Состав термитной смеси для сварки

 

СОСТАВ ТЕРМИТНОЙ СМЕСИ ДЛЯ СВАРКИ, содержащий алюминий, железную окалину, графит, окись хрома , окись никеля, металлический наполнитель и фторсодержащий компонент отличающийся тем, что, с целью улучшения механических свойств и износостойкости метал- , ла шва при сварке высокомарганцовистых сталей, состав дополнительно содержит двуокись марганца, а в качестве фторсодержащего компонента - фторид кальция при следуняцем соотношении компонентов, мас.%: Алюминий19-22 Железная окалнна 37-45 Окись никеля 2,0-2,3 Окись хрома 1,0-1,2 i Двуокись марганца 13,5-19,6 Графит0,5-0,8 (Я Фторид кальция 4,9-5,8 Металлический наполнитель 10,7-15,1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И1

А зев В 23 К 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

10,7-15,1 наполнитель

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3574057/25-27 (22) 06.04.83 (46) 23. 12. 84 . Бюл. Ф 47 (72) М.В. Ушаков, П. Е, Дуденко

Ю.M. Григорьев, В. В. Ватагин и В,С.Бердников (71) Ленинградский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт им.Ленсовета (53) 621.791.04(088.8) (56) I. Авторское свидетельство СССР

У 291491, кл. В 23 К 23/00, )3.08.68.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 747657, кл. В 23 К 23/00, 20.06.78 (прототип). (54)(57) СОСТАВ ТЕРМИТНОЙ СМЕСИ

ДЛЯ СВАРКИ, содержащий алюминий, железную окалину, графит, окись хрома, окись никеля, металлический наполнитель и фторсодержащий ° компо" нент отличающийся тем, что, с целью улучшения механических свойств и износостойкости металла шва при сварке высокомарганцовистых сталей, состав дополнительно содержит двуокись марганца, а в качестве фторсодержащего компонента — фторид кальция при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Алюминий 19-22

Железная окалина 37-45

Окись никеля 2,0-2,3

Окись хрома 1,0-1,2

Двуокись марганца 13,5-19,6

Графит 0,5-0,8

Фторид кальция 4,9-5 8

Металлический

30445

Остальное железа

1 11

Изобретение относится к термитной сварке, в частности к составам термитных смесей, дакицим при своем сгорании расплавленные металлы в ре зультате протекания реакций восстановления окислов металлов алюминием, и предназначено для сварки изделий из литой высокомарганцавистой стали, обладающих повышенной стойкостью к износу (рельсов, крестовин железнодорожных путей и переводных стрелок), а также применяется для некоторых видов ремонтных работ, выполненных в полевых условиях, например ремонта сельскохозяйственной техники.

В сварочном производстве широко применяются термитные смеси, содержащие в качестве основы алюминий, железную окалину, стальной наполнитель и легирующие добавки.

Известна термитная смесь следующего состава мас.Ж:

Ферросилиций 1 — 1,5

Чугунный лом !0-15 . Графит 4-6 ферромарганец 1,2-1,5

Алюминий и окись

Эта смесь содержит легирующие

30 элементы в виде ферросплавов Я.

Однако такой способ введения лигатуры приводит к потерям легирующих элементов, достигающим 60-80Х для марганца, и не позволяет получить наплавленный металл с высокиМ содержанием легирующего компонента, поскольку в этом случае на плавление феррослава расходуется значительная часть тепла, образующегося при тер- 40 митиой реакции, что вызывает непровары и прочие дефекты сварных швов.

Известна также термитная смесь следующего состава, мас.Х:

Алюминий 20-26 45

Графит 4- 8

Криолит 0,8-4

Окись хрома 2-14

Окись никеля 2-15

РЭМ 0,5-0,1

Лигатура:магнийкальций-железокремний 0,7-3 5

Железная окалина Остальное

В смесь может быть введена желез-. M иая оболочка. Термитная смесь позволяет повысить тепловой эффект процесса восстановления sa счет дополнительного тепловыделения при проте-" кании реакций между оксидами никеля и хрома с алюминием, а также снизить затраты, связанные с легированием образующего металла L2J .

Недостатками известного состава являются его нетехнологичность, выражающаяся в использовании в термитной смеси различных способов ле-. гирования, что приводит к неоднородности распределения лигатуры в наплавленном металле и значительным ее потерям на угар, лигатуры из группы

РЗМ, кроме высокой стоимости, обладают пирофорностью, повышенной склонностью к окислению и, как следствие, низким коэффициентом использования.

Кроме того, наплавленный металл обладает низкой износостойкостью ввиду того, что не содержит марганца, и поэтому не может быть использован для сварки высокомарганцовистой стали.

