Наплавлена зносостійка сталь

Наплавлена зносостійка сталь, яка містить вуглець, хром, марганець, кремній, ванадій, кальцій, залізо та домішки, яка відрізняється тим, що додатково містить азот, титан та алюміній при такому співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,12-0,25 хром 8,1-12,0 марганець 5,0-9,0 кремній 0,4-0,95 ванадій 0,01-0,2 титан 0,001-0,2 алюміній 0,01-0,2 кальцій 0,0004 - 0,009 азот 0,001-0,009 залізо та домішки решта. Винахід належить до галузі металургії, зокрема до наплавлених зносостійких сталей. Відома сталь, яка наплавлена порошковою стрічкою ПП-Нп-10Х10АГ8МФДБ [1], яка містить, мас. %: вуглець 0,1-0,2; хром 10-12; марганець 8-10; кремній 1,0; ванадій 0,5; мідь 0,5-2; молібден 1,0; ніобій 0,5; азот 0,15; залізо та домішки - решта. Крім того, відома сталь, яка наплавлена порошковою стрічкою ПП-Нп-25Х14П2Ф [2], яка містить, мас. %: вуглець 0,2-0,25; хром 8-14,5; марганець 5-12; кремній 0,5-1,5; ванадій 0,5-1,0; залізо та домішки - решта. Однак відомі наплавлені сталі мають недостатню зносостійкість в умовах сухого тертя метал по металу та розігріву, а також невисоку ударноабразивну зносостійкість, що обмежує можливість її використання для відновлення деталей металургійного обладнання. Найбільш близькими за спільним та досягнутим результатом до запропонованого є наплавлена сталь за а.с. (СССР) 1148891 С22С38/24, яка містить, мас. %: вуглець 0,1-0,3; хром 4-8; марганець 4-8; кремній 1-3; ванадій 0,01-0,2; церій 0,05-0,2; молібден 0,01-0,4; кальцій 0,01-0,3; магній 0,005-0,3; азот 0,01-0,1; залізо та домішки - решта. Вона застосовується для відновлення наплавленням різних деталей, але має недостатню зносостійкість в умовах сухого тертя метала по мета (19) UA (11) 95559 (13) C2 (21) a201004016 (22) 06.04.2010 (24) 10.08.2011 (46) 10.08.2011, Бюл.№ 15, 2011 р. (72) ЧЕЙЛЯХ ЯН ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ЧИГАРЬОВ ВАЛЕРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ШЕЙЧЕНКО ГАЛИНА ВАЛЕНТИНІВНА (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) SU, 1081233, A, 23.02.1984 SU, 1065495, A, 07.01.1984 SU, 1381194, A1, 15.03.1986 JP, 63166947, A, 11.07.1988 JP, 4272130, A, 28,09,1992 JP, 5331536, A, 14.12.1993 3 лу з розігрівом, та низьку ударно-абразивну зносостійкість. В основу винаходу поставлена задача: розробити склад наплавленої сталі, в якій масові співвідношення введених наплавленням компонентів, дозволяє підвищити зносостійкість в умовах сухого тертя метал по металу з розігрівом та одночасно підвищити ударно-абразивну зносостійкість. Для вирішення поставленої задачі наплавлена зносостійка сталь, яка містить вуглець, хром, марганець, кремній, ванадій, кальцій, залізо та домішки, згідно запропонованому винаходу, додатково містить азот, титан та алюміній при такому співвідношенні компонентів (мас. %): вуглець 0,12-0,25 хром 8,1-12 марганець 5,0-9,0 кремній 0,4-0,95 ванадій 0,01-0,2 титан 0,001-0,2 алюміній 0,01-0,2 кальцій 0,0004-0,009 азот 0,001-0,009 залізо та домішки решта.. У запропонованому складі, на відміну від найближчого аналога, додатковий вміст титану та алюмінію, а також підвищений вміст хрому забезпечує отримання в структурі значної кількості метастабільного аустеніту, (наряду з невеликою кількістю мартенситу). Введення титану та алюмінію сприяє отриманню додаткових карбонітридів титану та нітридів алюмінію. Це забезпечує підвищення ударно-абразивної зносостійкості ( у.а. ) та зносостійкості в умовах сухого тертя метала по металу з розігрівом () . Вміст у наплавленої сталі вуглецю менше ніж 0,12 мас. % зменшує кількість карбідних та карбонітридних фаз, а також збільшує кількість мартенситу гарту та знижує кількість метастабільного аустеніту. Як результат це зменшує ефект поверхневого самозміцнення за рахунок перетворення аустеніту у мартенсит при зношуванні та знижує зносостійкість наплавленої сталі ( і  у.а. ) (таблиця). Вміст вуглецю понад 0,25 мас. % підвищує стабільність аустеніту, зменшує його деформаційне перетворення при терті, що також знижує зносостійкість сталі. При концентрації хрому нижче 8,1 мас. % знижується зносостійкість ( і  у.а. ) , тобто в структурі формуються переважно карбіди складу (Fe, Cr)3C та суттєво зменшується кількість спеціальних карбідів Сr7С3 і Сr23С6. Вміст хрому більше ніж 12,0 мас. % при вибраних концентраціях інших компонентів, практично не збільшує зносостійкість, а тільки робить наплавлену сталь дорожче. Концентрація марганцю менше ніж 5,0 мас. % недостатньо забезпечує стабілізацію аустеніту, що знижує внесок його деформаційного фазового перетворення у мартенсит у формуванні зносостійкості ( і  у.