Состав шихты для наплавки Советский патент 1992 года по МПК B23K35/36 

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к составу шихты для индукционной наплавки, и может быть использовано для наплавки быстро изнашиваемых поверхностей рабочих органов сельскохозяйственных машин.

Известна шихта для наплавки, содержащая следующие компоненты, мас.%;

Ферротитан Силикокальций Железный порошок Карбид бора Феррохром

2,5-3

1,8-2,1

30-34

1-1,3

Остальное

Недостатком известной шихты является высокая температура плавления, вследствие чего в биметаллическом соединении на- блюдается значительное проплавление основно 1 металла и разбавление твердого сплава Mt, аллом основы, а также ввиду высокой скорости кристаллизации наплавленная ванна не всегда успевает полностью

дегазироваться, что приводит к дефектам наплавленного слоя.

Наиболее близкой к предполагаемому составу по технической сущности достигаемого эффекта является шихта для наплавки, содержащая следующие компоненты, мас.%:

Твердый сплав77-87,5

Борный ангидрид5,2-11,1

Бура5-5,4

Силикокальций1,5-1,8

Карбид бора0,5-5

При наплавке известной шихтой происходит выгорание углерода и легирующих элементов и чрезмерное разбавление наплавленного металла металлом основы, что приводит к развитию в наплавленном металле структурных зон, обладающих пониженными механическими свойствами, а также недостаточная износостойкость, т.е. при наплавке на детали, изготовленные их углеродистых легированных сталей, подверXJ

Qs

N

Sb

ю

гаемые последующей термической обработке, в результате чего не достигается эффект самозатачивания биметаллического развития рабочих органов сельхозмашин, что снижает их долговечность в работе. В условиях эксплуатации срок службы такого биметаллического лезвия повышается не более чем в 2,5 раза в сравнении с вариантом без наплавки, что недостаточно при все возрастающих требованиях к надежности и долговечности рабочих органов сельскохозяйственных машин.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. повышение износостойкости и динамической прочности наплавленного биметаллического лезвия.

Эта цель достигается тем, что в шихту для наплавки, содержащую флюс на основе боросодержащих компонентов, карбид бора и твердый сплав, дополнительно вводят силикобарий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Флюс на основе боросодержащих компонентов1-2

Карбид бора2-6

Твердый сплавОснова

Силикобарий0,3-1,5

Известно, что барий в виде силикобария используется в литейном производстве как раскислитель стали.

Однако проведенные исследования в области индукционной наплавки позволили испопьзовать силикобарий в шихте не только как раскислитель по своему прямому назначению, но и как элемент, который при введении в шихту дал возможность уменьшить охрупчивание наплавленного слоя, а также для повышения удароустойчивости. Барий при введении в шихту в виде силикобария легирует наплавленный слой. При температуре 1200°С образуется химическое содержание ВаСа. При совместном введении в шихту для наплавки карбида бора и силикобария в процентном соотношении, указанном в формуле изобретения, происходят химические реакции (барий, полученный из (1), реагирует с карбидом бора): В4С + BaSi + 502 SI02 + Ва + 2В20з + С02

О)

Ва + В4С ВаС2 + В(2)

Ва + 1/2В4С ВаВ2+1/2С(3)

Ва+1/ЗВ4С 2/ЗВаВ2+1/ЗВаС2 (4) Реакции (1,3,4) происходят с выделением свободной энергии Гиббса от 1124 до 2450 кДж/кг.

Совместное введение в шихту карбида бора и силикобария позволило уменьшить охрупчивание наплавленного металла, повысить износостойкость, твердость и ударо- устойчивость, за счет образования ВаС2, ВаВ2, FeB, Fe2B.

Металлографическими исследованиями отмечено тонкое дендритное строение эв- тектоид пластинчатый и трооститообраз- ный, междендритные пространства заполнены эвтектикой тонкого строения в виде колоний, имеются небольшие поля структурно-свободного цемента. Вторичный цементит отсутствует. Существование карбида бария как самостоятельной фазы нами не обнаружено. Однако введение бария позволило получить пластичный наплав- ленный слой с измельченной структурой зерна, не давая возможности выкрашиваться частицами карбида бора.

Из всех исследованных легирующих и модифицирующих элементов барий наибо- лее эффективно повышает удароустойчи- вость. Коэффициент относительной износостойкости также значительно повышается и достигает 3,80.

Сравнение заявляемого решения с из- вестными позволяет сделать вывод о соответствии его критерию Существенные отличия.

