ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ НАПЛАВКИ Российский патент 2003 года по МПК B23K35/368 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к наплавочным материалам, используемым для наплавки на поверхность деталей, работающих при больших удельных давлениях и повышенных температурах (валки горячей прокатки, штампы горячей штамповки и т.д.).

Известна порошковая проволока для наплавки под слоем флюса валков горячей прокатки (авт. св. 449790, В 23 К 35/30, В 23 К 35/36, 05.03.73.), состоящая из следующих компонентов, вес.%:
Феррохром - 6-8
Ферромолибден - 5,5-8,0
Феррованадий - 0,8-1,8
Ферросилиций - 0,5-2,0
Ферромарганец - 0,2-1,0
Графит - 0,05-0,25
Кремнефтористый натрий - 1,5-3,5
Ферровольфрам - 3,5-5,0
Железный порошок - 3,0-14,0
Оболочка - Остальное
Данный состав наплавочной порошковой проволоки за счет указанных компонентов шихты и их соотношений обеспечивает получение наплавленного металла с хорошими эксплуатационными показателями теплостойкости, пластичности и износостойкости следующего химического состава, маc. доля %: углерод 0,25-0,40; хром 3,1-4,5; марганец 0,5-1,2; кремний 0,7-1,2; молибден 2,3-3,4; ванадий 0,2-0,7; вольфрам 2,2-3,0.

Однако применение данной проволоки возможно только при наличии специального оборудования для наплавки под слоем флюса, так как отсутствие в составе шихты в необходимом количестве шлако- и газообразующих компонентов не позволяет использовать данную порошковую проволоку для наплавки открытой дугой.

Для улучшения сварочно-технологических свойств, возможности ведения наплавки открытой дугой и защиты наплавленного металла от воздействия воздуха в состав шихты дополнительно введены рутил, плавиковый шпат и мрамор.

Кроме того, для повышения показателей износостойкости и пластичности наплавленного металла в состав шихты дополнительно введен ферроцерий при следующем соотношении компонентов шихты, маc.%:
Хром - 15-22
Ферромолибден - 10-17
Феррованадий - 2-5
Карбид вольфрама - 10-15
Ферромарганец - 3-7
Ферросилиций - 3-8
Ферроцерий - 0,1-1,0
Рутил - 15-17
Плавиковый шпат - 13-15
Мрамор - 3,5-7,0
Причем коэффициент заполнения составляет 30%.

Вышеприведенный состав шихты порошковой проволоки позволяет получить наплавленный металл со следующим содержанием легирующих компонентов:
Углерод - 0,30-0,35
Хром - 3,5-4,5
Марганец - 0,8-1,4
Кремний - 0,7-1,2
Молибден - 2,2-3,0
Ванадий - 0,4-0,6
Вольфрам - 2,0-2,8
Церий - 0,05-0,08
Введение в состав порошковой проволоки ферроцерия позволяет микролегировать и модифицировать литую структуру наплавленного металла, благодаря чему измельчаются первичные кристаллы, уменьшаются размер и количество неметаллических включений, изменяется характер их распределения в металле, повышаются его износостойкость и вязкость.

Вольфрамсодержащий компонент введен в состав шихты в виде карбида вольфрама. При дуговой наплавке в высокотемпературной области дуги происходит частичное разложение частиц карбида вольфрама на углерод и вольфрам, растворение которых в мартенсите сопровождается образованием сложных карбидов (Fe, W) С, уменьшающих склонность к выкрошиванию, снижающему эффективность использования сталей для штампов горячего деформирования.

Кроме того, неразложившиеся частицы эвтектики WC+W₂C, равномерно распределенные в наплавленном металле в виде микровключений, способствуют повышению износостойкости наплавленного металла.

Газошлакообразующие компоненты - рутил, плавиковый шпат и мрамор, введенные в указанных количествах, обеспечивают надежную защиту наплавляемого металла от окисления кислородом воздуха, предотвращают появление пор и позволяют получать легко отделяемую шлаковую корку.

Для испытания наплавленного металла на износ и пластичность были изготовлены три варианта порошковых проволок (табл.1) путем заполнения оболочки из низкоуглеродистой стальной ленты 08 кп смесью компонентов (К₃=30%) с последующей протяжкой на шестибарабанном волочильном стане до получения заданного диаметра.

