Сталь Советский патент 1983 года по МПК B23K35/30 C22C38/50 

Предлагаемое изобретение относится к области изыскания сварочнонаплавочных материалов, предназначенных для получения наплавкой защитного слоя, стойкого в условиях кавитационно-абразивно-коррозионногоизноса, причем требуемые свойства достигаются уже в состоянии после наплавки без.дополнительной термообработки.

Потребность в разработке такого материала вызвана необходимостью восстановления, например, изношенных рабочих поверхностей колес гидротурбин, рабочих колес крупных насосов и других крупногабаритных деталей непосредственно на месте их эксплуатации, где проведение термообработки после наплавки затруднено Возникающие в связи с этим преимущества могут быть использованы и при изготовлении новых деталей.

Внастоящее время для восстановительного ремонта наплавкой широко используится материалы, дающие наплавленный металл с аустенитной структурой типа 25-20, 20-10, 18-8 и ферритно-мартенситной структурой типа 1X13. Наплавленный металл аусте.нитного типа не обеспечивает кавитационно-абразивной стойкости (твердость его 15-18HRC), а ферритно-мартенситный - коррозионной стойкости j-i к тому же требует после наплавки обязательной термообработки для снятия напряжений.

/i3 вестей мартенсит но-старею1:1и и сплав для наплавки, в котором упрочнение достигается за счет образования дисперсных интерметаллидных фаз при старении.

Этот сплав имеет следующий состав, вес.%:

Углерод0,01-0,10

Азот0,01-0,15

Хром10,0-13,5

Никель4-10

Молибден0,5-2,5

Титан0,05-1,5

ЖелезоОстальное l .

Сварочные материалы из этого сплава рекомендованы для восстановительного ремонта деталей без последующей термообработки. Однако попытка получения повышенной твердости (более 38-41 HRC) предполагает весьма высокое содержание в сплаве титана и алюминия (в сумме до 0,9%), что приводит к заметному снижению технологической прочности, проявляющемуся в образовании горячих трещин (по на1-шм данным в металле, наплавленном проволокой с 0,12% А1).

Другие материалы, преимущественно стали, близкие по содержанию элементов к нержавеющим и представляющие интерес при решении поставленной задачи, предназначены, в основном, для деталей, подверженных преимущественно одному виду износа, например кавитационному, коррозионному или абразивному. Они не могут быть применены для наплавки деталей, работающих в условиях кавитациочноабразивно-коррозионного износа, O а тем более без предварительной термообработки.

Известна, например, сталь, которая может быть применена для изго товления деталей, работающих в усло5 ВИЯХ воздействия высоких давлений, температур-И агрессивных сил.

Эта сталь имеет следующий состав, вес.%:

Углерод0,15-0,25

0 Кремний0,35-0,70

Марганец0,40-0,60

Хром4,00-6,5

Молибден0,4-0,65

Никель0,10-0,50

5 Медь0,10-0,30

АЛЮГ1ИНИЙ0,01-0,1

Ванадий0,001-0,2

Титан0,01-0,1

Кальций0,005-0,08

0 Магний0,005-0,05

РМЗ. 0,01-0,1

Азот, 0,005-0,06

ЖелезоОстальное 2 .

Ъднако эта сталь, несмотря на

5 широкий спектр легирования, не может быть применена для наплавки деталей, работающих в условиях кавитационно-абразивно-коррозионногоизноса без теромообработки после

0 наплавки.

Целью предлагаемого изобретения является разработка стали для нап лавкй, обеспечивающей достаточно высокую пластичность и прочность

5 (твердость) в исходном состоянии (т.е. после охлаждения от температуры кристаллизации) и способной вследствие термодинамической неустойчивости к дополнительному упрочнению без термообработки под действием тепла сварочной дуги при наложении последующих слоев при весьма . высокой технологической прочности и высокой стойкости в условиях кавитационно-абразивно коррозионногоизноса.

CyiiHocTb предлагаемого изобретения состоит в том, что термодинамическая неустойчивость предлагаемой

стали, а следовательно, способность ее к упрочнению в интервале температур дисперсионного твердения от воздействия тепла сварочной дуги при наложении последутачего валика достигается снижением содержания

углерода, повышением содержания хрома, никеля.

