Склад сталі для наплавлення

Склад сталі для наплавлення, що містить вуглець, кремній, марганець, хром, залізо, який відрізняється тим, що він містить фосфор та молібден при наступному співвідношенні компонентів (мас. частка, %): вуглець 0,15-0,30 кремній 0,6-1,0 марганець 0,7-1,5 хром 0,5-2,0 молібден 0,2-1,0 фосфор 0,5-1,2 залізо решта. Винахід відноситься до зварювання, а саме до розробки матеріалів для наплавлення, можуть використовуватись для багатошарового наплавлення робочих поверхонь деталей, що працюють в умовах тертя метала по металу без мастила, наприклад кранових колес, роликів рольгангів, різних осей, валів і т.п. В теперішній час для наплавлення таких деталей використовують суцільні або порошкові дроти, що забезпечують отримання низьколегованого або легованого наплавленого металу. Аналогом запропонованого складу наплавленого металу є метал типу 30Х10Г10, що забезпечується суцільним дротом для наплавлення ППНп-30Х10Г10Т, який містить (мас. частка, %): Вуглець 0,25...0,35 Марганець 10,0...12,0 Кремній 0,35 Хром 10,0...12,0 Титан 0,4 Залізо решта. Метал, отриманий при наплавленні цим дротом, має аустенітну структуру и низьку твердість НВ 220. Але він наклепується під навантаженням і в результаті його твердість та зносостійкість підвищуються. Недоліками цього дроту є висока вартість та погана оброблюваність наплавленого метал різанням. Відомий також аналог сплаву [див. наприклад Марковский Е.А., Качко Н.А., Машинецкий Н.Я. Формирование поверхностной структуры сплавов системы Fe-Cu, легированной серой и фосфором// Процессы литья. - 1993. - № 4. - С. 15-18; а також Марковский Е.А., Ильченко В.Д., Бутенко ЛИ., Качко Н.А. Влияние состава и структуры антифрикционного сплава железа на его износостойкость// Процессы литья. -1999. - №2. - С. 60-64], в якому легування фосфором збільшує зносостійкість сплавів системи залізо-мідь. Сплав містить (мас. доля, %): Вуглець 0,19...1,03 Мідь 7,76...8,0 Фосфор 0,34...0,6 Сірка 0,4 Залізо решта. Однак, як вказує досвід, такі сплави можуть застосовуватись тільки в ливарному виробництві (19) UA (11) 75682 (13) C2 (21) 2004020978 (22) 11.02.2004 (24) 15.05.2006 (46) 15.05.2006, Бюл. № 5, 2006 р. (72) Рябцев Ігор Ігоревич, Кусков Юрій Михайлович, Рябцев Ігор Олександрович (73) ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННЯ ІМ. Є.О.ПАТОНА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) SU 1763508 A1, 23.09.1992 EP 0870573 A1, 14.10. 1998 US 5707586 A, 13.01.1998 RU 2167037 C1, 20.05.2001 Марковский Е.А., Качко Н.А., Машинецкий Н.Я. Формирование поверхостной структуры сплавов системы Fe-Cu, легированной серой и фосфором // Процессы литья. - 1993. - № 4. С.15-18. Марковский Е.А., Ильченко В.Д., Бутенко Л.И., Качко Н.А. Влияние состава и структуры антифрик 3 75682 4 та не використовуються для наплавлення через Фосфор 0,5-1,2 високу схильність до утворення тріщин. Залізо решта. Відомий склад наплавленого метала типу стаБуло виготовлено 20 варіантів порошкових лі 30ХГСА, який обрано за прототип, що отримудротів, що забезпечували отримання вісімнадцяти ється при наплавленні холоднотягнутим наплавоскладів запропонованого (№№ 1-18, таблиця) та чним дротом марки Нп-30ХГСА за ГОСТ 10543-75. двох відомих складів наплавленого металу (№№ Дріт Нп-30ХГСА найбільш часто застосовують для 19, 20, таблиця). Наплавлення цими дротами вели багатошарового наплавлення робочих поверхонь в п'ять-шість шарів під флюсом АН-26 на холодний деталей, що працюють в умовах тертя метала по основний метал сталь Ст3 без попереднього та металу без мастила. супутнього підігрівів з охолодженням на повітрі. Він містить, (мас. частка, %): Режим наплавлення: Інап = 360 А, Uд = 30 В; VH = Вуглець 0,27-0,35 25,0 м/ч. Струм постійний, полярність зворотна. Кремній 0,90-1,20 Встановлено, що процес наплавлення протіМарганець 0,80-1,10 кає стабільно, дуга горить рівномірно, формування Хром 0,80-1,10 наплавленого метала гарне, валики покриті кірочЗалізо решта. кою шлаку, яка легко видаляється. Попередньо Такий метал забезпечує деталі, що наплавлезовнішнім оглядом оцінювали тріщиностійкість на, зносостійкість та витривалість не вище за ту, наплавленого металу по кількості тріщин на одищо має не наплавлена деталь зі сталі типу 55 або ницю довжини шва (таблиця). 65 і т.