Состав для наплавки

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для аргонодуговой наплавки рабочих органов почвообрабатывающих сельскохозяйственных машин, работающих в условиях динамических нагрузок и абразивного износа. Состав для наплавки содержит, мас. %: углерод 1,0-2,5, хром 14,0-17,0, никель 1,0-2,0, марганец 2,0-4,0, кремний 1,0-2,0, вольфрам 1,0-2,0, ванадий 1,0-2,0, молибден 0,5-1,0, медь 1,0-2,0, азот 0,1-0,3, железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических свойств, а именно твердости, прочности, ударной вязкости и прочности сцепления наплавленного слоя с основным металлом, а также повышение стойкости наплавленного металла к абразивному износу. 2 табл.

 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для аргонодуговой наплавки рабочих органов почвообрабатывающих сельскохозяйственных машин, работающих в условиях динамических нагрузок и абразивного износа.

Известен порошковый сплав для наплавки лемехов посредством токов высокой частоты (авт. св. СССР №277976 опубл.), содержащий следующие компоненты, мас. %:

хром 38,0-44,0
углерод 5,0-5,5
кремний 2,0-2,6
марганец до 1,5
никель 1,0-1,8
железо остальное

Недостатком данного сплава является то, что из-за высокого содержания углерода и хрома прочность сцепления твердого сплава с основным металлом низкая, а сплав склонен к образованию микротрещин и хрупкому разрушению.

Известен наплавочный порошок на железной основе (Патент RU №2696119 опубл.), содержащий следующие компоненты, мас. %:

углерод 4,3-4,6
хром 3,1-3,5
кремний 2,2-2,6
марганец 3,4-3,7
никель 1,2-1,4
бор 3,1-3,2
железо остальное

Однако в данном наплавочном порошке содержание таких легирующих элементов как углерод, бор и кремний в указанных диапазонах способствует образованию заэвтектической структуры, насыщенной избыточными карбидами, вследствие чего наплавленный слой имеет твердость 62…64 HRc и сопротивление ударным нагрузкам порядка 30…35 ударов до разрушения. В результате этого упомянутый наплавочный порошок непригоден для наплавки деталей, работающих в условиях динамических нагрузок и абразивного износа.

Прототипом изобретения является СОРМАЙТ сплав наплавочный прутковый и порошкообразный (ГОСТ 11545-65), который содержит следующие компоненты, мас. %:

хром 25,0-31,0
никель 3,0-5,0
углерод 2,5-3,3
кремний 2,8-3,5
марганец до 1,5
сера до 0,07
фосфор до 0,08
железо остальное

Недостатком данного сплава является то, что для повышения твердости, прочности и износостойкости наплавленному слою необходимо проводить термическую обработку. Содержание же углерода и кремния в указанных диапазонах приводит к росту микронапряжений в металлической матрице и, как следствие, повышенному абразивному износу и сколам при динамических нагрузках. Кроме того, в сплаве присутствует сера, которая является вредной примесью, и содержание ее в составе не допускается более, чем 0,05 мас. %. Сера, вступая во взаимодействие с железом, образует сернистое железо (Fe2S3), которое имеет температуру плавления более низкую, чем у сплава, и является труднорастворимым в расплавленном металле. В процессе кристаллизации сплава сернистое железо кристаллизуется между кристаллами наплавленного металла, что приводит к возникновению горячих трещин. Также в сплаве присутствует фосфор, который, как и сера, является вредной примесью и поэтому его содержание не должно превышать более, чем 0,05 мас. %. Фосфор, соединяясь с железом, образует фосфористое железо, которое обладает высокой хрупкостью и придает стали хладноломкость.

Задачей является усовершенствование состава для аргонодуговой наплавки рабочих органов почвообрабатывающих сельскохозяйственных машин, обеспечивающего повышение эксплуатационных свойств.

Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических свойств, а именно твердости, прочности, ударной вязкости и прочности сцепления наплавленного слоя с основным металлом, а также повышение стойкости наплавленного металла к абразивному износу.

Технический результат достигается тем, что состав для наплавки содержит углерод, хром, никель, марганец, кремний, железо, при этом дополнительно содержит вольфрам, ванадий, молибден, медь и азот при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углерод 1,0-2,5
хром 14,0-17,0
никель 1,0-2,0
марганец 2,0-4,0
кремний 1,0-2,0
вольфрам 1,0-2,0
ванадий 1,0-2,0
молибден 0,5-1,0
медь 1,0-2,0
азот 0,1-0,3
железо остальное

Упрочнение предложенного наплавочного материала и повышение его физико-механических свойств, происходит за счет образования карбидных фаз хрома, вольфрама, ванадия с сохранением хорошей структурной стабильности наплавленного металла. Количество углерода выбрано из условия, при котором карбидообразующие элементы будут образовывать такое количество карбидов, которое обеспечит максимальную стойкость наплавленного металла к абразивному износу.

