Порошковий дріт

Порошковий дріт, що містить хром металевий, марганець металевий, графіт, феросиліцій, феротитан, залізний порошок, сталеву оболонку, який відрізняється тим, що до його складу додатково введені марганець азотований, натрій кремнефтористий, плавиковий шпат, оксид магнію, електрокорунд при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: хром металевий 14,0-16,0 марганець металевий 13,0-15,0 марганець азотований 0,50-2,0 феросиліцій 0,3-0,5 феротитан 0,15-0,3 графіт 0,15-0,3 натрій кремнефтористий 1,0-2,0 плавиковий шпат 1,0-5,0 оксид магнію 2,0-3,0 електрокорунд 1,0-2,0 залізний порошок 20,0-24,0 сталева оболонка решта. Винахід відноситься до наплавлювальних матеріалів, конкретно до складу порошкового дроту, який призначено для відновлення зношених деталей, що забезпечує отримання в наплавленому металі метастабільного аустеніту та реалізацію ефекту самогартування при навантаженні. В даний час у цій області не вирішена проблема створення зносостійкого наплавлювального матеріалу, що володів би хорошими технологічними властивостями при наплавленні. Відомий порошковий дріт (А. с. СССР, 293667 кл. В 23 К 35/36, 1969), шихта якого містить наступні компоненти, мас. %: Хром металевий 13,0-16,0; Марганець металевий 11,0-14,0; Марганець азотований 3,0-5,0; Феромолібден 1,0-1,25; Ферованадій 0,5-2,0; Феротитан 1,0-3,0. Він забезпечує після наплавлення отримання структури метастабільного аустеніту, але, крім того, що в його складі містяться такі дорогі елементи як феромолібден і ферованадій, він не володіє достатньою технологічністю при наплавленні. Відсутня хороша віддільність шлакової корки і в наплавленому металі наявні пори. Це вимагає додаткових витрат після наплавлення. Відомий порошковий дріт, що прийнятий за прототип, який містить в своєму складі шихту та сталеву оболонку (UA 84493 кл. В 23 К 35/368, 2008. Бюл. №20). До його складу входять наступні компоненти, мас. %: Хром металевий 15,0-17,0; Марганець металевий 13,0-14,0; Феросиліцій 0,3-0,5; Феротитан 0,15-0,3; Графіт 0,15-0,3; Залізний порошок 20,0-24,0; Сталева оболонка інше. Цей порошковий дріт не містить дорогі легуючі елементи, проте, як і попередній порошковий дріт, він має ті ж технологічні недоліки (погана віддільність шлакової кірки та схильність до пороутворення). Крім того, при вмісті в наплавленому металі феритоутворювальних елементів (хрому, кремнію та титану) на верхній межі, а аустенітоут (19) UA (11) 93302 (13) (21) a200907497 (22) 17.07.2009 (24) 25.01.2011 (46) 25.01.2011, Бюл.№ 2, 2011 р. (72) МАЛІНОВ ЛЕОНІД СОЛОМОНОВИЧ, МАЛІНОВ ВОЛОДИМИР ЛЕОНІДОВИЧ, ГОЛЯКЕВИЧ АНДРІЙ АНТОНОВИЧ, ОРЛОВ ЛЕОНІД МИКОЛАЙОВИЧ (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) UA 84493 C2; 27.10.2008 SU 293667; 26.01.1971 UA 88686 C2; 10.11.2009 RU 1462625 C; 27.01.1995 SU 505547; 05.03.1976 SU 420424; 25.03.1974 EP 0595337 A; 04.05.19941 US 4723061 A; 02.02.1988 EP 0067494 A1; 22.12.1982 GB 1332860 A; 10.10.1973 C2 1 3 ворювальних (вуглець і марганець) - на нижній, в структурі з'являється ферит, що знижує зносостійкість матеріалу. До основи винаходу поставлено завдання розробки економічного і технологічного при наплавленні складу порошкового дроту, що забезпечує хорошу віддільність шлакової кірки, відсутність пор у наплавленому металі, а також виключає можливість утворення фериту, що знижує зносостійкість наплавленого металу. Для вирішення поставленого завдання до порошкового дроту, що містить хром металевий, марганець металевий, залізний порошок, сталеву оболонку, феросиліцій, феротитан і графіт, відповідно до винаходу додатково введені марганець азотований, натрій кремнефтористий, плавиковий