Композиційний зносостійкий і корозійностійкий сплав для плакування стальних деталей

Изобретение относится к высокотемпературному плакированию стальных деталей износостойкими в коррозионной среде сплавами при толщине слоя достаточной для последующей механической обработки. В качестве прототипа выбран известный композиционный износостойкий и коррозионностойкий никелевый сплав [1], который содержит, мас.%: Однако известный сплав недостаточно стоек в агрессивных коррозионных средах; предназначен для нанесения тонкого слоя центробежным способом на внутреннюю цилиндрическую поверхность, для чего необходим нагрев до температуры близкой к температуре плавления стали, что увеличивает возможность возникновения ножевой коррозии плакированных деталей в зоне сплавления. В основу изобретения поставлена задача создания композиционного износостойкого и коррозионностойкого сплава для плакирования стальных деталей, в котором введение новых компонентов и подбор соотношения компонентов позволяет плакировать стальные детали слоем любой толщины с ячеистой структурой, не имеющей усадочных и ликвационных дефектов. При этом плакирование можно осуществлять при температуре значительно ниже плавления основного металла, что устраняет опасность ножевой коррозии в зоне сплавления. Поставленная задача решается тем, что композиционный износостойкий и коррозионностойкий сплав для плакирования стальных деталей, содержащий кремний, хром, бор, никель, кобальт, кроме того, согласно изобретению, дополнительно содержит углерод, вольфрам, титан, железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: Пределы содержания компонентов сплава определяются следующими факторами. Введение углерода в состав сплава менее 0,3% уменьшает твердость слоя из-за уменьшения количества карбидов вольфрама и бора в структуре сплава. При увеличении содержания углерода более 0,9% в слое образуются раковины, связанные с повышением жидкотекучести расплава. При уменьшении содержания кремния менее 6,0% образуются в слое непропитанные участки из-за повышения температуры плавления жидкой фазы. При увеличении содержания кремния более 7,0% снижается коррозионная стойкость сплава. Снижение содержания хрома менее 23% снижает твердость сплава, а при повышении более 26% образуются непропитанные участки из-за повышения температуры плавления жидкой фазы. Ведение вольфрама менее 2,0% снижает твердость сплава, а повышение более 2,5% - приводит к образованию непропитанных участков из-за резкого повышения температуры плавления жидкой фазы. Снижение содержания бора менее 0,5% приводит к образованию дефектов из-за повышения температуры плавления жидкой фазы, а повышение более 1,0% - приводит к снижению коррозионной стойкости. Введение титана в состав сплава менее 0,6% снижает твердость сплава, а увеличение более 0,7% приводит к образованию пористости. Никель и железо в сплаве являются примесями, появляющимися при введении в его состав кобальта и бора в виде ферросплава. Результаты оценки сплавов с разными сочетаниями компонентов приведены в таблице. Для образования сплава заданного состава и формирования из него плакирующего слоя на поверхность стальной детали устанавливают форму, образующую зазор размером, соответствующим необходимой толщине слоя, и заполняют его порошком из сплава №1 с температурой плавления более 1400°С, содержащего, мас.%: На входе в зазор устанавливают питатель, содержащий сплав №2 с температурой плавления 1140°С, содержащий, мас.%: Нагрев осуществляют в вакууме до температуры 1180°С, при которой расплав сплава №2 пропитывает порошок сплава №1. При определенной изотермической выдержке образуется сплав заданного состава. При кристаллизации сплава формируется однородная композиционная ячеистая структура плакирующего слоя. Зернистость структуры определяется размерами частичек порошка и продолжительностью изотермической выдержки. Микроструктура сплава представляет собой частично растворенные частицы твердого раствора кобальта с хромом, кремнием и никелем с равномерно распределенными карбидами вольфрама округлой зернистой формы. Матрица сплава представляет собой твердый раствор кобальта с хромом, кремнием, железом, по полю которой распределены карбиды вольфрама и титана в виде зерен компактной и игольчатой формы. Пример осуществления изобретения. На кольце из стали 10Х17Н13М2Т на внутреннюю конусную поверхность устанавливают керамическую форму с зазором 2-5 мм. Зазор заполняют порошком из сплава №1 грануляцией 40-160 мкм. Сверху устанавливают питатель с порошком или кусками сплава №2. Сборку помещают в вакуумную печь и нагревают при разряжении 0.01 Па до температуры 1180°С, выдерживают 15 мин. Расплавленный сплав №2. Состав сплава №1, мас %: углерод - 1,4; кремний - 1,5; хром - 30,0; вольфрам - 4,6; бор - 0,7; никель - 6.3; железо - 3,0; кобальт - остальное. Состав сплава №2, мас.%: кремний - 10,5; хром - 18,0; бор - 0,8; титан - 1,3; железо - 3,2; кобальт остальное. Сборку помещают в вакуумную печь и нагревают при разрежении 0,01 Па до температуры 1180 С, выдерживают 15 мин. Расплавленный сплав №2 пропитывает порошок в зазоре, взаимодействует с ним и образует плакирующий сплав следующего состава, мас. %: углерод - 0,7; кремний – 6,0; хром - 24,0; вольфрам - 2,3; бор. - 0,8; титан - 0,05; никель - 3,1; железо - 3,1; кобальт -остальное. Охлаждают, удаляют форму, открывая слой плакировки. Из плакированных колец изготавливают уплотнительные кольца для шаровых кранов, работающих в абразивной особо агрессивной коррозионной среде в бумажном производстве. Таким образом, предлагаемый композиционный сплав обеспечивает формирование слоя при температуре значительно ниже температуры основного металла, устраняет перемешивание металлов в зоне сплавления и тем самым устраняет опасность образования ножевой коррозии, позволяет сформировать бездефектный плакирующий слой с повышенной коррозионной стойкостью любой толщины.