п. Крім того, при роботі в умовах сухого тертя З верхнього шару наплавленого металу вигометала по металу у наплавленого метала такого товили зразки для визначення коефіцієнтів тертя типу великі втрати на тертя. та зносостійкості. Оцінку зносостійкості та коефіціЗавданням цього винаходу є підвищення зноєнту тертя наплавленого металу проводили на состійкості, зниження коефіцієнту тертя та, відпостандартній машині тертя. Випробування прововідно, втрат на тертя наплавленого металу, приздили методом витирання лунок за схемою «валначеного для наплавлення деталей, що працюють площина» без додаткової подачі мастила в зону в умовах тертя метала по металу без мастила. тертя. Зразки для тріботехнічних випробувань маДля подрібнення зерна та підвищення тріщиноли в плані розміри 3х20 мм. Вал-контртіло діаметстійкості в наплавлений метал вводили молібден. ром 40 мм та висотою 12 мм був виготовлений із Для досягнення вказаного завдання запропозагартованої сталі 45 і мав твердість HRC 42. новано склад сталі для наплавлення, що містить При випробуваннях наплавленого зразка вуглець, кремній, марганець, хром, залізо, що відвизначали силу тертя та знос наплавленого метарізняється тим, що він містить фосфор і молібден лу за об'ємом витертої лунки. Коефіцієнт тертя при наступному співвідношенні компонентів (мас. розраховували як частку від ділення значення сидоля, %): ли тертя на навантаження. Похибка визначення Вуглець 0,15-0,30 зносу та коефіцієнта тертя не перевищувала 5 %. Кремній 0,6-1,0 В таблиці наведені дані зносу та коефіцієнта тертя Марганець 0,7-1,5 наплавленого металу різних складів середні за 3 Хром 0,5-2,0 випробуваннями. Молібден 0,2-1,0 Таблиця Хімічний склад та властивості наплавленого металу Хімсклад наплавленого металу, % № п/п С Si Mn Сr Мо Р 1 1 2 3 4 5 2 0,20 0.23 0,19 0,15 0,22 3 0.80 1,05 0,98 0,72 0,95 4 0,65 0,92 0,97 0,71 0,80 5 1,20 0,93 1,18 1,54 1,32 6 0,70 0,57 0,63 0,38 0,45 7 0,50 0,90 1,20 0,90 0,82 6 0,30 1,16 0,69 1,58 0,42 1.25 7 8 0,25 0,18 0,70 1,10 0,70 0,67 0,82 0,78 0,68 0,56 0,79 0,76 9 0.21 1,50 0,64 1,09 0,85 1,29 Властивості наплавленого металу Коефіцієнт терТвердість, Н В Знос, Мм3/км Наявність тріщин тя 8 9 10 11 230 0,58 0,60 Нема 300 0,42 0.50 Нема 300 0,46 0,25 нема 280 0,39 0,54 Нема 295 0,42 0,51 Нема Одиничні тріщи320 0,40 0,30 ни у кратері шву 275 0,45 0,49 Нема 260 0,46 0,50 Нема Одна тріщина на 310 0,39 0,45 3см довжини шву 5 75682 6 Продовження таблиці 1 10 11 12 13 14 2 0,17 0.22 0,19 0,20 0,23 3 0,86 0,94 0.79 0,73 0,88 4 0,60 0,80 1,00 0,81 0,70 5 0,96 0,89 1,13 0,50 1,30 6 0,74 0,67 0,71 0,45 0,62 7 0,80 0,92 0,84 1,00 0,93 8 280 300 295 290 300 9 0,40 0,39 0,42 0,39 0,41 10 0,40 0,39 0,39 0,45 0.43 15 0,25 0,87 0,78 2,00 0,58 1,31 320 0,41 0,40 16 17 18 19 20 0,24 0,20 0,27 0,30 0,30 0,91 0,87 0,89 1,09 0,65 0,68 0,63 0.73 0,83 11,8 0,91 0,89 0,95 0,97 10,9 0,10 0,60 1,00 0,91 0,83 0,89 290 280 300 260 220 0,40 0,40 0,39 0.67 0,50 0,38 0,38 0,39 1,00 0,48 Як видно з таблиці, введення фосфору в склад низьколегованого наплавленого металу різко збільшує зносостійкість та знижує коефіцієнт тертя запропонованого металу. Хром, марганець та молібден, що містяться в запропонованому наплавленому металі, утворюють більш тверді та більш тугоплавкі фосфіди, ніж фосфід заліза. Крім того, хром та марганець легують матрицю, а молібден сприяє формуванню фосфідів компактної форми. При контактному навантаженні при терті метала по металу навантаження розподіляється на твердих включеннях фосфідів, що забезпечують невисокий коефіцієнт тертя та високий опір зносу. Відносно пластична основа дозволяє системі в найкоротший період прийняти оптимальну геометрію контакту, що зменшує можливість виникнення місцевих очагів високого тиску, що призводять до виникнення сколу або схоплювання та забезпечують запропонованому складу наплавленого металу високі експлуатаційні показники. Марганець та кремній вводять в склад наплавленого металу для розкислення зварювальної ванни та попередження утворення пор в наплавленому металі. Комп’ютерна верстка М.Клюкін 11 Нема Нема Нема Нема Нема Одиничні тріщини кратері шву Нема Нема Нема Нема Her Крім підвищення тріботехнічних характеристик наплавленого металу, молібден, хром та марганець сприяють утворенню тугоплавких фосфідів компактної форми і, тим самим, підвищують тріщиностійкість наплавленого металу. Одиничні тріщини утворюються при вмісті фосфору більше 1,2 % та підвищеній твердості наплавленого металу і для їх попередження необхідно застосовувати попередній підігрів деталі до наплавлення та Її уповільнене охолодження після наплавлення - засоби, що є звичайно рекомендованими в цих випадках (див. наприклад: Фрумин И.И. Автоматическая электродуговая наплавка. - Харьков: Металлургиздат, 1961. -422 с.). Таким чином, як видно з таблиці, оптимальний вміст фосфору в наплавленому металі складає 0,5-1,2 %. При меншому вмісті фосфору знижується зносостійкість та збільшується коефіцієнт тертя наплавленого металу. При більшому вмісті фосфору можливе утворення тріщин в наплавленому металі і для їх попередження необхідний попередній підігрів та уповільнене охолодження наплавленої деталі. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601