шпат, оксид магнію й електрокорунд при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Хром металевий 14,0-16,0; Марганець металевий 13,0-15,0; Марганець азотований 0,50-2,0; Феросиліцій 0,3-0,5; Феротитан 0,15-0,3; Графіт 0,15-0,3; Натрій кремнефтористий 1,0-2,0; Плавиковий шпат 1,0-5,0; Оксид магнію 2,0-3,0; Електрокорунд 1,0-2,0; Залізний порошок 20,0-24,0; * Сталева оболонка інше. Запропонований склад досить економічний, оскільки не містить дорогих компонентів (ферованадій, феромолібден). Він забезпечує хорошу технологічність (відсутність пор і легку віддільність шлакової кірки), а також високу зносостійкість наплавленого металу в умовах сухого тертя при будь-якому співвідношенні компонентів в межах, що вказані в заявці, оскільки це виключає утворення фериту в структурі. Збільшення вмісту графіту більш 0,3% приводить до підвищення вмісту вуглецю в наплавленому металі, і, як наслідок, до сильнішого зміцнення в процесі різання, що утруднює оброблюваність. Вміст графіту менш ніж 0,15% і, відповідно, низький вміст вуглецю в наплавленому металі призводить до значного зниження зносостійкості. Хром і марганець при обраному співвідношеннікомпонентів у складі порошкового дроту забезпечують отримання метастабільного аустеніту при його оптимальній стабільності. Вміст в порошковому дроті нижче за нижню межу (відповідно, 13% Сr і 12% Мn), а також вище за верхню межу (відпо 93302 4 відно, 17% Cr і 16% Мn) призводить до зниження зносостійкості наплавленого металу. Марганець азотований використовується для додаткового введення азоту. Це сприяє підвищенню кількості карбонітридів титану і, відповідно, підвищенню зносостійкості металу, що наплавлений. Введення менш ніж 0,5% марганцю азотованого не ефективно для підвищення зносостійкості, а вміст більш ніж 2% - знижує стійкість до утворення пор при наплавці. Феросиліцій введено до складу для зміцнення. Вміст феросиліцію менш ніж 0,3% не ефективно, а вище за 0,5% може привести до утворення фериту, що знижує зносостійкість. Феротитан введено до складу з метою отримання дрібнозернистої структури наплавленого металу та підвищення його зносостійкості за рахунок утворення карбонітридів Ті (С, N), що володіють високою твердістю. Вміст феротитану в шихті менш ніж 0,15% не впливає на структуру та зносостійкість. Збільшення концентрації цього елементу понад 0,30% не ефективно. Наявність у шихті осердя порошкового дроту натрію кремнефтористого підвищує стійкість металу шва до утворення пор. При зменшенні вмісту даного компоненту в шихті нижче за нижню межу (1%) збільшується схильність до виникнення пор в наплавленому металі. При збільшенні вмісту натрію кремнефтористого вище за верхню межу (2%) погіршується стабільність горіння дуги та збільшується кількість виділень шкідливих зварювальних аерозолів. Плавиковий шпат введено до складу для зниження температури плавлення шлаку, підвищення його рідкотекучості, а також зв'язування водню. Вміст цього компоненту менш ніж 1% не впливає на властивості шлаку і кількість пор в наплавленому металі. Збільшення концентрації плавикового шпату понад 5% додаткового ефекту в порівнянні з його меншою кількістю не дає. Шлак, що утворюється з оксиду магнію й електрокорунду, практично не окиснює легуючі елементи і забезпечує мінімальні їх втрати. Вказаний в заявці вміст цих компонентів забезпечує відмінні зварювально-технологічні властивості порошкового дроту - хороше формування шва і легку віддільність шлакової кірки. Порошковий дріт виготовлявся у фірмі ТОВ «ТМ ВЕЛТЕК» на спеціалізованому стані шляхом засипки шихти у формовану з низьковуглецевої сталі 08кп стрічку. Діаметр отриманого дроту складав 3,6мм. Були отримані наступні варіанти складів порошкових дротів для наплавлення (табл. 1). 