ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА Российский патент 2009 года по МПК B23K35/368 

Изобретение предназначено для электрошлаковой наплавки деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа, например деталей дробильно-размольного оборудования.

Известен состав высокомарганцевой порошковой проволоки, обеспечивающий аустенитную структуру наплавленного металла с повышенной прочностью (авторское свидетельство СССР №159248, В23k 35/36, опубл. БИ №24, 1963 г.), содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Рутил1,4÷2,2Мрамор0,8÷1,3Флюоритовый концентрат1,8÷2,7Ферротитан0,6÷0,9Хром металлический8÷10Марганец металлический30÷34Стальная лентаостальное

Однако наличие мрамора в шихте этой порошковой проволоки способствует росту кислорода в наплавленном металле, окисляющего активные легирующие элементы, что приводит к снижению пластичности и вязкости наплавленного металла.

Наиболее близким к изобретению является хромомарганцовистая порошковая проволока (авторское свидетельство СССР №419350, В23k 35/368, опубл. БИ №10, 1974 г.), применяемая для наплавки деталей, работающих в условиях ударных нагрузок, которая состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты при следующем составе компонентов, мас.%:

Марганец металлический9÷14Хром металлический17÷27Ферротитан0,3÷0,4Графит0,5÷2,0Лента стальнаяостальное

Содержания графита на нижнем пределе (0,5%) могут привести к получению наплавленного металла с заведомо пониженной концентрацией углерода (менее 0,3%). Высокое содержание хрома и наличие титана способствуют понижению величины ударной вязкости наплавленного металла. Данный состав порошковой проволоки не обеспечивает достаточной износостойкости наплавленного металла, работающего в условиях абразивного износа с высокими ударными нагрузками.

Задачей настоящего изобретения является создание порошковой проволоки, обеспечивающей повышение сопротивляемости хромомарганцевого наплавленного металла ударным нагрузкам при высокой его стойкости против абразивного изнашивания.

Технический результат достигается тем, что в состав шихты порошковой проволоки, содержащей графит, марганец, хром, дополнительно введен ультрадисперсный (0,01-0,1 мкм) порошок (УДП) карбида кремния, полученный плазмохимическим синтезом (ПХС), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Графит0,5÷1,5Марганец металлический13÷14,5Хром металлический6,5÷11УДП карбида кремния22÷15Лента стальнаяостальное

Коэффициент заполнения порошковой проволоки при размере ленты марки 08кп 15×0,5 мм составляет 42%.

Электрошлаковая наплавка предложенной проволокой может производится под фторидными флюсами АНФ-6 - АНФ-8.

Предложенный состав порошковой проволоки обеспечивает следующий химический состав наплавленного металла:

Углерод0,5÷1,4Марганец12÷13Хром6÷10Кремний0,3÷0,6Железоостальное

Несколько повышенное содержание марганца и пониженное содержание хрома способствуют образованию метастабильной аустенитно-мартенситной основы наплавленного металла. Прочная и вязкая аустенитно-мартенситная матрица сплава хорошо удерживает высокотвердые частицы карбидов, предотвращает их выкрашивание и способствует повышению износостойкости наплавленного металла в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

При содержании хрома в порошковой проволоки менее 6,5% матрица сплава охрупчивается из-за повышенного количества мартенситной составляющей. Увеличение содержания хрома в порошковой проволоке свыше 11% приводит появлению ферритной составляющей в структуре наплавленного металла и снижению его твердости и износостойкости.

Введение в состав порошковой проволоки тугоплавких ультрадисперсных (0,01-0,1 мкм) частиц карбида кремния способствует повышению стойкости наплавленного металла против абразивного износа вследствие появления в нем огромного количества сверхтвердых карбидов. Применение электрошлакового метода наплавки обеспечивает ведение процесса при температуре ниже 2000°С, что позволяет практически исключить диссоциацию карбида кремния, имеющего температуру плавления 2200-2300°С. Кроме того, большое количество ультрадисперсных тугоплавких частиц карбида кремния, являющихся активными центрами кристаллизации, способствуют измельчению зерна наплавленного металла, обеспечивая необходимую стойкость против горячих трещин.

Было изготовлено шесть вариантов составов порошковой проволоки (табл.1).

Таблица 1.КомпонентыСостав смеси, мас.%12345прототипГрафит0,40,51,01,51,51,6Марганец металлический12,6131314,514,514Хром металлический66,59111226УДП карбида кремния2322191514-Ферротитан-----0,4

Порошковые проволоки всех изготовленных вариантов прошли сварочно-технологические испытания при электрошлаковой наплавке на ребро пластин толщиной 20 мм из стали 110Г13 в кристаллизаторе с использованием аппарата А-820 М. Из наплавленного металла изготавливались образцы для определения твердости, ударной вязкости и износостойкости.

Испытания на ударно-абразивный износ проводили на лабораторной установке, имитирующую работу углеразмольной мельницы, в которой наплавленные образцы контактировали с угольной массой марки Д, вращаемой барабаном с оребренными стенками со скоростью 1,5 об/с. Износ определяли по потере массы образца после 10 ч. испытаний.

Механические и технологические свойства металла, наплавленного порошковыми проволоками изготовленных вариантов составов, приведены в табл.2.

Таблица 2.СоставМеханические характеристикиТехнологические свойстваТвердость, НВУдарная вязкость, МДж/м²Износ, г/чПорыТрещиныпрототип3200,724,3нетодна на 40 см²13600,783,6одна на 20 см²одна на 30 см²23400,852,4нетнет33500,832,1нетнет43600,812,9нетнет53100,863,8нетнет

Представленные в табл.2 результаты показывают, что при введении в состав порошковой проволоки менее 15% карбида кремния эффективность его воздействия снижается, а при увеличении его свыше 22% происходит ухудшение сварочно-технологических свойств порошковой проволоки. Из-за повышенного содержания карбидов кремния расплавленный металл теряет жидкотекучесть, появляются трещины и наблюдается порообразование. Как видно оптимальными являются составы 2, 3 и 4, которые обеспечивают максимальную стойкость в условиях ударно-абразивного износа.

Использование предложенной порошковой проволоки для наплавки бил КО-1Ш-5М-2МР позволяет повысить их срок службы в 1,8-2,3 раза, что обеспечивает повышение производительности углеразмольных мельниц на 40-60%.

Изобретение может быть использовано для электрошлаковой наплавки деталей дробильно-размольного оборудования, работающих в условиях ударно-абразивного износа. Порошковая проволока выполнена в виде стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: графит 0,5-1,5; марганец металлический 13-14,5; хром металлический 6,5-11; ультрадисперсный порошок карбида кремния (с размером частиц 0,01-0,1 мкм) 22-15; лента стальная - остальное. Использование порошковой проволоки для наплавки бил КО-1Ш-5М-2МР позволяет повысить срок их службы в 1,8-2,3 раза, что обеспечивает повышение производительности углеразмольных мельниц на 40-60%. 2 табл.

Порошковая проволока для электрошлаковой наплавки деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа, состоящая из стальной оболочки и шихты, включающей графит, марганец, хром, отличающаяся тем, что дополнительно содержит ультрадисперсный порошок (УДП) карбида кремния 0,01-0,1 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Графит0,5-1,5Марганец металлический13-14,5Хром металлический6,5-11УДП карбида кремния22-15Лента стальнаяОстальное