<Desc/Clms Page number 1>
Procédé de production de soudures en surface.
La présente: invention se rapporte à un procédé de production de soudure en surface contenant du fer et du chrome par soudure à l'arc sur des pièces de fer, d'a- cier, et en alliages de fer et d'acier.
L'invention se rapporte également à des électro- des à revêtement pour réaliser le procédé en question.
Pour réaliser des surfaces dures, on a surtout utilisé jusqu'ici des électrodes à revêtement mince et ayant pour âme un fil d'acier contenant environ 1% C. lorsqu'on désirait une dureté modérée d'environ 250 à 300 unités Bri- nell pour le produit soudé en surface. En adoptant un revê- tement mince, la plus grandepartie du pourcentage de carbone de l'âme est intentionnellement éliminée par combustion.
Il reste toutefois une quantité de carbone suffisante pour obtenir la dureté désirée du matériau soudé comme consé- quence de la vitesse de refroidissement relativement grande
<Desc/Clms Page number 2>
après la soudure de sorte que le matériau soudé s'en trouve partiellement durci.
Ces électrodes sont désavantageuses en ce sens que la dureté obtenue n'est pas constante, mais dépend de la vitesse de refroidissement qui, à son tour, dépend du mode de soudure. Par exemple, une dureté désirée de 500 Brinell environ ne peut pas être obtenue en déposant un chapelet de soudure sur une grande pièce, c'est à dire quand la vitesse de refroidissement est grande, tandis que, d'au- tre part, la dureté peut tomber à 150 Brinell même en dé- posant une multitude de chapelets sur une pièce relative- ment petite ou en soudant sur une pièce préalablement chauf- fée, lorsque la vitesse de refroidissement est faible.
Un autre inconvénient qui peut surgir avec les électrodes ré- side dans le fait que l'absorption d'azote qui peut être relativement grande à cause du revêtement mince , rend le matériau soudé cassant et donne lieu à un accroissement de dureté généralement incontrôlable.
Le but de la présente invention est d'éliminer ces inconvénients/de rendre possible l'obtention d'une dureté du matériau soudé essentiellement indépendante du procédé de soudure et de la nature et des dimensions de la pièce.
Conformément à l'invention, ce but est atteint en effectuant la soudure à l'aide d'une électrode revêtement dont l'âme consiste en de l'acier ou en du fer doux et dont le revê- tement contient du chrome ou un alliage de chrome, les pourcentages en carbone et en chrome de l'électrode étant arrangés de telle sorte que, par soudure de façon normale, la métériau soudé contienne tout au plus 0,20% de carbone et 2 à 7% de chrome et que, en ce qui concerne la structure, elle consiste essentiellement en ferrite et autres consti- tuants à structure très dure. Des recherches microscopiques ont montré que ces constituants à structure plus dure con- sistent probablement en de la martensite et/ou cémentite. @
<Desc/Clms Page number 3>
Le pourcentage en carbone sera aussi faible que possible.
Dans tous les cas, l'électrode , comme mentionné ci-dessus, ne doit pas donner un matériau soudé ayant un pourcentage en carbone supérieur à 0,20% du moment que l'in- fluenae du matériau de base est éliminée, c'est à dire que le matériau soudé en entier ne doit pas contenir plus de 0,20% de C.
On obtiendra par conséquent un degré de sécurité' plus élevé avec un pourcentage de carbone plus faible,par exemple 0,L5% ou 0,10% ou encore moins.
Ainsi, afin de réaliser la dureté désirée dans le matériau soudé, ce dernier, conformément à l'invention, sera allié à du chrome ajouté au matériau soudé ne provenant pas de l'âme mais du revêtement en quantité telle que le pourcen- tage de chrome du matériau soudé atteigne 2 à 7%. Le chrome ou l'alliage de chrome dans le revêtement aura par conséquent une teneur en carbone suffisamment basse pour que la limite ci-dessus pour le pourcentage de carbone du matériau soudé ne soit pas dépassée. L'épaisseur et la composition du revêtement devront être telles qu'elles conduisent à une absorption d'azote aussi faible que possible.
