Композиційний зносостійкий і корозійностійкий сплав для плакування стальних дееталей

Изобретение относится к композиционным сплавам, применяемым для плакирования стальных деталей, работающих в абразивной коррозионной среде. Известен композиционный износо- и коррозионностойкий никелевый сплав [1], принятый за прототип, который содержит, мас.%: К недостаткам известного сплава относится недостаточная коррозионная стойкость в агрессивных средах, возможность нанесения слоя при температуре деталей, близкой к температуре плавления, что повышает опасность ножевой коррозии, а также возможность нанесения плакирующего слоя только на детали определенной толщины. В основу изобретения поставлена задача создания композиционного износостойкого и коррозионностойкого сплава, который за счет введения предложенного качественного и количественного состава 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 температуры плавления основного металла, что устраняет опасность ножевой коррозии в зоне сплавления. Поставленная задача решается предложенным композиционным износостойким и коррозионностойким сплавом для плакирования стальных деталей, содержащим кремний, хром, кобальт, бор, никель, который дополнительно содержит углерод, вольфрам, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Пределы содержания компонентов сплава определяются следующими факторами. Введение углерода в состав сплава менее 0,7% уменьшает твердость слоя из-за уменьшения количества карбидов вольфрама и бора в структуре сплава. При увеличении содержания углерода более 1,0% в слое образуются раковины, связанные с повышением жидкотекучести расплава. При уменьшении содержания кремния менее 7,0% образуются в слое непропитанные участки из-за повышения температуры плавления жидкой фазы. При увеличении содержания кремния более 8,0% повышается растворимость матрицы композиционного сплава в коррозионной среде. Снижение содержания хрома менее 21% снижает твердость сплава, в основном его матрицы, а при повышении более 26% - образуются непропитанные участки из-за повышения температуры плавления жидкой фазы. Введение 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. Повышение содержание кобальта более 30% немного снижает твердость сплава, а при уменьшении его содержания менее 26% снижается коррозионная стойкость слоя. Снижение содержания бора менее0,3% приводит к уменьшению длины перемещения жидкой фазы в порошке сплава и тем самым ухудшает те хнологические условия формирования слоя, а повышение более 0,5% - приводит к снижению коррозионной стойкости сплава. Результаты оценки сплавов с разными сочетаниями компонентов приведены в таблице. Для образования сплава заявляемого состава и формирования из него плакирующего слоя нужной толщины поверхности 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 1120°С. содержащий, мас.%: Нагрев осуществляют в вакууме до температуры 1180°С, при которой расплав сплава пропитывает порошок сплава №1. При определенной изотермической выдержке образуется сплав заявляемого состава. При кристаллизации сплава образуется однородная композиционная ячеистая структура плакирующего слоя. Зернистость структуры определяется размерами частичек порошка и продолжительностью изотермической выдержки. Микроструктура сплава представляет собой частично растворенные частицы сплава № 1, состоящие из jтвердого раствора кобальта с легирующими элементами хром, никель, кремний и равномерно распределенными карбидами на основе вольфрама. Матрица сплава представляет собой j-твердый раствор никеля плюс кобальт и легирующие элементы хром, кремний, железо. В матрице равномерно распределены карбиды на основе вольфрама и бора. Пример применения состава. 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 размещают питатель с порошком из сплава №2. Сборку помещают в вакуумную печь и нагревают при разряжении 0,01 Па до температуры 1180°С, выдерживают 15 мин. Состав сплава №1, мас.%: углерод - 1,1; кремний - 2,2; хром - 30,8; вольфрам - 4,6; никель - 3,2; бор - 0,2; кобальт - остальное. Состав сплава №2, мас.%: углерод - 0,5; кремний - 12,8; хром - 17,2; бор - 0,6; никель – остальное. В результате образовался плакирующий слой состава, мас.% углерод - 0,8; кремний - 7,5: хром - 24,0; вольфрам - 2,3; кобальт - 28,1; бор - 0,4; никель - остальное. Расплавленный сплав пропитывает порошок в зазоре, взаимодействует с ним и образует плакирующий слой. Затем охлаждают, удаляют форму и обрабатывают плакировку до нужной геометрической формы. Составы сплавов и результаты испытаний полученных наплавленных слоев приведены в таблице. Качество наплавленного слоя оценивалось визуально и на микрошлифах с помощью металлографического микроскопа "Ниофат". Твердость наплавленного слоя определялась по ГОСТ 20017-74. Коррозионная стойкость определялась по ГОСТ 6032-89 с оценкой МКК металлографическим методом. Наплавка с содержанием, соответствующем прототипу, имеет в сечении поры диаметром 0.5-1 мм, твердость 48НРС, при коррозионных испытаниях выявлена ножевая коррозия. Из плакированных колец изготавливают уплотнительные кольца для шаровых кранов, работающих в абразивной коррозионной среде химического и бумажного производства. Таким образом, предлагаемый состав обеспечивает формирование слоя при температуре значительно ниже температуры плавления основного металла, устраняет перемешивание металла в зоне сплавления и тем самым устраняет опасность образования ножевой коррозии, позволяет сформировать плакирующий слой без усадочных и ликвационных дефектов при любой толщине слоя.