Заявленное содержание углерода и хрома в наплавленном металле позволяет придать сплаву структуру доэвтектического хромистого чугуна, состоящую в литом состоянии из зерен первичного аустенита и четверной аустенитокарбидной эвтектики, содержащей хром, вольфрам, ванадий, углерод, распределенной по границам аустенитных зерен. Указанное содержание хрома в сплаве позволяет обеспечить повышение стойкости наплавленного металла к абразивному износу за счет выделения дисперсных частиц карбидов типа (М7С3).

При уменьшении содержания углерода и хрома, структура сплава становится аустенитной, вместо дисперсных выделений частиц карбидов типа (М7С3) появляются крупные включения карбидов (М3С) цементитного типа, что приводит к снижению твердости и стойкости наплавленного слоя к абразивному износу; при увеличении содержания этих элементов сплав приобретает структуру заэвтектического чугуна с крупными выделениями первичных карбидов, что приводит к охрупчиванию наплавленного слоя и резкому снижению стойкости наплавленного металла к абразивному износу.

Введение марганца в состав для наплавки, способствует повышению стойкости наплавленного металла к абразивному износу, за счет образования марганцовистого метастабильного аустенита. Также, по сродству к углероду, марганец занимает промежуточное положение между хромом и железом, принимает участие в карбидообразовании, что способствует повышению ударной вязкости, прочности и стойкости наплавленного слоя к абразивному износу.

Содержание в составе для наплавки никеля в указанном диапазоне обеспечивает образование аустенитной структуры, так как аустенит, легированный никелем, надежно закрепляет карбидную фазу, предохраняя ее от выкрашивания, что приводит к повышению стойкости наплавленного металла к абразивному износу. Отсутствие превращения аустенита в мартенсит за счет содержания никеля в сочетании с марганцем и хромом при охлаждении наплавленного металла способствует сохранению высокой ударной вязкости, прочности и стойкости наплавленного металла абразивному износу.

Дополнительное введение в состав для наплавки меди в указанном диапазоне, способствует переохлаждению аустенита в наплавленном металле, так как соединения меди, хрома, марганца и никеля способствуют образованию аустенитной структуры по сечению наплавленного слоя, включая и зону сплавления, а также обеспечивают увеличение прочности сплавления наплавленного металла предложенного состава с основным металлом и снижают склонность наплавленного металла к абразивному износу и хрупкому разрушению.

Дополнительное введение азота в состав для наплавки в количестве 0,1-0,3 мас. %, способствует образованию нитридов и карбонитридов, и, распределяясь между карбонитридами и твердым раствором, обеспечивает повышение устойчивости последнего против распада, а в сочетании с марганцем и никелем сохранению высоких физико-механических свойств в условиях абразивного износа. При уменьшении содержания азота менее 0,1 мас. %, он почти полностью расходуется на образование упрочняющих фаз. При увеличении содержания азота более 0,3 мас. % образуется большое количество карбонитридов, которые выкрашиваясь в процессе изнашивания, снижают ударную вязкость и прочность наплавленного металла в условиях абразивного износа.

Ванадий являясь карбидо- и нитридообразующим элементом, совместно с углеродом и азотом образует упрочняющие фазы, что способствует повышению стойкости наплавленного металла к абразивному износу. Кроме этого образующиеся карбиды и карбонитриды, выделяясь из жидкого раствора и являясь центрами кристаллизации, способствуют измельчению структуры, что в свою очередь положительно сказывается на ударной вязкости и прочности наплавленного металла. Кроме этого дополнительное введение ванадия в количестве 1,0-2,0 мас. % способствует легированию основы наплавленного металла, повышая ее устойчивость против абразивного износа. Снижение содержания менее 1,0 мас. % ванадия малоэффективно из-за образования недостаточного количества упрочняющих фаз, способствующих повышению сопротивления абразивному износу; введение свыше 2,0 мас. % ванадия нецелесообразно из-за образования большого количества химических соединений ванадия, которые приводят к охрупчиванию наплавленного металла и снижению стойкости к абразивному износу.

