ШИХТА ДЛЯ НАПЛАВКИ БРОНЗЫ Советский патент 1995 года по МПК B23K35/36 

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к составам шихты для наплавки оловянисто-свинцовых бронз, и может быть использовано для изготовления биметаллических деталей с антифрикционным слоем методом индукционной наплавки, например, подшипников скольжения.

Целью изобретения является повышение качества и антифрикционных свойств наплавленной бронзы.

Эта цель достигается тем, что в шихту для наплавки, содержащую порошок бронзы Бр05Ц5С5 и боросодержащий флюс, дополнительно вводят никель, а в качестве флюса используют кислоту борную и соль аммония при следующем соотношении компонентов, мас. Бронза оловянная Бр05Ц5С5 86,2-93,6 Никель 0,4-3,8 Флюс 6-10
Флюс содержит, мас. Кислота борная 92,5-96 Соль аммония 4-7,5
В качестве соли аммония используются карбамид или хлористый аммоний.

Никель, обладая высокой температурой плавления, повышает температурный интервал кристаллизации бронзы. Образуя многочисленные центры кристаллизации, никель способствует образованию мелкозернистой структуры бронзы и снижению коэффициента ликвидации свинца, вследствие чего повышаются антифрикционные свойства бронзы.

Известно применение никеля в шихте для индукционной наплавки (см. авт. св. СССР N 803283, кл. В 23 К 35/36), оловянистых бронз на железоуглеродистую основу, например чугун, с целью повышения качества сплавления бронзы с чугунной подложкой, за счет того, что никель, неограниченно растворяясь в железе, образует никелевый аустенит, растворяющий большое количество свободного углерода (графита), препятствующего сплавлению, что обеспечивает повышение качества биметаллического соединения.

Введение никеля в количестве 0,4-3,8 мас. в известную шихту почти целиком исключает ликвидацию свинца (К_л 1-1,03) и обеспечивает снижение коэффициента трения без смазки до К_тр 0,21, что является существенным отличием применения никеля в данном составе, т.е. никель здесь применен с другой целью.

Вместе с тем, при использовании известных флюсов наблюдается оголение расплава бронзы, в результате чего наплавленный слой характеризуется большим количеством неметаллических включений, равным 5,8% и коэффициентом трения без смазки не ниже 0,20.

Введение боной кислоты в предлагаемую шихту обеспечивает раскисление частиц бронзы при более низкой температуре (температура плавления борной кислоты 571^оС) и защиту расплава бронзы от выгорания легкоплавких составляющих.

Однако применение одной борной кислоты в качестве флюса не обеспечивает сплошности шлакового покрытия расплава бронзы ввиду большого краевого угла смачивания расплава борной кислоты, что сопровождается оголением расплава и снижением качества наплавленной бронзы.

С целью предупредить оголение расплава в состав шихты вводится одна из солей аммония карбамид или хлористый аммоний, способствующие снижению коэффициента поверхностного натяжения шлакового расплава. Это достигается за счет того, что газы, образующиеся в результате разложения солей аммония, распределяясь в расплаве флюса, образуют пенообразный шлак меньшей плотности и большего объема, что препятствует оголению расплава бронзы и создает условия образования наплавленного сплава высокого качества.

Известно применение борной кислоты в составе флюсов для пайки (см. Справочник по пайке. Под ред. И.Н.Петрунина. М. Машиностроение, 1984, с.107), содержащих борную кислоту, буру и фториды щелочных металлов. Однако известные составы не обеспечивают сплошности шлакового покрытия расплава и высокого качества наплавленной бронзы за счет взаимодействия с кислородом воздуха.

Введение в состав шихты одной из солей аммония устраняет этот недостаток.

В процессе нагрева шихты происходит последовательное полное разложение соли аммония на газообразные составляющие по реакциям:
CO(NH₂)₂+H₂O __→ CO + 2NH
2NH₃__→ N + 3H
NH₄Cl __→ NH + HCl
2HCl __→ H + Cl
Образующиеся газы, проходя через расплав шлака, вспенивают его и увеличивают в объеме. При этом плотность расплава борной кислоты и коэффициент поверхностного натяжения расплава шлака значительно снижаются, за счет чего расплав шлака растекается по всей поверхности наплавки, не образуя участков оголения, и этим способствует повышению качества наплавки.

