Порошковая проволока

Порошковая проволока может быть использована для восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной арматуры и дросселирующей аппаратуры, торцевых уплотнений контактных пар. Порошковая проволока, состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержит компоненты шихты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 4,8-6,0, плавиковый шпат 6,4-9,5, рутил 11,9-14,3, графит 0,7-1,2, феррохром 47,6-52,4, ферромолибден 7,1-9,5, феррониобий 3,6-7,1, железный порошок - остальное. Коэффициент заполнения проволоки порошкообразной шихтой составляет 42%. Для изготовления порошковой проволоки используют как ферроматериалы, так и чистые порошки металлов, варьируя состав шихты в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл. Изобретение направлено на повышение износостойкости наплавленного металла, работающего на истирание в контакте с коррозионной средой. 2 табл.

 

Изобретение относится к области электродуговой наплавки порошковой проволокой деталей, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой, и может быть использовано в энергетической, химической, нефтяной отраслях промышленности, например, для восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной и дросселирующей аппаратуры, торцевых уплотнений контактных пар различных насосов, шнеков.

Известна порошковая проволока (авторское свидетельство СССР №428893, B23K 35/36, 1973 г.) для наплавки открытой дугой, состоящая из металлической оболочки и порошкообразной шихты, содержащей, вес.%:

Рутиловый концентрат 13÷15,5
Плавиковый шпат 14÷16
Мрамор 6÷7,5
Ферротитан 15÷26
Феррохром 1,8÷2,2
Феррованадий 2÷8
Железный порошок остальное

Недостатком известной проволоки является низкая твердость наплавленного металла.

Наиболее близким по химическому составу является изобретение (авторское свидетельство СССР №338336, B23K 35/36, 1972 г.), защищающее шихту порошковой проволоки для износостойкой наплавки посадочных поверхностей из углеродистых и низколегированных сталей, работающих в условиях трения металла о металл, в состав которой введен ферромолибден 0,2÷2,0 мас.%, а остальные компоненты взяты в следующем процентном отношении, мас.%:

Феррохром 0,5÷4
Ферромарганец 0,2÷2
Мрамор 0,5÷3
Плавиковый шпат 1÷5
Железный порошок 5÷25
Стальная оболочка остальное

Однако металл, наплавленный известной порошковой проволокой, имеет недостаточную твердость (до 40 HRC) и коррозионную стойкость.

Задачей данного изобретения является повышение износостойкости наплавленного металла, работающего на истирание в контакте с агрессивными средами.

Технический результат достигается за счет того, что порошковая проволока, состоящая из низкоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей мрамор, плавиковый шпат, феррохром, ферромолибден и железный порошок, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит рутил, графит и феррониобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор 4,8÷6,0
Плавиковый шпат 6,4÷9,5
Рутил 11,9÷14,3
Графит 0,7÷1,2
Феррохром 47,6÷52,4
Ферромолибден 7,1÷9,5
Феррониобий 3,6÷7,1
Железный порошок остальное,

а коэффициент заполнения проволоки порошкообразной шихтой составляет 42%.

В качестве оболочки использовали стальную ленту марки 08кп размером 15×0,5 мм по ГОСТ 503-81. Для изготовления порошковой проволоки используются как ферроматериалы, так и чистые порошки металлов, варьируя состав шихты в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл.

Наплавка предложенной проволокой может производиться как на открытом воздухе без дополнительной защиты, так под флюсом и в среде защитных газов.

Проволока обеспечивает следующий химический состав наплавленного металла во втором слое, мас.%:

Углерод 0,20÷0,45
Хром 13÷15
Молибден 1,2÷2
Ниобий 0,5÷1,2
Железо остальное

В качестве примесей могут присутствовать кремний и марганец до 0,3%, сера и фосфор до 0,03%.

Содержание в шихте порошковой проволоки графита (0,7÷1,2 мас.%), феррохрома (47,6÷52,4 мас.%) и феррониобия (3,6÷7,1 мас.%) способствует получению наплавленного металла нового типа, который приобретает повышенную износостойкость и коррозионную стойкость.

Углерод в пределах 0,20÷0,45 мас.% обеспечивает оптимальное сочетание твердости, износостойкости и ударной вязкости, а также ряд технологических свойств наплавленного металла. При концентрации в металле углерода ниже 0,20 мас.% не обеспечивается требуемая твердость после термической обработки, а при превышении 0,45 мас.% ухудшаются механические свойства наплавленного металла, прежде всего пластичность и ударная вязкость, и высока вероятность образования трещин.

Увеличение содержания в шихте хрома обеспечивает получение в наплавленном металле мартенситной структуры, обладающей достаточно высокой коррозионной стойкостью, характерной для сталей (20-40)Х13.