Кремний, совместно с марганцем, выполняет задачу флюсующих добавок, то есть окисляясь и всплывая на поверхности, предотвращают выгорание летучих элементов и проникновение окислительных процессов вглубь сварочной ванны. Кроме того, сочетание кремния и азота в указанных диапазонах обеспечивает повышение прочности, ударной вязкости, прочности сцепления наплавленного металла с основным металлом и стойкости наплавленного слоя к абразивному износу за счет образования нитридов кремния (Si3N4). Однако, увеличение содержания кремния более 2,0 мас. % приводит к охрупчиванию наплавленного слоя и образованию горячих трещин.

Введение в состав для наплавки вольфрама в сочетании с углеродом, способствует образованию в наплавленном слое мелкодисперсных карбидов вольфрама (WC), которые равномерно располагаясь в металлической матрице измельчают ее и способствуют увеличению твердости и стойкости наплавленного металла к абразивному износу. Содержание вольфрама в сплаве менее 1,0 мас. % не обеспечивает требуемый эффект упрочнения и повышения абразивной износостойкости; при содержании вольфрама выше 2,0 мас. % образуется выделившаяся фаза из карбидов вольфрама (WC) в большом количестве в зернах, и тем самым ухудшается ударная вязкость наплавленного металла.

Добавление в состав для наплавки молибдена в сочетании с никелем способствует получению мелкокристаллической структуры и повышению стойкости наплавленного металла к абразивному износу. Кроме того, молибден связывает избыточный вольфрам, образуя твердые растворы и препятствуя его выделению в газообразном виде при аргонодуговой наплавке. Также введение молибдена обусловлено необходимостью повышения прочности матрицы наплавленного металла без снижения ее стойкости к абразивному износу. Это проявляется в измельчении зерна аустенита матрицы и образовании сложных карбидов ((MoCr)2С3).

Таким образом, заявляемый состав для наплавки с указанными диапазонами количественных показателей компонентов, характеризуется высокой ударной вязкостью, прочностью, твердостью, прочностью сцепления наплавленного слоя с основным металлом, а также высокой стойкостью наплавленного металла к абразивному износу.

Заявляемый состав для наплавки и сплав известного состава готовили посредством расплавления шихты в индукционной высокочастотной печи с последующей отливкой в прутки диаметром 5 мм и длиной 270 мм, химический состав которых представлен в таблице 1.

Состав в виде литых прутков и сплав известного состава наплавлялись способом аргонодуговой сварки на образцы из стали марки Л53.

Наплавленные образцы подвергались сравнительным испытаниям по следующим показателям:

- ударная вязкость наплавленного металла определялась по ГОСТ 9454-78;

- испытание на прочность, а именно временное сопротивление проводилось по ГОСТ 1497-84;

- твердость по Роквеллу определялась в соответствии с ГОСТ 9013-59 (ИСО 6508-86);

- относительная износостойкость наплавленных образцов определялась на машине СМТ-1 в соответствии с ГОСТ 23.224-86.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таким образом, предлагаемый состав для наплавки позволяет повысить физико-механические свойства, а именно твердость, прочность, ударную вязкость и прочность сцепления наплавленного слоя с основным металлом, а также повысить стойкость наплавленного металла к абразивному износу.

Состав для наплавки, содержащий углерод, хром, никель, марганец, кремний, железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит вольфрам, ванадий, молибден, медь и азот при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углерод 1,0-2,5
хром 14,0-17,0
никель 1,0-2,0
марганец 2,0-4,0
кремний 1,0-2,0
вольфрам 1,0-2,0
ванадий 1,0-2,0
молибден 0,5-1,0
медь 1,0-2,0
азот 0,1-0,3
железо остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для аргонодуговой наплавки рабочих органов почвообрабатывающих сельскохозяйственных машин, работающих в условиях динамических нагрузок и абразивного износа. Состав для наплавки содержит, мас.%: углерод 1,0-2,5, хром 14,0-17,0, никель 1,0-2,0, марганец 2,0-4,0, кремний 1,0-2,0, бор 1,0-2,0, ванадий 1,0-2,0, молибден 0,5-1,0, медь 1,0-2,0, азот 0,1-0,3, железо - остальное.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу напыления защитного цинкового покрытия на поверхность металлических закладных деталей и арматуры железобетонных конструкций. Указанный способ включает размещение очищенных упомянутых деталей и арматуры в камере для металлизации на вращающемся барабане, проведение подготовки указанных деталей и арматуры в течение 2-3 часов при относительной влажности 60-75% и напыление слоя цинка толщиной 0,1-0,15 мм.

