Состав термитной смеси для сварки чугуна Советский патент 1980 года по МПК B23K23/00 

Изобретение относится к области термитной сварки, в частности к составам термитных смесей, используемых преимущественно для сварки чугунного литья. В сварочном производстве широко известны термитные смеси, содержащи в качестве основы алюминий, железную окалину и стальной наполнитель 1 . Из известных термитных смесей наиболее близок к данному составу термитный порошок для сварки чугуиов 2j содержащий следующие компоненты, вес%: Алюминий65-75 Железная окалина 15-25 Графит7-15 Недостатком этого состава является то, что при сварке и заварке дефектов литья из легированных чугунов например, легированных хромом и нике лем, наплавленный им металл не содер жит легирующих элементов и резко отличается по химическому,составу,струк туре, износостойкости, жародтойкости коррозионной стойкости и механическим свойствам от основного металла. Это снижает надежность работы сварных швов отливок в процессе эксплуатации . Заметим, что и другие известные термитные смеси, в том числе и содержащие в качестве легирующих добавок ферросплавы, оказываются в этом отношении недостаточно эффективными.. Во-первых, введение в термитную смесь таких добавок как феррохром, никель гранулированный и т.д. снижает содержание в йей активных компонентов (алюминия и железной окалины) и соответственно тепловой эффект термитной реакции. Во-вторых, на плавление этих тугоплавких добавок расходуется значительная часть тепла, образующегося при термитной реакции, что вызывает возможность пoяв ления в наплавленном металле неправаров, волчков, местных рыхлостей, химической неоднородности и других дефектов. К тому же в процессе сварки наблюдается частичное окисление, угар и переход в шлак указанных легирующих элеметнов, из-за чего содержание их в наплавленном металле обычно уменьшается. В связи с тем, что в термитных смесях известных составов отсутствуют модифицирукдцие и ремодифицирующие добавки, различие по структуре и свойствам между наплавленным и основным металлом получается особенно велико при сварке модифицированных се:рых чугунов (MG4) и высокопрочных чугунов с шаровидным графитом () „

Нередко наблюдаются случаи отбела наплавленного металла и присутствие в структуре цементитных включений при сварке отливок из серого чугуна; меч, образование цементита, пластиячатого и смешанного графита вместо: шаровидного графита при сварке от.ливок из высокопрочного чугуна ЧИГГ. : В ряде случаев затрудняется механи;Ческая обработка сварных швов послб сварки, а также в сварных швах и околошовной зоне могут возникать напряжения и трещины.

Цель изобретения - улучшение физико-механических свойств металла шв и одновременно повышение теплообразования в процессе сварки.

Для достижения указанной цели в термитную смесь известного состава, содержащую алюминий, железную окалину, графит, дополнительно вводят окись хрома, окись никеля, криолит, компонент, выбранный из группы; цеРЙй, торий и лантан, магний-кальцийжелезо-кремниевую лигатуру. При этом содержание всех указанных ингредиентов должно быть в следующих соотношениях, вес.%:

Алюминий20-26

Графит4-8

Криолит - 0,8-4,0 Окись хрома2-14

Окись никеля2-15

Магний-кальцийжелезо-кремниевая 0,7-3,5

лигатура

Компонент, выбранный из группы: церий, торий, лантан 0,05-0,1 Железная окалина Остальное Пример. Для сравнен;;я с тер митным порошком известного состава были .изготовлены три термитные смеси: смеси А и В с граничным содержанием компонентов и смесь С промежуточного состава, близкого к оптималь ному.

Состав смеси А, вес.%: алюминий20, графит-8, криолит-4, окись хрома14, окись никеля-15, магний-кальцийжелезо-кремниевая лигатура-З,5, церий-0,1 и железная окалина-35,4.

Состав смеси В, вес.%:алюминий-2€ графит-4, криолит-0,8, окись хрома-2 окись никеля-2, магний-кальдий-железо-кремниевая лигатура-0,7,церий-0,05 и железная окалина-64,45,

Состав смеси С, вес.%: алюминий-2 графит-6, криолит-2,4, окись хрома-8, окись никеля-8,5, маГний-кальций-железо-кремниевая лигатура-2,1, церий0,075 и железная окалина-49,025.

В таблице даны характеристики известной и указанных смесей.

Как видно из таблицы, термитная смеешь известного состава может применяться только при сварке нелегированных и немодифицированных чугунов.

Введение в предложенные термитные смеси окиси хрома и окиси никеля не только увеличивают их кислородный баланс и повышение теплообразования, но и обеспечивает легирование термитного металла хромом и никелем при их. вбсстановлении из окислов по соответствующим экзотермическим реак

циям с алюминием, :с.е. .без применения ферросплавов. При этом, изменяя содержание окислов хрома и окислов никеля и соотношение между ними в смеси,можно регулировать концентрации хрома и никеля в наплавленном металле.

При использовании смеси В cyNEviapное содержание хрома и никеля в наплавленном металле невелико (2,6%),. что указывает на целесообразность ее применения для сварки чугунов повышенной прочности СЧ-24-44, СЧ-28-48 и. некоторых жаростойких чугунов (например, отливки форм для литья, реторты, цементационные горшки и т.д.) Смесь А обеспечивает самое высокое суммарное содержание в наплавленном металле хрома и никеля (19,1%) и пригодна главным образом при сварке отливок из высоколегированных коррозион ностойких чугунов, например, литья дл химического машиностроения. При сварк чугунов с низким и средним содержанием хрома и никеля в состав А следует дополнительно вводить железную обсечку. Смесь С на14более универсальна и им ет лучший маркировочный коэффициент. Она может быть рекомендована для свар ки широкой номенклатуры отливок из ни колегированного и среднелегированного чугуноз. Из таблицы видно, что по величине теплообразования оптимальной является смесь В. Большим преимуществом данной термитной смеси по сравнению с известной является то, что она может применяться при сварке высокопрочных чугунов с шаровидной формой графита. При этом в качестве модификатора в смесь вводя лигатуру, содержащую 6% магния, 57% кремния, 22% кальция и 15% железа. Использование модификатора в виде лигатуры по сравнению с введением в смесь отдельных модифицирующих добавок магния, ферросицилия, силикокальция и т.д. обеспечивает более равномерное усвоение модификатора по объему наплавленного металла и повышает эффект сфероидизации графита. Кроме того, для устранения влияния демодифицирующих факторов (избытка магния, алюминия, серы и др.) в смесь вводят компонент выбранный из груп- пы: церий, торий, лантан в количестве 0,05-0,1%. Существенном является также то, что цанная термитная смесь обеспечивает снижение затрат-, связанных со сваркой, поскольку легирование наплавленного металла хромом и никелем достигается без включения в состав феррогсплавов. Формула изобретения Состав термитной смеси для сварки чугуна,содержащий алюминий,графит и железную окалину,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения физико-механических свойств металла шва, он дополнительно содержит криолит, окись хрома, окись никеля, компонент, выбранный-из группы; церий, торий и лантан, магний-кальций-железо-кремниевую лигатуру, при следующем соотношении компонентов, ве-с.%: Алюминий20-26 Графит4-8 Криолит0,8-4 Окись хрома2-14 Окись никеля2-15 Компонент, выбранный из группы: церий, торий и лантан 0,05-0,1 Магний-кальций-железокремниевая лигатура 0,7-3,5 Железная окалина Остальное Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Науменко В. С. Термитная сварка рельсов, М., Изд. литературы по троительству, 1969, 66-8. 2.Авторское свидетельство СССР 508362, кл. В 23 К 23/00, 1973 (про.тотип) .