Порошковая проволока

Порошковая проволока относится к сварочному производству, а именно к наплавочным материалам, используемым для наплавки на детали из низколегированных и углеродистых сталей. Технический результат полезной модели заключается в повышении износостойкости наплавленного слоя при сохранении его достаточной твердости за счет снижения напряжений в металле. Порошковая проволока содержит металлическую оболочку и флюсовый слой выполненный из шихты, которая включает двуокись циркония, углеродосодержащий компонент, кремнийсодержащий компонент, окись алюминия, окись меди и окись вольфрама. В качестве кремнийсодержащего компонента выбрана окись кремния. В качестве углеродосодержащего компонента выбран графит. Компоненты выбраны при следующем соотношении, масс.%:

Соотношение флюсового слоя к оболочке 11,2-16,8%. Использование порошковой проволоки позволяет получить наплавленный слой превышающий прототип по коэффициенту износостойкости на 10-50% и обеспечивающий твердость сопоставимую с твердостью прототипа.

Полезная модель относится к сварочному производству, а именно к наплавочным материалам, используемым для наплавки на детали из низколегированных и углеродистых сталей.

Проблема, существующая в области наплавки на углеродистые и низколегированные стали, заключается в получении порошковой проволоки с высокой твердостью и износостойкостью.

Известна порошковая проволока для наплавки [1], которая содержит низкоуглеродистую стальную оболочку и флюсовый слой. Флюсовый слой выполнен из шихты, которая содержит хром, никель, марганец, ферромолибден, кремнийсодержащий компонент, графит, кремнефтористый натрий, двуокись циркония, железо.

В качестве кремнийсодержащего компонента выбран ферросилиций. Соотношение флюсового слоя к оболочке составляет 24,5-27,5%.

Соотношение компонентов шихты составляет, масс.%

Достоинство известной порошковой проволоки заключается в получении наплавленного металла с высокой долговечностью. Это обусловлено тем, что в наплавленном слое отсутствуют поры и трещины за счет наличия в шихте двуокиси циркония и никеля. Наличие никеля в шихте приводит к измельчению зерна и, как следствие, к повышению ударной вязкости, которая предотвращает появления трещин. Наличие циркония в шихте приводит к связыванию

азота, что предотвращает образование газовых пор, образуя твердые структурные составляющие в виде нитридов.

Однако недостатком данной порошковой проволоки является ограниченная твердость (28-32 HRC). Это обусловлено тем, что содержание легирующих компонентов в шихте незначительно. Незначительное содержание хрома и углерода приводит к недостаточному образованию карбидов для обеспечения высокой твердости.

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому результату является порошковая проволока [2], которая состоит из металлической оболочки и флюсового слоя, выполненного из шихты, которая содержит хром, никель, марганец, ферромолибден, кремнийсодержащий компонент, углеродосодержащий компонент, кремнефтористый натрий, двуокись циркония, железо. В качестве кремнийсодержащего компонента выбран ферросилиций, а углеродосодержащего - углеродистый хром.

Соотношение флюсового слоя к оболочке составляет 24,5-28,5%.

Соотношение компонентов шихты составляет, масс.%

Достоинством известной порошковой проволоки является высокая твердость. Это обусловлено наличием в шихте, по сравнению с аналогом, большего количества легирующих компонентов. Наличие хрома, марганца, молибдена, циркония, углеродистого хрома приводит к увеличению твердых составляющих в наплавленном слое. Внедрение вышеуказанных компонентов в кристаллическую решетку металла вызывает в наплавленном слое возникновение напряжений, что приводит к повышению твердости наплавленного металла.

Однако недостатком порошковой проволоки является ограниченная износостойкость, что обусловлено значительным образованием в наплавленном слое трещин благодаря высокому содержанию в ней карбидообразующих компонентов. Увеличение твердой составляющей в наплавленном слое приводит к высоким напряжениям в кристаллической решетке и к последующим деформациям. В свою очередь дополнительные деформации способствуют образованию трещин.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании порошковой проволоки, обеспечивающей высокую износостойкость при сохранении достаточной твердости наплавленного слоя за счет снижения в ней напряжений, являющихся причиной образования трещин.

Для решения поставленной задачи в известную порошковую проволоку, содержащую металлическую оболочку и флюсовый слой, выполненный из шихты, включающей двуокись циркония, кремнийсодержащий компонент и углеродосодержащий компонент, в шихту флюсового слоя дополнительно введены окись алюминия, окись меди, окись вольфрама, в качестве кремнийсодержащего компонента выбрана окись кремния, в качестве углеродосодержащего компонента графит при следующем соотношении компонентов, масс.%:

и при соотношении флюсового слоя к оболочке равном 11,2-16,8%.

Введение новых компонентов и изменение количественного соотношения компонентов в шихте флюсового слоя приводит к повышению износостойкости и обеспечению достаточной твердости наплавленного слоя.

Наличие меди вольфрама и алюминия в виде окислов приводит к увеличению центров кристаллизации и, как следствие, к увеличению скорости кристаллизации и уменьшению зерна. В свою очередь измельчение зерна приводит

к уменьшению напряжений и деформаций в кристаллической решетке. Вследствие этого в наплавленном слое устраняются трещины, что приводит к увеличению износостойкости.

Увеличение количественного состава циркония и графита приводит:

- во-первых, к дополнительному образованию центров кристаллизации и соответственно измельчению зерна, что способствует увеличению износостойкости;

- во-вторых, приводит к образованию карбидов в наплавленном металле.