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано при ремонте и восстановлении изделий из титановых сплавов, подвергающихся усиленным нагрузкам и агрессивному воздействию внешних факторов окружающей среды во многих отраслях машиностроения. Способ нанесения покрытия на титановую деталь включает предварительную обработку поверхности детали абразивным порошком, нагрев потока сжатого воздуха до температуры 300 °С или 600 °С и подачу его в сопло для формирования сверхзвукового потока, в который подают порошкообразный материал для формирования покрытия с размером частиц 30-300 мкм, состоящий из пластичного металла и твердого компонента, такого как корунд, ускорение порошкообразного материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность титановой детали, а после формирования покрытие подвергают термообработке при температуре 200 °С, 400 °С или 600 °С в течение 15 мин.

Изобретение относится к области газотермических технологий и может быть использовано для нанесения порошковых покрытий методом низкоскоростного газопламенного напыления.  Способ газопламенного напыления порошкового материала с получением покрытия на никелевой основе посредством термораспылителя включает активирование пламени, образованного при сгорании ацетилена и кислорода, и подачу порошкового материала под срез сопла термораспылителя, при этом в качестве активирующей добавки используют водный раствор аммиака, а активирование пламени осуществляют путем подачи активирующей добавки до термического контакта с ядром основного пламени через термический диссоциатор, установленный соосно внутри центрального канала термораспылителя, при этом глубина его проникновения в высокотемпературное ядро основного пламени регулируется.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения сплавов на основе ванадия, и может быть использовано для получения высококачественных композиций на его основе с титаном и хромом, предназначенных для атомной энергетики. Способ получения трехслойного материала сталь Х17Н2 - V-4,9Ti-4,8Cr - сталь Х17Н2 включает нанесение на пластину из ванадиевого сплава V-4,9Ti-4,8Cr лазерной наплавкой порошка коррозионно-стойкой стали Х17Н2 дисперсностью 50-150 мкм и с массовым расходом 20-25 г/мин, при этом лазерную наплавку осуществляют лазерным лучом мощностью 950-1200 Вт и диаметром 1,6-2,0 мм.

Изобретение обеспечивает оборудование для изготовления вала датчика крутящего момента путем формирования магнитострикционной области, включающей в себя покрытие на основе металлического стекла с заданным рисунком на боковой поверхности валообразной заготовки. Валообразная заготовка прикреплена с возможностью вращения на транспортировочном приспособлении.

Изобретение относится к нанесению двухслойного покрытия и может быть использовано при повышении эксплуатационных свойств деталей, например, в авиадвигателестроении. Способ нанесения двухслойного покрытия на детали газотурбинного двигателя включает напыление подслоя из никель-алюминиевого сплава и нанесение газотермическим напылением внешнего пористого слоя.

Группа изобретений относится к области автомобилестроения. Способ изготовления тормозного диска заключается в том, что на основном корпусе тормозного диска выполняется эмалевое покрытие, для этого придают шероховатость поверхности основного корпуса в отдельных областях.

Изобретение относится к материалу покрытия, содержащему Cr-содержащие частицы, а также к способу получения покрытия и к покрытию, полученному с помощью этого способа. Материал для нанесения хромсодержащего покрытия содержит хромсодержащие частицы с содержанием хрома > 95 мас.%, при этом он содержит по меньшей мере часть Cr-содержащих частиц в форме агрегатов или агломератов, а Cr-содержащие частицы имеют среднюю площадь поверхности, измеренную по методу БЭТ, составляющую > 0,05 м2/г.

Изобретение относится к металлическим покрытиям, в частности к нанесению поверхностного покрытия на композитное изделие. Способ формирования поверхностного покрытия (256) на композитном изделии (150) включает нанесение термического напыления (206, 236) на поверхность (302) инструмента (300) с обеспечением формирования поверхностного покрытия (256), имеющего раскрепляемую связь (226) с поверхностью (302) инструмента и имеющего суммарное остаточное напряжение (250), которое, по существу, эквивалентно по величине прочности (224) сцепления покрытия с инструментом.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению гибко-катаного плоского стального продукта переменной толщины, состоящего из высокопрочной марганецсодержащей стали. Для получения плоского стального продукта переменной толщины используют горячекатаную или холоднокатаную стальную полосу, оцинкованную или неоцинкованную, имеющую состав, содержащий, мас.%: С: от 0,0005 до 0,9, Мn: от 4 до 12, А1: до 10, Р: <0,1, S: <0,1, N: <0,1, при необходимости один или несколько из: Si: до 6, Сr: до 6, Nb: до 1, V: до 1,5, Ti: до 1,5, Мо: до 3, Sn: до 0,5, Сu: до 3, W: до 5, Со: до 8, Zr: до 0,5, Та: до 0,5, Те: до 0,5 и В: до 1,5, остальное - железо с неизбежными примесями.
Наверх