испытания - 300 час. Износ оценивали по потере массы наплавленного слоя.

Металл, наплавленный предлагаемой шихтой, имеет структуру аустенита с равномерно распределенными карбидами хрома.

Как следует из таблиц 1 и 2, предлагаемый состав шихты для индукционной наплавки обладает оптимальными свойствами (см. составы 1, 2 и 3), т.к. он обеспечивает предпочтительные по сравнению со составом шихты для индукционной наплавки по прототипу предел прочности 96•10⁷ - 100•10⁷н/м², твердость слоя, НВ, после наплавки 250 - 260 ед., твердость слоя, НВ, после наклепа 455 - 465 ед., относительная износостойкость 1,85- 2,0.

Таким образом, использование предлагаемой шихты для индукционной наплавки износостойкого сплава по сравнению с прототипом приводит к повышению прочности наплавленного слоя, обеспечивает высокую способность к наклепу при ударных нагрузках, в результате чего наплавленный слой обладает повышенной износостойкостью при работе наплавленных изделий в условиях интенсивных ударных нагрузок с абразивным износом (износостойкость наплавленного слоя увеличивается в 2 раза).

Источники информации.

1. Наплавочные материалы стран - членов СЭВ. Каталог (Координационный центр по проблеме "Сварка", Международный центр научной и технической информации). - Киев - Москва, 1979, с. 143.

2. Авторское свидетельство СССР N 532498, кл. B 23 K 5/36 (прототип).

Шихта для индукционной наплавки износостойкого сплава, содержащая следующие компоненты, мас.%: аустенитная хромомарганцевая сталь (с содержанием углерода 0,10-0,35) 55-70,0, аустенитный марганцовистый чугун 18,0-33,0, флюс на основе борсодержащих компонентов 12,0-15,0. Техническим результатом изобретения является повышение динамической прочности наплавленного износостойкости наплавленного слоя в условиях абразивного трения с ударными нагрузками, а также улучшение технологических условий наплавки вследствие понижения температуры плавления шихты, приводящего к исключению перегрева основного металла. 2 табл.

Шихта для индукционной наплавки износостойкого сплава, содержащая твердый сплав и флюс на основе борсодержащих компонентов, отличающаяся тем, что она содержит в качестве твердого сплава аустенитную хромомарганцовистую сталь с содержанием углерода 0,10 - 0,35% к массе стали и дополнительно аустенитный марганцовистый чугун при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Аустенитная хромомарганцовистая сталь с содержанием углерода 0,10 - 0,35 - 55,0 - 70,0
Аустенитный марганцовистый чугун - 18,0 - 33,0
Флюс на основе борсодержащих компонентов - 12,0 - 15,0р