Шихта порошкової стрічки

Шихта порошкової стрічки, що містить марганець металевий, феромарганець, залізний порошок, феросиліцій, яка відрізняється тим, що додатково містить феротитан, порошок алюмінієвомагнієвий (ПАМ) і мармур при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: марганець металевий 14-18 феромарганець 2,0-5,0 феросиліцій 0,5-1,5 феротитан 1,0-2,0 ПАМ 1,0-2,0 мармур 1,0-3,0 залізний порошок решта. Винахід відноситься до наплавлювальних матеріалів, конкретно до складу порошкової стрічки для відновлення і виготовлення деталей машин, що працюють в умовах механічного зношування. Відомий склад порошкового дроту для наплавлення (А.С. СРСР №398375, кл. В23К35/368, 1972), що складається із сталевої оболонки і порошкоподібної шихти, що містить графить, марганець металевий, марганець азатований, ферованадій, молібден металевий, феротитан, алюмінієвий порошок, феросиліцій і залізний порошок при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: графіт - 0,2-0,5; марганець металевий - 4,0-6,0; марганець азатований - 5,0-10; ферованадій - 2,0-6,0; молібден металевий - 2,0-4,0; феротитан - 4,0-9,0; алюмінієвий порошок - 2,0-6,0; феросиліцій - 0,5-2,0; залізний порошок -3,0-7,0; сталева оболонка - залишок. Проте даний склад порошкового дроту містить такі дефіцитні і дорогі компоненти, як молібден металевий, ферованадій, марганець азатований. Крім того, потрібне дуже ретельне просушування шихтових матеріалів, що запобігає потраплянню в наплавлений метал водню, утворюючого пори. Відомий склад шихти порошкового дроту, прийнятого за прототип (А.С. СРСР № 1073974 кл. В23К35/36, 1989), яка містить наступні компоненти, мас. %: марганець металевий - 26-35; марганець азатований - 0,8-1,5; ферованадій - 2-5; феромарганець -2,5-5; феросиліції - 0,5-1,5; вуглекислий кальцій - 5-8; залізний порошок - залишок. Склад порошкового дроту - прототипу також містить такі дефіцитні і дорогі компоненти, як ферованадій і марганець азатований. (19) UA (11) 93821 (13) C2 (21) a201004015 (22) 06.04.2010 (24) 10.03.2011 (46) 10.03.2011, Бюл.№ 5, 2011 р. (72) МАЛІНОВ ВОЛОДИМИР ЛЕОНІДОВИЧ (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) UA 84493 C2, 27.10.2008 UA 88686 C2, 10.11.2009 SU 419350 A1, 15.03.1974 US 4306920 A, 22.12.1981 DE 1957870 A, 27.05.1971 3 В основу винаходу поставлено завдання розробки складу шихти порошкового дроту, в якому за рахунок зміни складу і співвідношення компонентів досягається зниження собівартості при збереженні високої зносостійкості. Для вирішення поставленого завдання в шихту порошкової стрічки, що містить марганець металевий, феромарганець, феросиліцій, залізний порошок відповідно до винаходу додатково вводиться феротитан, порошок алюмінієво-магнієвий (ПАМ) і мармур при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Марганець металевий 14-18 Феромарганець 2,0-5,0 Феросиліції 0,5-1,5 Феротитан 1,0-2,0 ПАМ 1,0-2,0 Мармур 1,0-3,0 Залізний порошок Залишок. Запропонований склад шихти порошкової стрічки при наплавленні нею під флюсом (АН-26 або АН-20) забезпечує вміст в наплавленому металі: вуглецю 0,15-0,25 %, марганцю 6-8 %, кремнію 0,5-0,8 %, титан 0,15-0,25 %, алюмінію 0,10,2%. Метал, наплавлений порошковою стрічкою запропонованого складу, не поступається по зносостійкості що досягається при використанні прототипу. При цьому запропонований склад більш економічний, оскільки не містить дорогих компонентів (ферованадій, азатований марганець), а вміст металевого марганцю в шихті зменшений на ~ 50%. Марганець при вибраному співвідношенні компонентів у складі шихти забезпечує отримання переважно мартенситної структури. Вміст у шихті марганцю металевого менш 14 % приводить к зниженню зносостійкості наплавленого металу ізза зменшення концентрації марганцю в мартенситі та, відповідно, зниження міцності. Збільшення вмісту марганцю металевого більш 18 % нераціонально, тому, що при цьому підвищується ризик утворення кристалізаційних тріщин в наплавленому металі. Феромарганець, що містить разом з марганцем 1 -2 % вуглецю, введений до складу шихти у кількості 2-5 %, для здобуття в наплавленому металі вмісту вуглецю 0,15-0,25 %. Це забезпечує необхідні міцностні характеристики і зносостійкість. Зменшення вмісту феромарганцю менше 2 % призводить до зниження зносостійкості, а збільшення більше 5 % може привести до утворення тріщин в наплавленому металі. Феросиліцій введений для зміцнення. Вміст феросиліцію менше 0,5 % не ефективно, а вище, ніж 1,5 % може привести до появи тріщин. 