Состав сплава для наплавки Советский патент 1993 года по МПК B23K35/30 C22C38/54 

(Л

С

Использование: износостойкая наплавка деталей машин, работающих при температуре до 850 С, а также их восстановление способом лазерно-порошковой наплавки. Сущность изобретения: сплав для наплавки на основе железа содержит компоненты в следующем соотношении мас.%: углерод 0,02-0.08; кремний 1,2-1,6; хром 4,5-5,0: молибден 3,5-4,0; никель 3,2-3,8; марганец 0,1- 0,6; бор 1,1-1,6; ванадий 1,0-1,4; железо - остальное. Сплав обеспечивает повышение износостойкости, трещиностойкости при рабочих температурах до 850°С с достаточно высоким качеством наплавленного слоя без предварительной и последующей термообработки и специальной защиты при.на- плавке. 3 табл.

Изобретение относится к наплавочным материалам и может быть использовано для наплавки деталей машин и инструментов с целью повышения их износостойкости при рабочих температурах до 850°С. а также их восстановления, например, для наплавки шеек коленчатых валов, кулачков распределительных валов, уплотнительных поясков и седел арматуры, штампового инструмента и

ДР.

Целью изобретения является увеличение износостойкости, обеспечение повышенной трещиностойкости при наплавке и сохранение качества слоя без дополнительной защиты сварочной ванны.

Поставленная цель достигается тем. то

порошковый самофлюсующийся сплав для

наплавки на основе железа, включающий

углерод, кремний, хром, молибден и никель,

дополнительно содержит марганец, ванадий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,02-0,08 Кремний 1,2-1,6 Хром 4,5-5.0 Молибден 3,5-4,0 Никель 3,2-3,8 Марганец 0,1-0,6 Ванадий 1,0-1.4 Бор 1,1-1,6 Железо Остальное Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав сплава отличается от известного введением новых компонентов: марганца, ванадия и бора.

Введение бора обусловлено необходимость образования в структуре наплавленного слоя боридов хрома типа Сг2В, которые обеспечивают высокую износостойкость

00 СЬ

ю ел

W

IGJ

при комнатной температуре и повышенных температурах (до 850°С). Экспериментально установлено, что оптимальное содержание бора и хрома составляет 1,1-1,6% В и 4,5-5,0% Сг.

Дальнейшее увеличение концентрации этих элементов ведет к повышении склонности к трещинообразования сплава при наплавке и к повышению его хрупкости, Кроме того, избыточное количество боридов ведет к ухудшению шлифуемости при обработке наплавленной поверхности. При концентрации этих элементов ниже выбранного не обеспечивается требуемый эффект упрочнения и повышения износостойкости. Введение молибдена понижает чувствительность наплавочного сплава к образованию трещин, так как молибден упрочняет твердый раствор с образованием избыточных фаз типа FezMo, что повь-мшет износостойкость наплавленного слоя. Таким образом 3,5- 4,0% содержания молибдена в заявляемом сплаве является оптимальным.

Введение в сплав ванадия необходимо для связывания углерода в карбиды типа VC, обеспечивающие повышение износостойкости наплавленного слоя, а также для упрочнения а- твердого раствора при повышенных температурах. Кроме того, увеличение концентрации ванадия способствует повышению температур а - у превращений и соответственно повышению теплостойкости наплавленного слоя. При содержании ванадия менее 1 % не-достигается ощутимого упрочнения и увеличения износостойкости. Увеличение содержания его более 1,4% приводит кахрупчиванию и возникновению трещин при наплавке.

Введение в сплав марганца способствует снижению склонности.к образованию горячих трещин при наплавке и повышению прочности и износостойкость наплавленного слоя. Уменьшение содержания марганца менее 0,1% ведет к снижению-твердости и износостойкости наплавленного слоя/увеличение его содержания более 0,6% ведет к охрупчиванию наплавленного слоя и склонности его к образованию трещин.