Цель изобретения — повышение Механических свойств сварного шва при сварке высокомарганцовистых сталей, выполненного термитной сваркой, и повышение износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что состав термитной смеси для сварки, содержащей алюминий, железную окалину, графит, окись хрома, окись никеля, металлический наполнитель и фторсодержащий компонент доУ полнительно содержит двуокись марганца, а в качестве фторсодержащего компо нета - фотрид кальция при следующем соотношении компонентов,массЛ.

Алюминий 19-22

Железная окалина 37-45

Окись никеля - 2,0-2,3

Окись хрома 1,0-1,2

Двуокись марганца 13,5-19,6

Графит 0 5-0,8

Фторид кальция 4,9-5,8

Металлический наполнитель 10,7-15,1

Термитная смесь может быть применена для сварки высокомарганцовистых сталей типа Г13Л и ЗИ-94, причем при сварке стали Г13Л, не легированный хромом и никелем, окись никеля и окись хрома могут быть исключены иэ состава термитной смеси.

Оптимальными для сварки сталей

Г13Л и ЭИ-94 являются частные составы термитных смесей, отраженные в табл.).

1130445 4

55

В состав термитной смеси для сварки высокомарганцовистой стали входят двуокись марганца, восстанавливающаяся алюминием до металлического марганца, который, растворяясь в избытке железа, обеспечивает требуемое содержание марганца в восстановительном металле, фторид кальция, снижающий температуру затвердевания шлаков и повьппающий тем самым степень извлечения марганца, хрома и никеля из шлаков, металлический наполнитель, необходимый для увеличения выхода металла и снижения его температуры ниже точки кипения марганца.

Принятое соотношение между алюминиевьп порошком и окислителями, железной окалиной, двуокисью марганца, оксидами никеля и хрома обеспечивает полноту протекания реакций восстановления и соответствует минимальному переходу легирующих элементов в металл. При содержании алюминия и окислителей выше 25Х и 45Х в составе термитной смеси для сварки стали марки Г13Л или- содержании алюминия ниже 19Х, а железной.окалины и двуокиси марганца ниже 42Х и 14,3 нарушается стехиометрическое равновесие в системе окислитель-восстановитель и наблюдается либо переход алюминия в образующуюся стапь, что ухудшает ее прочностные свойства, либо, при недостатке алюминия, часть окислов остается невосстановленной и теряется в шлаках.

Аналогичные явления происходят при превышении верхних указанных пределов для алюминия 21Х железной окалины 43, двуокиси марганца !8,4Х окиси никеля 2,3 ., окиси хрома 1,2 в составе термитной смеси для сварки стали марки ЭИ- 94, или при переходе через нижний предел, составляющий 19,4 для алюминия, 37Х для железной окалины, 13,5Х для двуокиси марганца, 2Х для окиси никеля и 1Х для окиси хрома. Содержание двуокиси марганца в указанных пределах обеспечивает содержание марганца в восстановленном металле 11-14Х что обеспечивает износостойкость металла на уровне требований, предьявляемых к высокомарганцовистым сталям марок Г13Л и ЭИ-94.

Содержание оксидов никеля в пределах 2,0-2,3 и хрома в пределах

5 !

О !

1,0-1 2Х обеспечивает содержание никеля в стали в пределах 3,0-3,5 . и хрома в пределах 0,5-0,7Х что соответствует требованиям, предъявляемых к высокомарганцовистой стали марки ЭИ-94, Содержание графита в составе смеси для сварки стали марки

Г13Л в пределах 0,5-0,8Х и 0,5-0,7Х н составе смеси для сварки стали .арки ЭИ-94 обеспечивает его растворение в стали с учетом 30Х потерь на угар и соответствует содержанию углерода в стали 0,65-1,ОХ, Содержание металлического наполнителя в указанных пределах выбрано исходя из необходимости увеличения выхода восстановленной стали и снижения ее температуры ниже температуры кипения марганца, составляющей 2000 С, с тем,-чтобы исключить потери марганца на испарение, При содержании металлического, наполнителя ниже 10,7Х в составе термитной смеси для сварки марки Г13Л и ниже 13,9Х в составе смеси для сварки стали марки ЭИ-94, потери марганца в результате испарения становятся значительными и могут достигать 60, а при содержании металлического наполнителя выше 15,1Х и

15,7Х для указанных составов смесей температура восстановленной термитной стали снижается настолько, что она теряет жидкотекучесть и становится непригодной для целей сварки.

В качестве металлического наполнителя необходимо брать нелегированную сталь, например 3, с тем, чтобы не вносить существенных изменений в химический состав наплавляемого металл а.