Известно применение карбамида (мочевины) в качестве удобрения в сельском хозяйстве и хлористого аммония в составе галогенидных флюсов для низкотемпературной пайки в водных растворах.

Применение солей аммония совместно с борной кислотой с целью повышения качества наплавки, путем предупреждения оголения расплава посредством получения пенообразного шлака большего объема является существенным отличием заявляемого состава.

П р и м е р. В лабораторных условиях НПО "РостНИИТМ" было приготовлено пять составов шихты, содержащей в качестве металлической составляющей порошок бронзы Бр05Ц5С5 по ГОСТ 613-79 и никель в количестве 0,4-3,8 мас. а в качестве флюсующей составляющей борную кислоту и карбамид, отличающиеся содержанием вновь вводимых компонентов, и состав шихты по прототипу. Все исходные материалы были использованы в виде порошков. Шихты готовили путем механического смешивания компонентов. Каждым составом были наплавлены образцы из Ст. 3 индукционным способом в петлевом индукторе, подключенном к высокочастотному генератору ВЧИ 63/0, 44-ЗП-ЛО1.

За показатель качества наплавленной бронзы принимали количество неметаллических включений в микроструктуре поперечных сечений наплавленных образцов, определяемое по известной методике (см. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М. Металлургия, 1976, с.132).

Коэффициент ликвации свинца определяли как отношение содержания свинца на полуглубине наплавленного слоя к усредненному его значению, определенному послойным химическим анализом.

Антифрикционные свойства оценивались величиной коэффициента трения без смазки, определяемого на машине трения типа МИ по известной методике (Ткачев В. Н. и др. Методы повышения долговечности деталей машин. М. Машиностроение, 1971, с.53-59, рис. 246).

Составы шихт и результаты испытаний приведены в таблице. Как видно из таблиц введение в шихту для наплавки оловянисто-свинцовых бронз никеля, борной кислоты и карбамида обеспечивает повышение качества наплавки и антифрикционых свойств наплавленной бронзы.

Оптимальное содержание никеля в шихте составляет 0,4-3,8% от массы шихты. Меньшее его содержание не оказывает влияние на равномерное распределение свинца в наплавленном слое бронзы и снижение величины коэффициента трения без смазки. Увеличение содержания никеля до свыше 3,8% не улучшает антифрикционные свойства и экономически нецелесообразно.

Оптимальное содержание борной кислоты и карбамида составляет соответственно 5,6-9,6 мас. и 0,4-0,6 мас. от массы шихты и 92,5 96,0 мас. и 4,0-7,5 мас. от массы флюсующей составляющей.

Меньшее содержание борной кислоты и карбамида не обеспечивает флюсующего действия, в результате чего качество наплавки резко снижается. Увеличение их содержания до значения выше верхнего предела не улучшает качества наплавки, но отрицательно сказывается на технологических параметрах процесса.

Использование: изготовление биметаллических деталей с антифрикционным слоем методом индукционной наплавки. Сущность изобретения: шихта содержит, мас. бронза оловянная Бр05Ц5С5 86,2-93,6; никель 0,4-3,8; флюс 6-10. Флюс содержит, мас. кислота борная 92,5-96,0; соль аммония 4,0-7,5. В качестве соли аммония можно использовать карбамид. Шихта позволяет повысить качество и антифрикционные свойства наплавленного металла. 1 з.п. 1 табл.

1. ШИХТА ДЛЯ НАПЛАВКИ БРОНЗЫ, содержащая бронзу оловянную и боросодержащий флюс, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества и антифрикционных свойств наплавленного металла, шихта дополнительно содержит никель, а в качестве боросодержащего флюса кислоту борную и соль аммония при следующем соотношении компонентов, мас.

Бронза оловянная Бр05Ц5С5 86,2 93,6
Никель 0,4 3,8
Флюс 6 10
при этом флюс содержит, мас.

Кислота борная 92,5 96,0
Соль аммония 4,0 7,5
2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве соли аммония используют карбамид.