ПОРОШОК ДЛЯ ИЗНОСОСТОЙКОЙ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКИ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2013 года по МПК B23K35/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области сварочных материалов, а именно к составу порошковых смесей для индукционных способов наплавки твердых сплавов, и может быть использовано при наплавке деталей машин, работающих в режиме интенсивного абразивного изнашивания, ударных нагрузок и высоких контактных напряжений, в частности рабочие органы почвообрабатывающих машин.

Уровень техники

Известен износостойкий сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Феррохром 20-30 Углерод 1,7-1,9 Хром 14-16 Кремний 0,9-1,0 Порошок ПГ-СР-2-М 2,8-3,2 Марганец 7,7-8,8 Упрочняющий компонент 3,0-5,5 Тетраборат натрия 0,9-1,1; Борная кислота 9,9-12,1 Сода кальцинированная 0,9-1,1 Гидроокись кальция 0,9-1,1 Силикокальций 1,8-2,2 Флюс сварочный 4,5-5,5 Железо остальное.

В качестве упрочняющего компонента используются абразивные частицы, полученные после шлифования износостойкими шлифовальными кругами, например эльбор, электрокорунд, карбид кремния, нитрид бора, монокорунд и др. (см. пат. RU №2381884, кл. В23К 35/36, опубл. 20.02.2010).

Недостатком данного порошка является не однородность фракционного состава и низкая устойчивость против сегрегации.

Известен также порошок для индукционной наплавки, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Твердые частицы литых карбидов вольфрама 40,0-75,0 Сплав-связка 13,0-48,0 Флюс для индукционной наплавки на основе   борсодержащих компонентов 12,0-13,0 Углерод 0,03-0,10 Хром 11,0-13,0 Молибден 1,6-2,3 Марганец 18,0-25,0 Титан 0,20-0,35 Магний 0,005-0,025 Медь Остальное

(см. пат. RU №2120491, кл. С22С 29/08, В23К 35/32, опубл. 20.10.1998).

К недостаткам следует отнести низкую трещиностойкость при нанесении покрытий на стальные детали, обусловленную высоким коэффициентом линейного расширения, а также высокую себестоимость.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является шихта для наплавки, содержащая следующие компоненты, мас.%:

Флюс на основе борсодержащих компонентов 10-15 Металлический хром 25-38 Аустенитный марганцовистый чугун 45-60 Малоуглеродистая аустенитная сталь 0,5-15,0

(см. пат. RU №2123921, кл. В23К 35/36, опубл. 27 12.1998).

Недостатком этого порошка является высокая стоимость, обусловленная применением дорогостоящих компонентов.

Раскрытие изобретения

Задача предлагаемого изобретения состоит в разработке состава композиции для индукционной наплавки, позволяющей качественно наплавлять большие контактные поверхности, работающие в режиме интенсивного абразивного изнашивания, и снизить стоимость этой композиции.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к снижению стоимости наплавки, повышению абразивной износостойкости, повышению качества наплавленного слоя и повышению трещиностойкости сплава.

Технический результат достигается с помощью порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей, содержащего в качестве компонентов флюс и чугун и дополнительно марганец, бор и кремний, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Марганец 1,0-2,0 Бор 2,0-6,0 Флюс для индукционной наплавки 5,0-7,5 Кремний 1,5-2,0 Чугун остальное

При этом в качестве основного компонента используется чугун, который образуется в большом количестве при электроэрозионной обработке отливок на машиностроительных заводах и не находит эффективного применения. Чугун обладает правильной сферической формой, что объясняется ее ненаправленной кристаллизацией в жидком электролите при электроэрозионной обработке.

Основной особенностью износостойких чугунов является наличие в микроструктуре легированных карбидов железа и карбидов легирующих элементов, обеспечивающих высокую износостойкость в условиях абразивного изнашивания. Механические свойства чугунов характеризуются прежде всего высокой твердостью и практическим отсутствием пластичности. Чугун обладает повышенной склонностью к образованию горячих и холодных трещин, что связано с широким интервалом кристаллизации сплава, большой величиной линейной усадки, низкой теплопроводностью. Главные структурные составляющие износостойких чугунов - карбиды и металлическая основа.

Для устранения этих недостатков в стружку чугуна вводят легирующие элементы марганец и бор.

Комплексное легирование стружки чугуна марганцем и бором позволит получать наплавленный слой со структурой, состоящей из мелкодисперсной матрицы (преимущественно перлитной) и равномерно распределенных в матрице мелких высокотвердых фаз боридного и боронитридного типов. Такая структура должна обеспечивать максимально возможную для материала на основе чугуна абразивную износостойкость.

Осуществление изобретения

Примеры конкретного получения порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей.

Технологический процесс получения порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей включает следующие этапы: подготовка основы, просеивание основы на вибросите, подготовка легирующих элементов, внесение легирующих элементов, смешивание всех компонентов в течение 10 минут до получения однородного состава.

Пример 1

В качестве основного компонента используется чугун, основной особенностью которого является наличие в микроструктуре легированных карбидов железа и карбидов легирующих элементов, обеспечивающих высокую износостойкость в условиях абразивного изнашивания. Для снижения себестоимости порошка не вводим в состав такой дорогостоящий компонент как хром.

Для приготовления 1 кг порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей берут компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Флюс сварочный 4,0 Чугун остальное

Анализ экспериментальных и металлографических исследований по использованию порошка для износостойкой наплавки деталей, полученного по примеру 1, показал, что наплавленное покрытые имеет твердость до 30-36 HRC и склонность к образованию горячих и холодных трещин. Для наплавки экспериментальных образцов использовали флюс для индукционной наплавки, основой которого является бура и борный ангидрид в соотношении 40% буры и 60% борного ангидрида. Для остальных образцов использовали этот же состав флюса для индукционной наплавки.