5 93302 6 Таблиця 1 Варіанти складів порошкового дроту для наплавлення Компоненти Хром металевий Марганець металевий Марганець азотований Феросиліцій Феротитан Графіт Натрій кремнефтористий Плавиковий шпат Оксид магнію Електрокорунд Залізний порошок Сталева оболонка 1 13 12 0,30 0,25 0,10 0,1 0,50 0,5 1,50 0,50 27 інше Вміст компонентів, мас. % 2 3 4 15 16 16 13 13,5 14 0,50 1,00 2 0,30 0,35 0,4 0,15 0,2 0,3 0,3 0,2 0,25 1 1,5 2 1 3 5 2 2,5 3 1,00 1,5 2 24 22 20 інше інше інше Для визначення схильності до гороутворення були проведені порівняльні випробування згідно з методикою К.В. Любавського. Вона полягає в тому, що наплавлення виконується на пластину з канавками, в яких за довжиною розподіляється певна кількість іржі. Кількість іржі в грамах на 100мм довжини шва, яке спричиняє утворення пор за фіксованих умов наплавлення, є критерієм для оцінки відносної схильності до пор. Отримані порівняльні дані для дротів різних складів і прототипу приведені в табл. 3. Для оцінки віддільності шлакової кірки використовувалася оцінка у балах за диференціальним методом відповідно до табл. 2. В лабораторії кафедри «Матеріалознавство» ПДТУ була досліджена зносостійкість металу, що був наплавлений при використанні запропонованого порошкового дроту, і відомого, прийнятого за 5 17 15 2,5 0,5 0,4 0,35 2,5 6 3,5 2,5 17 інше прототип. Знос визначався за втратою маси зразків за відношенням до площі зносу. Випробування проводилися на машині МД-1М за схемою «колодка-ролик», що характеризує сухе тертя. Ролик виготовлявся з рейкової сталі, що має твердість 340350НВ. В парі з ним зношувалися зразки, що були наплавлені порошковими дротами різного складу. Склад шихти запропонованого порошкового дроту варіювався в інтервалі значень, що вказані в табл. 1. Відносна зносостійкість визначалася за формулою: PET SET  PЗР. SЗР. де ∆РET/SET і ∆РЗР./SЗP. - відповідно, втрати маси еталону і зразка, що віднесені до площі їх зношеної поверхні. Таблиця 2 Оцінка у балах за диференціальним методом віддільності шлакової кірки Віддільність шлакової кірки в балах 1 2 3 4 5 Погана. При закінченні процесу зварювання не відділяється Низька. Потрібне значне механічне зусилля для відділення шлаку Задовільна. Відділяється при додатковій механічній дії. Хороша. Відділяється при незначній механічній дії. Висока. Відділяється після зварювання без додаткової механічної дії За еталон прийнята зносостійкість металу, що був наплавлений відомим порошковим дротом. Отримані дані відносної зносостійкості металу, що наплавлений порошковими дротами різного складу, в порівнянні з еталоном приведені в табл. 3. Таблиця 3 Характеристики металу після наплавлення різними складами запропонованого порошкового дроту в порівнянні з прототипом Номер варіанту складу шихти Відносна зносостійкість Кількість іржі в гр. на 100мм довжини шва, що викликає пори Віддільність шлакової кірки в балах 1 1,10 2 1,15 3 1,25 4 1,25 5 1,15 6 (прототип) 1,00 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,10 4,00 4,00 4,00 5,00 5,00 2,00-3,00 7 93302 Приведені дані показують, що запропонований порошковий дріт забезпечує зносостійкість не меншу, а навіть декілька вищу, ніж прототип, що зумовлене збільшенням кількості карбонітридів титану внаслідок додаткового введення азоту з мар Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 марганцем азотованим. При цьому покращилися наплавлювальні характеристики порошкового дроту, а саме: зменшилася схильність до утворення тріщин і покращилася віддільність шлакової кірки. 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