Повышение содержания кремния совместно с бором и марганцем выполняет задачу флюсующих добавок, то есть окисляясь и всплывая на поверхности они предотвращают выгорание летучих элементов и проникновение окислительных процессов вглубь сварочной ванны. Кроме того, увеличение кремния как легирующего элемента увеличивает твердость и износостойкость наплавляющего сплава, Однако, повышение содержания кремния более чем 1,6%

ведет к резкому охрупчиванию наплавленного слоя, то есть повышается склонность к трёщинообразованию.

Понижение содержания никеля ведет к

понижению содеражания аустенита. Наличие в структуре наряду с мартенситом остаточного аустенита способствует

повышению трещиностойкости. Однако, остаточный аустенит понижает твердость на- плавленого сплава. Оптимальное количество аустенита составляет 4,5%5,5%, При рассматриваемом соотношении остальных элементов такое количество остаточното аустенита достигается при концентрации никеля 3,2-3,8%. При меньшем содержании повышается чувствительность к трёщинообразованию, в результате недостаточного количества остаточного аустенита, а при

большей концентрации понижается твердость и износостойкость наплавленного слоя, так как объем остаточного аустенита превышает 5,5%.

Для экспериментальной проверки соетава предлагаемого сплава были выплавлены 4 плавки (табл. 1),-Порошки были получены способом распыления жидкого металла в струе азота.

Для наплавки использованы круглые образцы $ 50 х 12 из углеродной стали 45. Наплавку производили с помощью С02- лазера ЛТ1-3 способом подачи порошка в струе аргона в зону действия лазерного луча

растянутого в линию за счет асигматизма оптической системы сканирующей до прямой поперечной движению детали. Режим наплавки представлен втабл,2.

В табл. 3 представлены полученные

свойства наплавочных сплавов. Испытания на износостойкость наплавленных покрытий проводили на машине трения СМЦ-2 по схеме ролик-частичный вкладыш в условиях трения скольжения с жидкой массой. Ответным материалом (вкладышем) в паре трения для покрытия служила бронза БрАМц9-2, наиболее часто применяемая в узлах трения различных механизмов. Испытания на трещиностойкость проводились по

ГОСТ 10243. Приведенные в таблице 3 данные подтверждаются актом испытаний заявляемого сплава,

Из табл. 3 следует, что сплав для наплавки предлагаемого сплава (п 1-4) обладает

высокой твердостью, трещиностойкостью и малой интенсивностью изнашивания и следовательно высокой износостойкостью при температуре до 850°С.

Разработанным наплавочным материалом, способом лазерно-порошковой наплавки, были наплавлены шейки коленчатых валов и кулачки распределительных валов судовых дизелей, штока клапанов паровой арматуры, штамповый инструмент, которые прошли стендовые и натурные испытания и показали износостойкость в 2-3 раза превышающую стойкость новых деталей и инструмента.

Таким образом, в предлагаемом порошковом самофлюсующемся сплаве для наплавки износостойкости, трещиностой- кости при рабочих температурах до 850°С с достаточно высоким качеством наплавленного слоя без предварительной и последующей термообработки и специальной защите при наплавке, по сравнению с прототипом достигается за счет изменения в определенных количествах легирующих элементов.

Химический состав опытных плавок

Параметры режима лазерно-порошковой наплавки

Износостойкость и твердость наплавленных сплавов

Формула изобретения Состав сплава для наплавки на основе железа, включающий углерод, кремний, молибден, никель, марганец, бор, отличаю- щ и и с я тем. что, с целью повышения износостойкости и трещиностойкости наплавленного металла при температуре до 850°С при наплавке без дополнительной защиты, компоненты сплава содержатся в сле- дующем соотношении, мае. %:

Углерод0,02-0,08; Кремний «. 1,2-1.6; Хром 4,5-5.0: Молибден 3,5-4,0 Никель 3,2-3,8

Марганец0,1-0,6 . Ванадий 1,0-1,4 Бор 1,1-1,6 Железо Остальное.

Т а б л и ц а 1

Таблица 2

Таблица 3