а. ) . Підвищення вмісту марганцю більше ніж 9 мас. %, навпаки, надмірно стабілізує аус 95559 4 аустеніт та сприяє отриманню () - мартенситу в структурі, що також зменшує відносну зносостійкість ( і  у.а. ) . Концентрації кремнію як легуючого компонента менше ніж 0,4 мас. % малоефективна, а більше ніж 0,95 мас. % окрихчує сталь. Введення у склад наплавленої сталі ванадію менше ніж 0,01 мас. % малоефективне, а більше ніж 0,2 мас. % здорожчує наплавлену сталь та порошковий наплавлювальний дріт. Введення азоту менше ніж 0,001 мас. % малоефективне для отримання карбонітридів та нітридів, а більше ніж 0,009 мас. % може викликати утворення газових куль у наплавлювальному металі, що знижує властивості сталі, зокрема її зносостійкість. Введення у склад наплавленої сталі кальцію у кількості менше ніж 0,0004 мас. % не забезпечує рафінування сталі, що знижує в'язкість, а введення його понад 0,009 % малоефективне для підвищення механічних властивостей. Титан та алюміній вводяться у склад наплавленої сталі для підвищення зносостійкості в умовах сухого тертя метал по металу з розігрівом () та ударно-абразивної зносостійкості ( у.а. ) . Вміст у складі сталі титану менше ніж 0,001 мас. % не забезпечує модифікуючого впливу і помітного підвищення зносостійкості ( і  у.а. ) . Введення в сталь більше ніж 0,2 мас. % Ті подальшого підвищення зносостійкості вже суттєво не викликає. Введення у склад сталі алюмінію менше ніж 0,01 мас. % малоефективне, а більше ніж 0,2 мас. % суттєвого збільшення зносостійкості вже не викликає та може викликати створення алюмосилікатів, які знижують зносостійкість наплавленої сталі. Зносостійкі сталі заявлених складів наплавлялись на основу - сталь 45 (та Ст. 3) порошковим дротом діаметром 4 мм електродуговим наплавленням на зварювальному автоматі А1401 з джерелом постачання ВДУ 1200 під флюсом АН 348 в умовах зварювально-наплавлювальної лабораторії кафедри металургії та технології зварювального виробництва Приазовського державного технічного університету. Режим наплавлення: зварювальний струм 480-500 А, напруга дуги 30-32 В, швидкість наплавлення 28 м/год. З наплавленого металу анодно-дуговою різкою виготовляли зразки для випробувань, які піддавали відпуску при 550 °С, 6 год. Випробування на зношування в умовах сухого тертя метала по металу з розігрівом за схемою колодка (зразок) ролик (котр-тіло) робили на випробувальній машині МИ-1М за швидкістю 500 хв 1 . Зважування зразків робили з точністю до 0,0001 г по ГОСТ 2764-88. Відносна зносостійкість визначалася по співвідношенню втрат маси еталону (сталь 45 відпалена) та зразка наплавленої сталі за однаковий час випробувань. Результати випробувань наведено в таблиці. 5 95559 6 Таблиця Хімічний склад, твердість та зносостійкість запропонованої наплавленої сталі та відомої наплавленої сталі № наплавленої сталі 1 2 3 (оптим.) 4 5 Найближчий аналог С 0,1 0,12 0,2 0,25 0,3 0,2 Сr 7,5 8,1 10,65 12,0 13,0 6,5 Мn 4,5 5,0 8,44 9,0 9,5 6,0 кількість елементів, мас. % * Si Ті V Аl 0,3 0,008 0,008 0,008 0,4 0,001 0,01 0,01 0,8 0,06 0,12 0,1 0,95 0,2 0,2 0,2 1,2 0,3 0,3 0,3 1,5 0,15 Са 0,0002 0,0004 0,004 0,009 0,015 0,2 N 0,0005 0,001 0,008 0,009 0,1 0,018 HRC  ( у.а ) 30 32 35 36 37 37 1,5 2,0 2,5 2,2 2,0 1,2 3,7 5,1 5,5 5,0 4,2 3,5 Примітка: *залізо та домішки - решта. Із таблиці видно, що заявлена зносостійка наплавлена сталь оптимального складу №3 значно перевищує за зносостійкістю в умовах сухого тертя з розігрівом () та ударно - абразивною зносостійкістю ( у.а. ) відому сталь (а.с. 1148891), яка взята за найближчим аналогом (прототип). Це обумовлено метастабільністю структури заявленої сталі і самозміцненням поверхневого шару за рахунок деформаційного мартенситного перетворення та динамічного деформаційного старіння у процесі зношування. Ефективність заявленої зносостійкої наплавленої сталі полягає в підвищеній довговічності деталей металургійного обладнання, які відновлюються електродуговим наплавленням, а також підвищенням його продуктивності. Комп’ютерна верстка Мацело М. Джерела інформації: [1] Износостойкость дисперсионнотвердеющих сталей с метастабильным аустенітом /Л.С. Малинов, В.И. Коноп, В.Д. Панин и др. - тезисы докладов научно-технической конференции Прогрессивные методы сварки в тяжелом машиностроении и наплавки в черной металлургии. - Жданов, 1977, с. 22-25. [2] Выбор состава хромомарганцовистой стали с метастабильным аустенитом в качестве основы наплавочного материала /Л.С. Малинов, А.П. Чейлях, Е.Я. Харламова и др. - Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 1994. -№8, с. 4546. 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