Испытывали три варианта порошковых проволок в соответствии с изобретением. Одновременно испытывалась известная порошковая проволока (прототип) со следующим составом шихты, маc.%:
Феррохром - 22,5
Ферромолибден - 17,0
Феррованадий - 4,5
Ферросилиций - 3,0
Графит - 0,5
Кремнефтористый натрий - 6,0
Ферровольфрам - 14,0
Железный порошок - 27,0
Причем коэффициент заполнения составляет 35%.

Наплавка образцов проводилась открытой дугой на полуавтомате А 765 без дополнительной защиты наплавленного металла на режиме: Ток I_д 220-240 А, напряжение дуги U_д 22- 24 В, скорость подачи V_э 175-190 м/ч, вылет электрода L _э 30-40 мм.

Наплавка прототипа производилась под флюсом АН-20 на режиме: ток I_д 180-200 А: напряжение U_д 24-26 В, скорость подачи проволоки V_э 120 м/ч, шаг наплавки 5 мм, ток постоянный, полярность обратная.

Для оценки износостойкости образцы наплавленного металла испытывали на машине трения СМЦ-2. Время испытания 10 мин, скорость скольжения в схеме "диск - колодка" U = 0,85 м/с, нагрузка прижатия испытываемых образцов 20 Н. Относительный износ, определяемый с помощью аналитических весов с точностью до 0,001 г, оценивали по изменению массы образца, причем за единицу принят абсолютный износ образца прототипа.

Пластичность оценивали по ударной вязкости материала на образцах без надреза размером 10 х 10 х 55 мм.

В таблице 2 приведены результаты испытаний на износ и ударную вязкость.

Испытания показали, что введение в состав шихты ферроцерия до 0,5% и карбида вольфрама вместо ферровольфрама повышает показатели износостойкости и пластичности по сравнению с прототипом в 1,3 раза.

Пониженные показатели износостойкости и ударной вязкости, полученные для варианта 1, позволяют судить о правильности выбранных пределов содержания легирующих компонентов.

В ходе наплавки образцов оценивались также сварочно-технологические свойства порошковых проволок (табл.3).

Установлено, что введение в состав шихты усредненного или максимального содержания шлакообразующих компонентов от заявленного уровня позволяет стабилизировать горение сварочной дуги, снизить коэффициент разбрызгивания, получить на поверхности металла тонкую шлаковую корку с отличной отделимостью.

Снижение содержания шлакообразующих компонентов (вар.3) хотя и позволяет предельно легировать наплавленный металл и получить хорошие результаты износостойкости, твердости и пластичности, неблагоприятно влияет на сварочно-технологические свойства при наплавке открытой дугой, повышая разбрызгиваемость, ухудшая стабильность горения дуги и отделимость шлаковой корки.

Изобретение может быть использовано для наплавки на поверхность деталей, работающих при больших удельных давлениях и повышенных температурах, в частности валков горячей прокатки, штампов горячей штамповки и т.п. Состав включает компоненты в следующем соотношении, мас.%: хром 15-22, ферромолибден 10-17, феррованадий 2-5, карбид вольфрама 10-15, ферромарганец 3-7, ферросилиций 3-8, ферроцерий 0,1-1,0, рутил 15-17, плавиковый шпат 13-15, мрамор 3,5-7,0. Коэффициент заполнения составляет 30%. Проволока позволяет стабилизировать горение сварочной дуги, снизить коэффициент разбрызгивания, а также получить на поверхности металла тонкую шлаковую корку с отличной отделимостью. 3 табл.

Порошковая проволока для наплавки открытой дугой, состоящая из малоуглеродистой стальной оболочки 08 кп и порошкообразной шихты, содержащей хром, ферромолибден, феррованадий, ферромарганец, ферросилиций, вольфрамосодержащий компонент, отличающаяся тем, что в состав шихты дополнительно введены ферроцерий, рутил, плавиковый шпат и мрамор, а вольфрамосодержащий компонент введен в виде карбида вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хром 15-22

Ферромолибден 10-17

Феррованадий 2-5

Карбид вольфрама 10-15

Ферромарганец 3-7

Ферросилиций 3-8

Ферроцерий 0,1-1,0

Рутил 15-17

Плавиковый шпат 13-15

Мрамор 3,5-7,0

причем коэффициент заполнения составляет К_з = 30%.