Это обеспечивает, с одной стороны, комбинированное сложное карбонитридно-интерметаллидное упрочнение, дающее достаточно высокую исходную прочность (твердость), а с другой стороны, значительное снижение склонности к образованию горячих трещин„

Для достижения указанной цели в сталь дополнительно введен ниобий в количестве 0,05-0,35%, а остальные компоненты взяты в следующем соотношении:

Никель3,25-5,65

Хром8,85-15,0

Углерод0,05-0,09

Азот,0,02-0,12

Молибден0,50-3,28

Титан0,05-0,38

АЛЮМИНИЙ0,02-0,09

Ванадий - 0,05-0,55

Кальций0,001-0,10

Церий - 0,001-0,20 ЖелезоОстальное

Комплексное легирование такой стали позволяет получать наплавленный металл с пластичной мартенситной структурой, твердость которого в исходном состоянии 42,0-46 HRC Металлу после наплавки не требуется термическая обработка, при этом обеспечиваются высокие свойства по кавитационно-абразивно-коррозионной стойкости.

Легирование металла иттрием (или церием) и молибденом способствует очищению и укреплению границ зерен, уменьшению структурной неоднородности, упрочнению без снижения пластичности, а также повышению технологической прочности и коррозионной стойкости.

Введение в состав сплава хрома и сильных карбидо- и нитридообразуюцих элементов (титана, ванадия, ниобия и алюминия), а также присутствие молибдена, способствует упрочнению металла в процессе наплав0ки. ,

Наличие азота в сплаве улучшает технологические свойства, в частности исключается пористость и повышается пластичность наплавленного металла.

5

Примеры составов сплава для наплавки, характеризующие свойства металла в исходном после наплавки состоянии, приводятся в табл. 1 и 2.

Кавитационная стойкость сплава

0 (см. табл. 2)/ оцениваемая по потере массы образцов при испытании по ,известной методике на струеударной установке по сравнению с применяемыми в настоящее время сплавами

5 увеличивается в 2-5 раз.

По кавитационно-коррозионной стойкости предлагаемый сплав (табл.1 и 2) при испытании на магнитнострикционном вибраторе с амплитудой

0 50 мкм в специальной среде, имитирующей воду реки Аму-Дарьи, имеет результаты в 1,8 раза выше по сравнению с известными материалами.

Абразивная стойкость предлагаемого сплава (табл. 1 и 2), оцениваемая по потере массы образцов, при испытании на специально предназначенной для этой цели установке возросла в 1,6 раза.

Таблица 1

1. СТАЛЬ, преимугиественно для наплавки, содержащая железо, углерод, хром, никель, молибден, титан, алюминий, ванадий, азот, кальций,' церий, отличающаяся тем, что, с целью улучшения свароч- но-технологических свойств стали и повышения износостойкости наплавленного металла при работе в условиях кавитационно-абразивно-коррозионного износа, сталь дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, вес.%:УглеродХромНикельМолибденТитанАлюминийВанадийАзотКальцийЦерийНиобийЖелезо0,05-0,098,85-15,003,25-5,650,50-3,280,05-0,380,02-0,090,05-0,550,02-0,120,001-0,100,001-0,200,05-0,35Остальное(Л2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что вместо церия, она содержит иттрий.•сI05 4^сл

1(ЛН-40) 0,05 15,00 3,25 3,28 0,05 2(ЛН-40) 0,08 13,44 4,55 1,14 0,35 3(ЛН-40) 0,09 8,85 5,G5 0,5 0,55 4{ЛН-40А) 0,09 13,79 4,95 1,35 0,28 0,35 0,05 0,09 0,02 0,52 0,55 0,07 0,25 0,07 0,07 0,32 0,25 0,05 0,38 0,02 0,12 0,73 0,36 0,20 0,14 0,09 0,05 0,52 0,55 Продолжение табл. 1

Основные виды стойкости наплавленного металла

5,0

185

45 5.,0 190

44

Т а б л и ц а 2

1,8

86

1,86 90,0 1,68 1.7