Наличие карбидов, являющихся твердыми структурными составляющими, повышает плотность плотно упакованной кристаллической решетки, что приводит к увеличению твердости наплавленного слоя.

Порошковая проволока содержит металлическую оболочку, например из стали, и флюсовый слой выполнен из шихты, которая включает двуокись циркония, углеродосодержащий компонент, кремнийсодержащий компонент, окись алюминия, окись меди и окись вольфрама.

В качестве кремнийсодержащего компонента выбрана окись кремния. В качестве углеродосодержащего компонента выбран графит.

Компоненты выбраны при следующем соотношении, масс.%:

Соотношение флюсового слоя к оболочке 11,2-16,8%.

Проволоку готовят следующим образом.

Пример 1.

Для приготовления флюсового слоя берут следующие компоненты 15,0 г (51,60%) графита, 5,9 г (20,30%) двуокиси циркония, 7,50 г (25,80%) окиси кремния, 0,3 г (1,03%) окиси меди, 0,3 г (1,03%) окиси вольфрама, 0,07 г (0,24%) окиси алюминия. Компоненты перемешивают в смесителе в течение 20 минут.

После приготовления шихты ею заполняют металлическую оболочку, выполненную из стали 08 пс, при этом соотношение флюсового слоя к оболочке составляет 16,8%.

Пример 2.

Проволоку готовят также как в примере 1, при количестве 19,0 г (57,45%) графита, 5,9 г (17,84%) двуокиси циркония, 7,50 г (22,68%) окиси кремния, 0,3 г (0,91%) окиси меди, 0,3 г (0,91%) окиси вольфрама, 0,07 г (0,21%) окиси алюминия. При соотношении флюсового слоя к оболочке 14,6%.

Пример 3.

Проволоку готовят также как в примере 1, при количестве 22,0 г (60,99%) графита, 5,9 г (16,36%) двуокиси циркония, 7,50 г (20,79%) окиси кремния, 0,3 г (0,83%) окиси меди, 0,3 г (0,83%) окиси вольфрама, 0,07 г (0,19%) окиси алюминия. При соотношении флюсового слоя к оболочке 11,2%

Пример 4.

Проволоку готовят также как в примере 1, при количестве 27,0 г (65,74%) графита, 5,9 г (14,37%) двуокиси циркония, 7,50 г (18,26%) окиси кремния, 0,3 г (0,73%) окиси меди, 0,3 г (0,73%) окиси вольфрама, 0,07 г (0,17%) окиси алюминия. При соотношении флюсового слоя к оболочке 9,7%

Пример 5.

Проволоку готовят также как в примере 1, при количестве 10,00 г (41,55%) графита, 5,9 г (24,51%) двуокиси циркония, 7,50 г (31,16%) окиси кремния, 0,3 г (1,25%) окиси меди, 0,3 г (1,25%) окиси вольфрама, 0,07 г (0,29%) окиси алюминия. При соотношении флюсового слоя к оболочке 17,5%.

Пример 6.

Шихту готовят как в прототипе, при количестве 13,5 г (47,37%) хрома, 0,5 г (1,75%) никеля, 0,7 г (2,46%) марганца, 1,2 г (4,21%) ферромолибдена, 0,6 г (2,11%) ферросилиция, 3,90 г (13,68%) углеродистого хрома, 0,9 г (3,16%) кремнефтористого натрия, 2,4 г (8,42%) двуокиси циркония, 4,8 г (16,84%) железа. При соотношении флюсового слоя к оболочке 28,5%.

Порошковая проволока работает следующим образом:

На поверхность изношенных деталей, выполненных из низколегированных и углеродистых сталей, наплавляют порошковую проволоку. При наплавке происходит выделение большого количества тепла, влияющего на расплавление компонентов шихты и расплавление металла в зоне сплавления. В процессе остывания происходит кристаллизация и перемешивание слоя в однородную структуру.

Физико-механические свойства наплавленного металла приведены в таблице 1.

Использование порошковой проволоки позволяет получить наплавленный слой превышающий прототип по коэффициенту износостойкости на 10-50% и обеспечивающий твердость сопоставимую с твердостью прототипа.

Источники информации принятые во внимание:

1. А.с. 2083340 СССР, Кл. В 23 К 35/368, Порошковая проволока. /Язовских В.М. (СССР). Заявитель и патентообладатель: В.М.Язовских, Н.М.Королев, Н.М.Разиков, Н.П.Надымов, Г.Л.Губин, Ю.М.Минкин, Н.В.Волнин; Опубл. 10.07.97. Бюл. - №02/2004.

2. А.с. 2083341 СССР, Кл. В 23 К 35/368, Порошковая проволока. /Язовских В.М. (СССР). Заявитель и патентообладатель: В.М.Язовских, Н.М.Королев, Н.М.Разиков, Н.П.Надымов, Г.Л.Губин, Ю.М.Минкин, Н.В.Волнин; Опубл. 10.07.97. Бюл. - №02/2004.

Порошковая проволока, содержащая металлическую оболочку и флюсовый слой, выполненный из шихты, включающей двуокись циркония, кремнийсодержащий компонент и углеродосодержащий компонент, отличающаяся тем, что в шихту флюсового слоя дополнительно введены окись алюминия, окись меди, окись вольфрама, в качестве кремнийсодержащего компонента выбрана окись кремния, в качестве углеродосодержащего компонента графит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

и при соотношении флюсового слоя к оболочке, равном 11,2-16,8%.