Шихта порошкової стрічки

Шихта порошкової стрічки, що містить карбід хрому, графіт, порошок алюмінієво-магнієвий (ПАМ), фторцирконат калію, марганець металевий, яка відрізняється тим, що вона додатково містить фероніобій при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: карбід хрому 74-78 фероніобій 10-12 графіт 2-4 ПАМ 1-2 фторцирконат калію 1-2 марганець металевий решта. (19) (21) a201009843 (22) 09.08.2010 (24) 25.07.2011 (46) 25.07.2011, Бюл.№ 14, 2011 р. (72) МАЛІНОВ ВОЛОДИМИР ЛЕОНІДОВИЧ (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) UA, 30715, U, 11.03.2008 UA, 93843, C2, 10.03.2011 SU, 300281, A, 07.04.1971 SU, 585027, A, 25.12.1977 SU, 312720, A, 31.08.1971 GB, 1322076, A, 04.07.1973 3 - у складі шихти як аустенітоутворюючего елемента міститься значна кількість нікелю металевого, такого, що є дорогим і дефіцитним компонентом. В основу винаходу поставлена задача розробити склад шихти порошкової стрічки, в якій за рахунок зміни співвідношення компонентів і введення нових досягається підвищення стійкості наплавленого металу в умовах абразивного і газоабразивного зношування. Для вирішення поставленої задачі до складу шихти порошкової стрічки, що містить карбід хрому, марганець металевий, графіт, алюмінієвомагнієвий порошок (ПАМ), фторцирконат калію, відповідно до винаходу введений фероніобій при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Карбід хрому 74-78 Фероніобій 10-12 Графіт 2-4 ПАМ 1-2 Фторцирконат калію 1-2 Марганець металевий решта. При вибраному складі шихти в наплавленому металі забезпечується здобуття наступного хімічного складу: вуглецю - 2,5-4,0 мас. %, хрому - 2428 мас. %, ніобію - 2-3 мас. %, марганцю 2,5-3,0 мас. %. Наплавлений метал є високохромистим заевтектичним чавуном із структурою, що складається з аустенітно-карбідної евтектик і первинних карбідів хрому і ніобію. Первинні (надлишкові) карбіди, будучи найбільш твердою складовою наплавленого металу забезпечують підвищену зносостійкість. При цьому їх оптимальна кількість дозволяє запобігати викришуванню наплавленого металу при абразивній і газоабразивній дії. Можливість насичення наплавленого металу легуючими елементами обмежується сумарною кількістю легуючих компонентів шихти, що містяться в порошковій стрічці, яке в процентному вираженні дорівнює коефіцієнту заповнення (52-54 %). Коефіцієнт заповнення, в свою чергу, визначається конструкцією стрічки і обмежується необхідністю забезпечення стабільно хороших технологічних параметрів процесу наплавлення. Збільшення коефіцієнта заповнення понад оптимальний - не раціонально. З врахуванням цього, для здобуття в наплавленому металі кількості первинних карбідів (~40 %), оптимальної для зношування в умовах газоабразивного зносу при підвищених температурах (характерного для умов роботи деталей завантажувальних пристроїв доменних печей), доцільно використовувати як хромвмісний компонент карбід хрому Сr2С3, котрий дозволяє найбільш рівномірно і ефективно легувати наплавлений метал хромом і вуглецем. Легування наплавленого металу хромом і вуглецем при вибраному співвідношенні компонентів (при співвідношенні мас. % Сr/С = 7-10) забезпечує здобуття карбідів найбільш сприятливого типу, підвищує окалиностійкість, а також зносостійкість 95410 4 при нормальних і підвищених температурах. Збільшення кількостей цих елементів понад вказані межі підсилює схильність наплавленого металу до тріщиноутворення і викришування, а зменшення знижує зносостійкість. Графіт вводиться до складу шихти для компенсації вигару при наплавленні вуглецю, який необхідний для формування оптимальної кількості зміцнюючої фази -карбідів. Збільшення вмісту вуглецю понад вказані межі збільшує кількість і розкриття тріщин, приводить до викришування і, відповідно, зниження зносостійкості. Зменшення вмісту графіту - знижує зносостійкість. Введення фероніобію підвищує зносостійкість наплавленого металу за рахунок легування наплавленого металу ніобієм і здобуття спеціальних карбідів NBC високої твердості. За рахунок сприятливого розподілу дисперсних карбідів забезпечується модифікування структури, що підвищує опір утворенню тріщин. Одночасно з цим підвищується пластичність матриці наплавленого металу, оскільки кількість розчиненого в ній вуглецю зменшується. Цим досягається зменшення кількості і величини розкриття тріщин в наплавленому металі. Використання фероніобію доцільніше в порівнянні з ферованадієм, вживаним для виготовлення найближчого аналога, що обумовлене тим, що карбіди ніобію є міцнішими, і надають сильніший ефект модифікації наплавленого метала. Це забезпечує зменшення кількості, величини розкриття тріщин і підвищує зносостійкість. Збільшення кількості фероніобію понад вказані межі не дає додаткового позитивного ефекту, а зменшення - призводить до зниження зносостійкості. Введення до складу шихти марганцю металевого забезпечує легування наплавленого металу марганцем, що є аустенітоутворюючим елементом, який підвищує пластичність металевої