Фторид кальция является технологической добавкой, снижающей температуру затвердевания шпаков, состоящих в основном иэ окиси алюминия, с целью более полного извлечения лигатуры, часть которой остается в шлаках в виде корольков металла. При содержании фторида кальция ниже 5,2Х в составе термитной смеси; Г13Г и ниже

4,9Х в составе термитной смеси для сварки марки ЭИ-94: наблюдается резкое снижение выхода марганца, а также хрома и никеля соответственно, а при содержании фторида кальция выше 5,8Х и 5,5Х для указанных смесей соответственно, его влияние на

1130445

Таблица

Состав стали для сварки, мас.Е

Компоненты смеси

ЭИ-94

Г13Л

19-22

42-45

14,3-19,6

19,4-21 0

37-43

13 5-18,4

1,0-1,2

2,0-2,3

4,9-5,5

0,5-0,7

Алюминий

Железная окалина

Двуокись марганца

Окись хрома

Окись никеля

Фторид кальция

Графит

Металлический наполнитель

5 2-5,8

0,5-0,8

10,7-15,1

13,9 — 15 7 о степень извлечения лигатуры из шлаков перестает сказываться.

Пример, Для приготовления термитной смеси сухие ингредиенты просеивают через металлическую сетку 5 с четырьмя отверстиями на 1 см, а затем смешивают в смесителе в течение трех-четырех мин. Готовая термитная смесь помещается в специальную графитовую форму„ которая для удобства " 1 монтажа выполнена разъемной. Верхняя часть формы, в которую помещают порошкообразную термитную смесь сообщается с частью формы, в которой происходит формирование отливки, 15 метниковым каналом, закрытым металлической пластинкой определенной толщины. Реакция горения инициируется специальными термитными спичками, о имеющими температуру горения 1500 С.

После протекания экзотермической ре акции в верхней части формы происходит отделение металла от шлака за счет разницы их плотностей и перегретый металл, имеющий температуру около

1800 С, расплавляет металлическую

О запорную пластинку и поступает в нижнюю часть формы, где кристаллиэуясь, приобретает требуемую конфигурацию. ЗО

Для приготовления термитных смесей используют компоненты, удовлетворяющие требованиям следующих технических условий и нормалей: алюминиевый порошок марки АПВ (ТУ 48-5-152-78), железная окалина прокаленная ПО 5207-66, двуокись марганца (ТУ6-09-2962-78), окись никеля (ТУ6-09-4125-75), окись хрома (ТУ6-09-4272-76), графит (ТУ01-06-67), фторид кальция ГОСТ 7167-68), металлический наполнитель — ст.3.

Результаты химического анализа образцов металла, полученного при. сжигании различных рецептур термитных смесей, представлены в табл.2, а результаты исследования механических свойств иэносостойкости в условиях трения cvxoro качения— в табл. 3.

Составами 1,2,3,9 и 10 сваривают сталь Г13Л, составами 4,5,6,7 и 8— сталь ЭИ-94.

Технико-,экономическая эффективность изобретения в сравнении с известным составом заключается в увеличении срока службы сварных соединений, подвергающихся износу.

11 30445

Т аблица 2

Состав термитной смеси, X

Mn0g CraOS

А!

Fe O

Графит СаГ Ст.З

Ni0

MnJ с

Cr Ni

11 0,65

13 0,9

l9 45

20 44

05 58 151

14,5

16 5

0,7

42 19,6

22

0,8

19,4 43

20,5 40

11 0,65 0,5 3,0

13,5 1,0

2,0 0,5

0,6 3,3

Оэ7 Çэ5

2э2 О ° 6 5 ° 2 14э4

13 0,8

14 0,9

16эО 1 1

18,4 . 1,2

5,5 13,9

21 0

2,3 0,7

lбэО lэО 0 ° 8 Зэ5

2эО Оэ8 5э8 14э7

11,5 0,65 0,7. 3,4

22

20

2,2 0,5

10э5 0,9

17,0 1,0

0,7

0,8

Таблица 3 звестный

Показатели механичес,,ких свойств образцов

Образцы, полученные при сжигании термитных смесей

2 3 4 5 6 7 8

1 (9 10

Предел текучести, кг/мм2

38 42 48 40 42 44 45 40 36 50

Предел прочности при растяжении, кг/мм

60. 70 80 59 62 65 68 58 56 84

52-58

Ударная вязкость при 25 С, кгм/см 14 16 20 14,5 16 17,5 18 14 15 20

0 5-0,6

Твердость по Бриннелю

170 185 2PP .170 180 190 200 170 180 210

22 27 30 18 21 33 35 20 25 28

0,15 0,17 0,16 0 05 0 ° 06 0 08

156-255

Относительное удлинениеэЖ

2-3

Износостойкость

ВНИИПИ Заказ 9493/14 Тираж 1036 - Подписное

Фиииаа ЯПП "Яатеатээ, г,Ужгород, ул.llpoeanaaa, 4

19,6 1,1

13,5 1,2

13 5

19,6

5 5 13,3

4,9 10 7

4,9 15,7

4,9 10,7

5,8 15 0

4,9 15,7

Содержание легирующих элементов в металле, Х