Следовательно, при введении бария в известную шихту дало возможность пол- учить шихту для наплавки рабочих органов сельскохозяйственных машин, работающих в условиях абразивного износа и испытывающие ударные нагрузки.

Пример конкретного осуществления. В лабораторных условиях НИИТМа была приготовлена шихта из порошковых материалов грануляций 0,2 мм, содержащая, мас.%:

Флюс на основе боросодержащих

компонентов1,5

Карбид бора4,0

Твердый сплав93,7

Силикобарий0,8

В качестве силикобария взят силикобарий выпускаемый по ТУ-14-14б-6-73, содержащий, мас.%:

Барий.35

Железо5

Алюминий2

Углерод0,5

Фосфор0,04

КремнийОстальное

В качестве твердого сплава взят высоколегированный сплав ПГ-С27 ГОСТ 21448- 75, карбит бора в соответствии с ТУ-48-4260-10-84.

В качестве флюса в шихту введена ме- таборная кислота НВ02.

Смесь порошков перемешивали в лабораторном смесителе в течении 15 мин для получения однородной шихты для наплавки.

Аналогично были получены еще 4 соста- ва заявляемой шихты с различным содержанием компонентов и состав по прототипу. В табл.1 представлены составы испытываемых наплавочных шихт.

Каждый из приготовленных составов шихты был наплавлен на плоские образцы из стали марки ст.З размерами 60 х25 х 4 мм в одновитковом петлевом индукторе высокочастотной установки В4И-63/0,44. Высота наплавленного слоя составляла 1,1-1,2 мм. Каждым из приготовленных составов наплавлено по 10 образцов.

Наплавленные образцы подвергались сравнительным испытанием по следующим показателям:

твердость по НРСэ, определялась в соответствии с ГОСТ 9613-59;

относительная износостойкость (Е) наплавленных сплавов, определялась на машине Х4-Б в соответствии с ГОСТ 17367-71;

склонность наплавленного сплава к хрупкому разрушению определялась по потере массы образца в соответствии с методикой, разработанной Ростовским-на-Дону НИИТМом.

Сущность методики заключается в том, что на вертикально установленный, наплавленный и заточенный под определенным углом образец наносится серия ударов свободно падающего бойка, сила ударов ко- торого остается постоянной в течении всего цикла испытаний. Склонность твердого сплава к хрупкому разрушению определяется по потере массы образца после определенного количества ударов бойка по лезвию образца.

В табл.2 представлены результаты сравнения свойств предлагаемой и известной шихты.

Из табл.2 видно, что введение в состав шихты силикобария 0,3-1,5 мас.% позволяет значительно повысить твердость, относительную износостойкость и удароустойчивость.

Содержание силикобария менее 0,3 мас.% не обеспечивает существенного улучшения прочности свойства, а увеличение содержания силикобария более 1,5 мас.% приводит к повышению хрупкости наплавленного сплава, что делает затруднительным последующую механическую обработку его и отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики наплавленных рабочих органов сельхозмашин,

Таким образом, использование предлагаемой шихты позволяет значительно повысить твердость, износостойкость и удароустойчивость наплавленного сплава, в результате чего обеспечивается самозатачивание упрочненного лезвия и увеличения срока службы деталей, изготовленных из термообрабатываемой качественной стали, в 3-4 раза.

Предлагаемая шихта прошла лабораторные и стендовые испытания и намечается к внедрению на ПО Красный Аксай для индукционной наплавки стрельчатых и односторонних лап культиваторов.

Формула изобретения Состав шихты для наплавки, содержащий флюс на основе боросодержащих компонентов, карбид бора и твердый сплав, о т- личающийся тем, что, с целью повышения износостойкости, твердости иудароустой- чивости наплавленного слоя, он содержит дополнительно силикобарий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Флюс на основе боросодержащих компонентов1-2

Карбид бора2-6

Силикобарий0,3-1,5

Твердый сплавОстальное

Таблица 1

Таблица 2

Использование: индукционная наплавка. Сущность изобретения: состав содержит, мас.%: флюс на основе боро- содержащих компонентов 1-2; карбид бора 2-6; твердый сплав - основа; си- ликобарий 0,3-1,5. Введение в состав си- ликобария обеспечивает получение высокодисперсной заэвтектической структуры, состоящей из карбоборидной эвтектики и избыточных карбидов и боридов хрома. 2 табл.