Пример 2

Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей получают аналогично примеру 1, но дополнительно вводят марганец и компоненты берут при следующем соотношении, мас.%:

Марганец 0,8 Флюс для индукционной наплавки 4,0 Чугун Остальное

Анализ экспериментальных данных по использованию порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей, полученного по примеру 2, показал, что введение в состав порошка марганца позволило снизить горячие и холодные трещины и улучшить качество наплавленного слоя. Нанесенное покрытие имеет твердость до 40-46 HRC.

Пример 3

Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей получают аналогично примеру 2, но дополнительно вводят кремний и компоненты берут при следующем соотношении, мас.%:

Марганец 0,8 Флюс для индукционной наплавки 4,0 Кремний 1 Чугун Остальное

Анализ экспериментальных данных по использованию порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей, полученного по примеру 3, показал, что введение в состав порошка кремния улучшит качество наплавленного слоя. Нанесенное покрытие имеет твердость до 43-50 HRC.

Пример 4

Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей получают аналогично примеру 3, но дополнительно вводят бор и компоненты берут при следующем соотношении, мас.%:

Марганец 0,8 Бор 1,0 Флюс для индукционной наплавки 4,0 Кремний 1 Чугун остальное

Анализ экспериментальных и металлографических исследований по использованию порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей, полученного по примеру 4, показал, что введение в состав бора позволяет значительно повысить твердость и триботехнические свойства чугуна за счет образования высокотвердых боридов FeB и Fe₂B. Но при этом полученная поверхность не удовлетворяет тем, что наблюдается местное оголение поверхности сплава и частичное не расплавление частиц. При этом отделение шлака плохое, площадь, свободная от шлака, составляет до 30% поверхности. Нанесенное покрытие имеют твердость до 50-60 HRC.

Пример 5

Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей получают аналогично примеру 4, но компоненты берут при следующем соотношении, мас.%:

Марганец 1 Бор 2,0 Флюс для индукционной наплавки 5,0 Кремний 1,5 Чугун остальное

Анализ экспериментальных и металлографических исследований по использованию порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей, полученного по примеру 5, показал, что увеличение процентного содержания компонентов позволяет получить равномерный наплавленный слой. Такое соотношение компонентов должно обеспечивать максимально возможную для материала на основе чугуна абразивную износостойкость. Нанесенное покрытие имеет твердость до 70 HRC.

Пример 6

Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей получают аналогично примеру 4, но компоненты берут при следующем соотношении, мас.%:

Марганец 1,5 Бор 4,0 Флюс для индукционной наплавки 6,0 Кремний 1,75 Чугун остальное

Анализ экспериментальных и металлографических исследований по использованию порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей, полученного по примеру 6, показал, что увеличение процентного содержания компонентов позволяет получить равномерный наплавленный слой и площадь шлакоотделения составляет 90%. Такое соотношение компонентов должно обеспечивать максимально возможную для материала на основе чугуна абразивную износостойкость. Нанесенное покрытие имеет твердость до 70 HRC.

Пример 7

Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей получают аналогично примеру 4, но компоненты берут при следующем соотношении, мас.%:

Марганец 2,0 Бор 6,0 Флюс для индукционной наплавки 7,5 Кремний 2,0 Чугун остальное

Анализ экспериментальных и металлографических исследований по использованию порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей, полученного по примеру 7, показал, что увеличение процентного содержания компонентов позволяет получить чистую наплавленную поверхность, а площадь шлакоотделения составляет 80%. Такое соотношение компонентов должно обеспечивать максимально возможную для материала на основе чугуна абразивную износостойкость. Нанесенное покрытие имеет твердость до 70 HRC.

Пример 8

Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей получают аналогично примеру 4, но компоненты берут при следующем соотношении, мас.%:

Марганец 2,0 БоР 7,0 Флюс для индукционной наплавки 9,0 Кремний 2,5 Чугун остальное

Анализ экспериментальных и металлографических исследований по использованию порошка для износостойкой индукционной наплавки деталей, полученного по примеру 8, показал, что наплавленная поверхность имеет подшлаковые углубления на наплавляемой из-за излишнего количества вязкости шлака.

Анализируя представленные составы порошков для износостойкой наплавки деталей, приходим к выводу, что оптимальное содержание компонентов в примерах 5, 6 и 7.

Все образцы наплавлялись в одинаковых условиях и с одинаковыми режимами.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- позволяет снизить стоимость композиции;

- позволяет повысить абразивную износостойкость;

- позволяет повысить качество наплавленного слоя;

- позволяет повысить трещиностойкость сплава.

Изобретение может быть использовано при индукционной наплавке деталей машин, работающих в режиме интенсивного абразивного изнашивания, ударных нагрузок и высоких контактных напряжений, в частности рабочих органов почвообрабатывающих машин. Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей содержит следующие компоненты, мас.%: марганец 1,0-2,0, бор 2,0-6,0, флюс сварочный, предназначенный для индукционной наплавки 5,0-7,5, кремний 1,5-2,0, чугун - остальное. Композиция обеспечивает высокое качество наплавки больших контактных поверхностей, работающих в режиме интенсивного абразивного изнашивания. 8 пр.

Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей, содержащий в качестве компонентов флюс сварочный и чугун, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец, бор и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Марганец 1,0-2,0 Бор 2,0-6,0 Флюс сварочный 5,0-7,5 Кремний 1,5-2,0 Чугун Остальное