93821 4 Феротитан введений в склад для здобуття дрібнозернистої структури наплавленого металу і підвищення тріщиностійкості, а також для збільшення зносостійкості, за рахунок утворення дисперсних карбідів ТіС, що володіють високою твердістю. Відхилення у велику і меншу сторону від оптимального вмісту феротитану (1,0-2,0 %) неефективно. Порошок алюмінієво-магнієвий (ПАМ) підвищує якість наплавленого металу, оскільки є хорошим розкислювачем, нейтралізує шкідливий вплив азоту і сірки. Відхилення у велику і меншу сторону від оптимального вмісту ПАМ (1,0-2,0 %) неефективно. Мармур у вибраних кількостях забезпечує технологічність у процесі наплавлення, оскільки підвищує стабільність горіння дуги та зменшує ризик утворення пір. Відхилення у більшу і меншу сторону от оптимального вмісту цих компонентів (1,0-3,0 %) неефективно. Для дослідження властивостей наплавленого металу було виготовлено п'ять варіантів шихти порошковою стрічок, вказаних в таблиці 1. Шихта виготовлялася шляхом перемішування в течії 30 хв. навішувань порошкоподібних компонентів в змішувачі типа «п'яна бочка». Із дослідних партій шихти виготовлялась однозамкова порошкова стрічка перетином 10x3 мм с коефіцієнтом заповнення 50 %. Для сталевої оболонки використалася холоднокатана стрічка перетином 30x0,4 мм зі стали 08КП. Наплавлення проводили зварювальним автоматом А-1416 з джерелом живлення ВДУ-1201. Режим наплавлення: сила струму 450-500 А, напруга 30-32 В, швидкість наплавлення 25 м/ч. Випробування зносостійкості наплавленого металу проводилися на машині МІ-1М за схемою «колодка-ролик», що характеризує сухе тертя. Ролик виготовлявся з рейкової сталі, що має твердість 340-350 НВ. У парі з ним зношувалися зразки, наплавлені порошковими стрічками різного складу. Відносна зносостійкість визначалася по формулі: PЭТ / SЭТ  , PОБР / SОБР де PЭТ / SЭТ і PОБР / SОБР - відповідно, втрати маси еталону і зразка, віднесені до площі їх зношеної поверхні. За еталон порівняння прийнята зносостійкість металу, наплавленого порошковим дротом - прототипом. Дані по зносостійкості наплавленого металу порівняно з еталоном приведені в таблицю 2. 5 93821 6 Таблиця 1 Варіанти складів порошкової стрічки для зносостійкого наплавлення Вміст компонентів, мас. % Компоненти Феромарганець Марганець металевий Феросиліцій Феротитан ПАМ Мармур Марганець азотований Ферованадій Вуглекислий кальцій Залізний порошок 1 2,0 14,0 0,5 1,0 1,0 1,0 залишок 2 3 4 5 6 (прототип) 2,75 15,0 0,75 1,25 1,25 1,5 залишок 3,5 16,0 1,0 1,5 1,5 2,0 залишок 4,25 17,0 1,25 1,75 1,75 2,5 залишок 5,0 18,0 1,5 2,0 2,0 3,0 залишок 3,75 30,5 1,0 1,25 3,5 6,5 залишок Таблиця 2 Відносна зносостійкість металу наплавленого порошковими стрічками різного складу Номер варіанту складу шихти Твердість HRC Відносна зносостійкість 1 2 3 4 5 37-39 1,1 38-40 1,15 39-41 1,2 40-42 1,25 41-43 1,3 Приведені дані показують, що запропонована економічна порошкова стрічка в умовах сухого тертя, забезпечує в 1,1-1,3 разу вищу зносостійкість, ніж прототип. Метал, наплавлений порошковою стрічкою пропонованого складу, має ряд властивостей, що забезпечують йому додаткові технологічні переваги. Відпустка при температурах 550-620°С наплавлених деталей в багатьох випадках є обов'язковою технологічною операцією, необхідною для зниження рівня внутрішньої напруги і попередження тріщин. Відпустка на температуру 550-620 °С металу, наплавленого порошковою стрічкою пропонованого складу (що містить 6-8 % марганцю), наводить до витримки в міжкритичному двофазному (+)  інтервалі температур. При цьому відбувається перерозподілом марганцю і вуглецю між ? і - фазами і збагачення останньою цими елементами, що наводить до утворення в структурі після охолоджування на повітрі метастабільного аустеніту, що перетворюється на мартенсит деформації при зношуванні. В результаті відбувається одночасне підвищення зносостійкості, міцністних і пластичних властивостей наплавленого. Так відносна зносостійкість металу, наплавленого складом 3 (табКомп’ютерна верстка В. Мацело 6 (прототип) 24-27 1,0 лиця 1), після відпустки при температурі 550 °С збільшилася від 1,2 (після наплавлення) до 1,3, а після відпустки при 620 °С - до 1,5. Ще істотніше підвищити зносостійкість наплавленого металу можна за рахунок цементації, що забезпечує здобуття високовуглецевої аустенітно-мартенситної структури армованою карбідами. Поєднання наплавлення, порошковою стрічкою пропонованого складу, і подальшої хімікотермічної обробки є раціональним технологічним процесом, що дозволяє уникнути утворення тріщин в наплавленому металі і забезпечити його високу зносостійкість. Вміст в наплавленому металі 6-8 % марганцю забезпечує достатню стабільність аустеніту к перлітному розпаду. Це дозволяє відмовитися від загартування у масло, а виконувати нормалізацію, що значно зменшує величину внутрішніх напружень у металі, а також забезпечує екологічність технологічногопроцесу. Найбільш висока відносна зносостійкість при сухому терті (3,2) металу, наплавленого порошковою стрічкою пропонованого складу, досягається після цементації, нормалізації від 950°С (гарт при охолоджуванні на повітрі) і відпустки при 620°С. Підписне Тираж 23 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