Паста для износостойкой наплавки

 

Изобретение может быть использовано для наплавки деталей машин и механизмов из конструкционных сталей, работающих в условиях интенсивного абразивного и гидроабразивного изнашивания. Паста содержит металлический порошок и связующее. Металлический порошок состоит из твердого сплава, содержащего, вес. %: карбид вольфрама 58-89, карбид титана 0,1-28 и кобальт 2,6-14. В качестве связующего паста содержит 4-5%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы. Паста содержит компоненты в следующем соотношении, вес. %: металлический порошок твердого сплава 88-92 и 4-5%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы 8-12. Паста обеспечивает повышение твердости и износостойкости слоя, наплавленного на детали любой конфигурации и размеров. 1 табл.

Изобретение относится к материалам для наплавки и может быть использовано для износостойкой наплавки деталей машин и механизмов из конструкционных сталей, работающих в условиях интенсивного абразивного и гидроабразивного изнашивания.

Известна паста на основе натурального или минерального масла, содержащая 20-30% алмазного порошка (а.с. №2033310). Детали с нанесенной на них пастой помещают в емкость с водой, и закрепление алмазосодержащего материала осуществляют инициированием ударной волны в воде.

Однако эта паста не экономична, способ получения износостойких поверхностей с ее применением специфичен и может быть использован в ограниченных областях применения износостойких покрытий.

В наибольшей степени отвечает предъявляемым требованиям паста по а.с. №537780, содержащая карбиды бора и хрома, обладающие высокой твердостью. Паста для износостойкой наплавки, преимущественно с помощью электроконтактного нагрева, содержит в качестве связующего глицерин, при следующем соотношении компонентов, вес. %:

Графит 40-60

Карбид бора 0,1-3

Карбид хрома 0,25-5

Глицерин Остальное

Недостатками этой пасты являются: невозможность применения электроконтактного способа нагрева для деталей сложной формы и конфигурации; относительно невысокая твердость наплавленного металла (не выше 40HRC), не позволяющая обеспечить необходимую в условиях интенсивного абразивного воздействия износостойкость рабочих поверхностей; возможность образования в наплавленном металле пористости вследствие высокого содержания газообразующего компонента - графита и интенсивного испарения связующего пасты - глицерина, что приводит к дополнительному снижению его износостойкости.

Задачей изобретения является повышение твердости и, в конечном итоге, износостойкости наплавленного поверхностного слоя металла на детали любой конфигурации и размеров из конструкционных сталей.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемая паста содержит металлический порошок и связующее, отличающееся тем, что металлический порошок состоит из твердого сплава, содержащего, вес. %: карбид вольфрама 58-89, карбид титана 0,1-28 и кобальт 2,6-14, а в качестве связующего паста содержит 4-5%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы, при следующем соотношении компонентов, вес.%: металлический порошок твердого сплава 88-92 и 4-5%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы 8-12.

Легирующими компонентами в пасте, обеспечивающими высокую твердость наплавленного металла, являются карбиды вольфрама титана. При наплавке часть порошка из пасты образует в расплаве вторичные карбиды, а часть остается в наплавленном слое в виде нерасплавившихся частиц и благодаря своей высокой твердости (89-91HRC) обеспечивает повышенную износостойкость наплавленной поверхности. Кобальт обеспечивает высокую стойкость таких частиц порошка против растрескивания в результате воздействия термического цикла наплавки, а следовательно, и высокую их износостойкость.

Связующим компонентом в пасте является водный раствор КМЦ, который обеспечивает необходимый уровень ее сварочно-технологических свойств. В процессе наплавки КМЦ полностью выгорает без образования в наплавленном металле пористости, не оказывая влияния на химический состав наплавленного металла. Для изготовления пасты берется 4-5%-ный водный раствор КМЦ.

Оптимальное соотношение компонентов было установлено экспериментально. Содержание водного раствора КМЦ в пасте установлено в пределах 8-12%. Содержание водного раствора КМЦ в количестве менее 8% не позволяет сформировать под наплавку плотный (без рыхлот), не рассыпающийся валик пасты. При содержании в пасте связующего в количестве более 12% не удается получить валик пасты под наплавку оптимальной высоты и ширины из-за растекания.

Остальную часть пасты составляет порошок из твердого металлокерамического сплава, на долю которого приходится 88-92%. Состав порошка в предложенных пределах определяется марками сплавов, использованных для его изготовления.

Применение предлагаемой пасты обеспечивает повышение износостойкости деталей благодаря наличию в наплавленном металле карбидов вольфрама и титана, а также нерасплавленных частиц порошка из твердого сплава (до 10% от порошка в пасте). Толщина износостойкого наплавленного слоя определяется количеством наплавляемого порошка из пасты (высотой валика пасты) и составляет 2,5-3,0 мм. За счет перемешивания расплавленного основного металла и частиц порошка из пасты и высокого удельного веса последних количество легирующих элементов в нижних слоях наплавленного слоя несколько выше, чем в его верхних слоях. По этой причине твердость и износостойкость наплавленного слоя по мере его износа не снижаются.

Примеры реализации изобретения приведены в таблице.

Экспериментальное опробование предложенного состава наплавочной пасты проводилось при использовании следующих исходных компонентов:

- порошка, полученного из твердого сплава марки Т5К10 по ГОСТ 3882-74, содержащего 85% карбида вольфрама, 6% карбида титана и 9% кобальта;

- карбоксиметилцеллюлозы по ОСТ 6.05-386-90.

Твердый сплав марки Т5К10 был размолот в шаровой мельнице до частиц размером 100-315 мкм.

Водный раствор КМЦ 4-5%-ной концентрации получали выстаиванием его в течение 24 ч при периодическом перемешивании.

Пасту для наплавки приготавливали непосредственно перед использованием.

Под наплавку использовали пластины из стали 20 размерами 12×100×100 мм. Валики пасты под наплавку имели размеры: ширина - 10-15 мм, высота - 2,5-3,0 мм. Валики пасты перед расплавлением высушивались до полного испарения влаги. Наплавку выполняли аргонодуговым способом неплавящимся электродом на сварочном токе 220А.

Приведенные в таблице данные подтверждают правильность технического решения и выбранных интервалов по составу пасты.

Экономический эффект от предложенного изобретения выразится прежде всего в повышении в 2-5 раз ресурса работы деталей, подвергающихся в процессе эксплуатации интенсивному износу (деталей машин дорожно-строительного и сельскохозяйственного назначения, оборудования для производства цемента, асфальта, кирпича и других материалов, механизмов и инструмента для горнорудной, нефте- и газодобывающей отраслей промышленности и др.). Наряду с этим снижаются эксплуатационные расходы, связанные с остановкой оборудования и заменой вышедших из строя деталей на новые. Суммарный экономический эффект от использования предложенного изобретения составит 3000-30000 руб. на 1 кг наплавленного износостойкого сплава в зависимости от стоимости и срока службы изделия.

Формула изобретения

Паста для износостойкой наплавки, содержащая металлический порошок и связующее, отличающаяся тем, что металлический порошок состоит из твердого сплава, содержащего, вес.%: карбид вольфрама 58-89, карбид титана 0,1-28 и кобальт 2,6-14, а в качестве связующего паста содержит 4-5%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы, при следующем соотношении компонентов, вес.%: металлический порошок твердого сплава 88-92 и 4-5%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы 8-12.