матриці і зменшує величину розкриття тріщин. При недостатній кількості марганцю металевого в шихті в структурі утворюється мартенсит, що знижує опір знеміцнення при температурах вище 550 °C і підсилює схильність до тріщиноутворення. Збільшення вмісту марганцю металевого більше 12 % не наводить до підвищення властивостей. Введення в склад шихти алюмінієвомагнієвого порошку і фторцирконату калію використовується для підвищення якості наплавленого шару за рахунок дрібнокрапельного переносу в при наплавленні, зменшення розбризкування, поліпшення формування. Крім того, алюміній і цирконій розкислюють і рафінують наплавлений метал. Введення цих компонентів в кількостях, що перевищують вказану межу, не дає помітного поліпшення властивостей і підвищує ризик утворення тих, що "зашлаковують", а в кількостях нижче вказаної межи - неефективно. Для дослідження властивостей наплавленого металу було виготовлено п'ять варіантів шихти порошкової стрічок, вказаних в табл. 1. 5 95410 6 Таблиця 1 Варіанти складів порошкової стрічки для зносостійкого наплавлення Компоненти Карбід хрому Фероніобій Графіт Алюмінієво-магнієвий порошок Фторцирконат калію Марганець металевий 1 72,0 9,0 1 2,5 2,5 решта Шихта виготовлялася шляхом перемішування в течії 30 хв навішувань порошкоподібних компонентів в змішувачі типу "п'яна бочка". Із дослідних партій шихти виготовлялася однозамкова порошкова стрічка перерізом 10 × 3 мм з коефіцієнтом заповнення 50 %. Як сталева оболонка використовувалася холоднокатана стрічка перерізом 30 × 0,4 мм зі сталі 08КП. Наплавлення виробляли на зварювальному автоматі А-1416 з джерелом живлення ВДУ-1201. Режим наплавлення: сила струму 450-500 А, напруга 30-32 В, швидкість наплавлення 25 м/ч. Наплавлення дослідних зразків виконувалося в 3 шари на пластини з маловуглецевої сталі Ст3пс. Була досліджена зносостійкість в різних умовах зношування металу, наплавленого дослідними порошковими стрічками з різними варіантами складів шихти порівняно з металом, наплавленим порошковою стрічкою, прийнятою як найближчий аналог. Випробування абразивної зносостійкості проводилися по методиці Брінелля-Хауорта. Випробовуваний зразок притискається під навантаженням 8 кг робочою поверхнею до гумового диска Ø 180 мм, що обертається з кутовою швидкістю 200 об/хв. З бункера через тарований отвір пробуджується дозована кількість абразиву - кварцового піску, який захоплюється гумовим диском і протягається по поверхні зразка. Знос визначався по втраті ваги зразка при заданій кількості минулого абразиву (10 кг). За еталон порівняння прийнята зносостійкість металу, наплавленого порошковою стрічкою – найближчим аналогом. Відносна зносостійкість визначалася як відношення маси зносу еталона до зносу дослідного зразка. Випробування зносостійкості наплавленого металу при 600 °C проводилися за схемою "колод Вміст компонентів,мас. % 2 3 4 74,0 76,0 78,0 10,0 11,0 12,0 2 3,0 4,0 2,0 1,5 1,0 2,0 1,5 1,0 решта решта решта 5 80,0 13,0 5,0 0,5 0,5 решта ка-ролик". Знос при підвищеній температурі здійснювався усередині робочої камери в методичній печі після попередньої витримки зразка в течії 15 хв. Підтискання плоского зразка, що зношується, до ролика Ø 70 мм, що обертається з кутовою швидкістю 200 об/хв., забезпечувалося конструкцією важеля з навантаженням 8 кг. Ролик, що застосовувався, був наплавлений по ободу аргонодуговим способом сплавом Р18 (56 HRC) і прошліфований до заданого розміру. Знос оцінювали по втраті маси  М наплавленого зразка за 1 ч випробувань. Відносна зносостійкість визначалася як відношення маси зносу еталона до зносу дослідного зразка. Випробування на газоабразивній зносостійкості проводилися в струмені абразивних часток (кварцового піску) того, що транспортується стиснутим повітрям. Для випробувань використовувалася лабораторна установка інжекторного типу. З бункера абразивні частки всмоктувалися потоком стиснутого повітря (тиск 5 атм.). Вихідний отвір абразивної для повітря суміші з сопла інжектора Ø 16 мм. Кут атаки абразиву поверхні зношуваних зразків ~30 град. Час випробування 120 хв. Твердість наплавленого металу HRC визначалася при кімнатній температурі. Величина максимального розкриття тріщин визначалася при наплавленні в три шари розміром 200 × 100 мм на пластини завтовшки 30 мм. Вимір величини розкриття тріщин вироблявся за допомогою тарованої шкали мікроскопа типу МПБ-2. Дані по властивостях металу, наплавленого дослідними порошковими стрічками з різними варіантами складів шихти порівняно з еталоном, приведені в табл. 2. Таблиця 2 Відносна зносостійкість металу, наплавленого різними складами порошкової стрічки Номер варіанта складу шихти 1 Відносна абразивна зносостійкість 0,9 Відносна зносостійкість при 600 °C 0,95 Відносна зносостійкість в струмені абразивних 1,15 часток Твердість HRC 44-46 Величина максимального розкриття тріщин, мм немає 2 1,1 1,1 3 1,15 1,2 4 1,2 1,3 5 6 (найближчий аналог) 1,15 1,0 1,25 1,0 1,25 1,3 1,25 1,1 46-48 48-50 50-52 52-54