Введение в состав новой порошковой проволоки феррониобия обеспечивает получение карбидов ниобия в процессе расплавления и кристаллизации наплавленного металла. Карбиды ниобия, равномерно распределенные в матрице нового типа наплавленного металла, обеспечивают ему высокую износостойкость в условиях абразивного изнашивания и восприятия статического давления с большими контактными нагрузками. Кроме того, ниобий обеспечивает стойкость наплавленного металла к межкристаллитной коррозии в послесварочном состоянии.

Отсутствие марганца в предложенной проволоке, по сравнению с известной, вызвано необходимостью снижения до минимума возможности образования в наплавленном металле остаточного аустенита.

Молибден введен для повышения твердости и прочности, поскольку основной упрочняющей фазой для данного метала, наряду с карбидами является фаза Лавеса типа Fe2Мо. Молибден также является поверхностно-активным элементом по отношению к железу, препятствует выделению карбидов и интерметаллидов по границам зерен, что, в свою очередь, повышает прочность и пластичность наплавленного металла. Кроме того, молибден предупреждает рост зерна при кристаллизации и повышает технологическую прочность (стойкость к горячим трещинам) наплавленного металла.

Железный порошок введен в количестве, необходимом для получения расчетного коэффициента заполнения порошковой проволоки, что обеспечивает получение наплавленного металла требуемого химического состава. Также железный порошок способствует равномерности плавления шихты и оболочки, что улучшает сварочно-технологические свойства порошковой проволоки.

Предложенная порошковая проволока обеспечивает комплексное упрочнение наплавленного металла за счет образования в мартенситной матрице как карбидов хрома, ниобия и молибдена Cr23С6; (Cr3Nb)C2; NbC; (Mo23C6+Mo2C), так и интерметаллидных фаз типа Fe2Mo.

Использование в качестве газо- и шлакообразующих компонентов шихты новой порошковой проволоки следующего состава, мас.%: мрамор 4,8÷6,0 мас.%, плавиковый шпат 6,4÷9,5 мас.%, рутил 11,9÷14,3 мас.%, - обеспечивает, в отличие от прототипа, трехкомпонентный шлак СаО-CaF2-TiO2, что способствует улучшению защиты расплавленного металла от воздействия воздуха в широком диапазоне напряжения, хорошему формированию валика наплавленного металла и повышает устойчивость горения дуги в процессе наплавки.

Было изготовлено три варианта новой порошковой проволоки (табл.1).

Таблица 1
Состав шихты порошковой проволоки Соотношение компонентов (варианты проволоки), мас.%
1 2 3 4 - прототип
Мрамор 4,8 5 6 7,1
Плавиковый шпат 6,4 7,9 9,5 11,9
Рутил 11,9 13,1 14,3 -
Графит 0,7 0,95 1,2 -
Феррохром 47,6 50 52,4 9,5
Ферромолибден 7,1 8,3 9,5 4,8
Феррониобий 3,6 5,2 7,1 -
Ферромарганец - - - 4,8
Железный порошок ост ост ост ост

Новая порошковая проволока всех изготовленных вариантов прошла сварочно-технологические испытания при наплавке темплетов из стали 45 размерами 20×60×250 мм. При наплавке образцов использовали источник питания дуги ВДУ-506 и сварочный полуавтомат ПДФ-512. Самозащитная порошковая проволока обеспечивает хорошие сварочно-технологические свойства при наплавке на постоянном токе обратной полярности на режимах Iд=290÷310 А, Uд=30÷32 В.

Наплавленный металл, полученный новой порошковой проволокой используется в закаленном от температур 1000-1100°С и отпущенном состоянии. После закалки твердость в зависимости от содержания углерода составляет 52÷60 HRC, после отпуска при 200-300°С - 46÷54 HRC, а после отпуска при 600°С - 34÷40 HRC.

Испытания на истирание проводили на лабораторной установке в условиях мокрого трения металла о металл (толкатель - кулачок) при удельном давлении на изнашиваемые поверхности 1 МПа. Результаты испытаний выражались в виде коэффициента относительной износостойкости ε, численно равного отношению весовых износов эталона (сталь 30Х13) и испытуемого металла за одинаковое время.

По сравнению с использованием порошковой проволоки-прототипа применение предлагаемой новой порошковой проволоки позволит увеличить твердость с 38 до 46-54 HRC, предел прочности с 720 до 860-1150 МПа, коэффициент относительной износостойкости ε с 1,2 до 1,8-2,3.

Таблица 2
Свойства наплавленного металла Варианты проволоки
1 2 3 4 5 прототип
Механические характеристики*
Твердость, HRC 41 46 51 54 58 38
Предел прочности, МПа 780 860 980 1150 1210 720
Коэффициент ε 1,3 1,8 2,1 2,3 2,4 1,2
Технологические характеристики
Поры на поверхности нет нет нет нет нет 1-2 на 10 см2
Трещины нет нет нет нет 1 на 15 см2 нет
Наплывы нет нет нет нет нет 1 на l=200 мм
* - механические свойства определялись на образцах, прошедших отпуск при 250°С.

Наплавленный металл, полученный новой порошковой проволокой, может использоваться в закаленном от температур 1000-1100°С и отпущенном состоянии. После закалки твердость в зависимости от содержания углерода составляет 52÷60 HRC, после отпуска при 250°С - 46÷54 HRC, a после отпуска при 600°С - 34÷40 HRC.

Технологические испытания новой порошковой проволоки показали, что в процессе наплавки без дополнительной защиты обеспечивается устойчивое горение дуги, хорошее формирование валика наплавного металла, отсутствие трещин и наплывов, шлаковая корка хорошо покрывает наплавленный валик и удаляется без затруднения.

Использование предложенной порошковой проволоки для наплавки уплотнительных поверхностей деталей запорной арматуры трубопроводного транспорта позволяет повысить их износостойкость и срок службы в 2,3÷2,8 раза и соответственно снизить затраты на их восстановление примерно на 20÷30%.

Порошковая проволока для наплавки деталей, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой, состоящая из низкоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей мрамор, плавиковый шпат, феррохром, ферромолибден и железный порошок, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит рутил, графит и феррониобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

мрамор 4,8-6,0
плавиковый шпат 6,4-9,5
рутил 11,9-14,3
графит 0,7-1,2
феррохром 47,6-52,4
ферромолибден 7,1-9,5
феррониобий 3,6-7,1
железный порошок остальное

а коэффициент заполнения проволоки порошкообразной шихтой составляет 42%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сварки, в частности к системе сварки короткой дугой между перемещающимся проволочным электродом и заготовкой, способу управления импульсом тока и электроду с сердечником для флюса, и может найти применение в машиностроении.
Изобретение относится к материалам для наплавки на детали из конструкционных сталей, работающие в условиях абразивного или гидроабразивного изнашивания, в том числе, при наличии умеренных ударных нагрузок.
Изобретение относится к сварочному производству, в частности к шихте порошковой проволоки для наплавки слоя стали средней и повышенной твердости в среде защитных газов и под флюсом, и может быть использовано на железнодорожном транспорте при восстановлении деталей из углеродистых низколегированных сталей.

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к порошковым проволокам, и может быть использовано для механизированной сварки в защитном газе низколегированных хладостойких сталей нормальной и повышенной прочности в различных отраслях промышленности, например в трубной, судостроительной и нефтехимической отраслях промышленности, с обеспечением хладостойкости шва при температурах до минус 60°С.
Изобретение относится к сварочному производству, а именно к наплавочным материалам, используемым для наплавки деталей, работающих при больших удельных давлениях и повышенных температурах, например валков горячего деформирования (прокатки), в том числе валков машин непрерывного литья стальных заготовок, а также деталей химической аппаратуры, в том числе задвижек газовых и нефтяных трубопроводов.

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к порошковым проволокам, и может быть использовано для автоматической и механизированной сварки в среде защитных газов во всех пространственных положениях хладостойких низколегированных трубных сталей категорий прочности Х70 и Х80 в различных отраслях промышленности, например, в трубной, нефтехимической промышленности с обеспечением хладостойкости шва при температурах до минус 60°С

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к порошковым проволокам, и может быть использовано для автоматической и механизированной сварки в среде защитных газов во всех пространственных положениях низколегированных трубных сталей категории прочности Х90 в различных отраслях промышленности, например в трубной, нефтехимической промышленности

Изобретение относится к области электродуговой наплавки износостойких сплавов, в частности к составу порошковой проволоки, и может быть использовано для повышения стойкости деталей оборудования и инструмента, работающих в условиях интенсивного износа при повышенных температурах (до 900°C) с ударными нагрузками, например деталей прессового инструмента горячего деформирования, валков горячей прокатки

Изобретение относится к наплавочным материалам, в частности к порошковым проволокам, для электрошлаковой наплавки инструментов и изделий, работающих в условиях абразивного износа
Изобретение относится к электродным материалам для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для наплавки деталей, испытывающих активный абразивный износ металла по металлу в условиях повышенной температуры и многократных перепадов температур, например валков горячей прокатки, опорных валков, привалковой арматуры и других деталей металлургического оборудования прокатных станов

Изобретение относится к области электродуговой наплавки износостойких сплавов, в частности к составу порошковой проволоки

Изобретение относится к области электродуговой наплавки износостойких сплавов и может быть использовано для повышения стойкости деталей, работающих на истирание в контакте с агрессивными средами

Изобретение относится к наплавочным материалам, в частности к порошковым проволокам для дуговой наплавки в защитных газах инструмента и деталей, работающих при больших удельных давлениях и повышенных температурах
Наверх