Ce. qui suit peut êtresignalé comme exemple de réa- lisation de l'invention :L'âme a la composition suivante :
EMI3.1
<tb> C. <SEP> Max <SEP> 0,12%
<tb> Si <SEP> max. <SEP> 0,10%
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> max <SEP> 0,60%
<tb> S <SEP> max <SEP> 0.,040%
<tb>
<tb> P <SEP> max <SEP> 0,040%
<tb>
Le revêtement fut formé d'un mélange contenant les constituants suivants :
EMI3.2
<tb> Fluorine <SEP> 5-16%
<tb>
<tb> Rutile <SEP> 27-40%
<tb>
<tb> Calcaire <SEP> 18-40%
<tb>
<tb> Ferro-manganèse <SEP> 0-10%
<tb>
<tb> Ferro-silicium <SEP> 5- <SEP> 13%
<tb>
EMI3.3
Ferro-chroQne l0-3Ciâ
<Desc/Clms Page number 4>
et du silicate de sodium et/ou de potassium fut utilisé comme liant en quantité telle que le revêtement fini en contienne 5 à 15%.
Avec 10,20 et 30% de ferro-chrome, on a obtenu respectivement environ 2,4 et 6,5% de chrome dans le ma- tériau soudé* Le pourcentage de carbone dans la matériau soudé est inférieur à 0,10% dans tous les cas. Le pour- centage de carbone du ferro-chrome employé (60 à 65% de Cr) était de 0,3 à 0,5, dans le ferro-manganèse au maximum 1% et dans le ferro-silicium pas supérieur à 0,5%.
Par soudure de chapelets en deux couches sur du fer doux, au cas où la pièce avait la faculté de se refroi- dir entre le dépôt du premier chapelet et celui du second on a obtenu une dureté d'environ 215 unités Brinell pour environ 2% de Cr dans le matériau soudé, environ 300 Brinell pour 4% de Cr et environ 325 Brinell à environ 6,5% de Cr.
En soudant des chapelets à une couche sur du rail contenant 0,60%. C quand la pièce était préalablement chauffée au rouge, on a obtenu une dureté Brinell d'environ 280 unités pour environ 4% de chrome dans le matériau soudé. Lors de la sou- dure a'une seule couche sur un matériau ayant un tel pour- centageélevé en carbone, on pourrait s'attendre à une dureté considérablement accrue due à la dilution du matériau soudé par le matériau de base. Un tel accroissement n'est toutefois pas obtenu à cause du fait que, conformément à l'invention, le matériau soudé lui-même avait un pourcentage de C telle- ment faible qu'un léger accroissement de ce dernier était sans influenoee sur la dureté.
Lors de la soudure d'unenouvelle couche de chapelets sur le premier dépôt et dans les mêmes conditions, on a obtenu une dureté Brinell d'environ 285 uni- tés,ce qui est une dureté constante surprenante en dépit du fait que, dans ce cas, la pièce exerçait une influence nulle ou considérablement réduite. Ceci montre qu'à environ 4% de Cr et au maximum 0,1% C pour le matériau soudé, la dureté ne
<Desc/Clms Page number 5>
varie pas plus que de 300 à 285 unités Brinell ce qui cons- titue une variation tellement insignifiante qu'elle peut être complètement négligée lors de la soudure sur des pièces froides ou portés au rouge et on a également été surpris de découvrir que la composition. du matériau de baae n'exerce aucune influence sur la dureté du matériau soudé.
La com- position de revêtement étant à d'autres points de vue ap- propriée, la matériau a une faible teneur en azote et en oxygène ce qui améliore considérablement la ductilité et la résistance au fendillement du matériau soudé.
<Desc / Clms Page number 1>
Process for the production of surface welds.
The present invention relates to a method of producing surface welds containing iron and chromium by arc welding on parts of iron, steel, and iron and steel alloys.
The invention also relates to coated electrodes for carrying out the process in question.
To achieve hard surfaces, thin-coated electrodes having a core of a steel wire containing about 1% C as a core have been used heretofore, when a moderate hardness of about 250 to 300 Bri- nell units is desired. for the surface welded product. By adopting a thin coating, most of the carbon percentage of the core is intentionally removed by combustion.
Sufficient carbon remains, however, to achieve the desired hardness of the welded material as a consequence of the relatively high cooling rate.
<Desc / Clms Page number 2>
after welding so that the welded material is partially hardened.
These electrodes are disadvantageous in that the hardness obtained is not constant, but depends on the cooling rate which, in turn, depends on the welding mode. For example, a desired hardness of about 500 Brinell cannot be obtained by depositing a bead of solder on a large part, that is, when the cooling rate is high, while, on the other hand, the hardness can drop to 150 Brinell even when placing a multitude of strings on a relatively small part or by welding on a previously heated part, when the cooling rate is low.
Another disadvantage which can arise with the electrodes is that the nitrogen absorption which can be relatively large due to the thin coating makes the welded material brittle and gives rise to a generally uncontrollable increase in hardness.
The aim of the present invention is to eliminate these drawbacks / to make it possible to obtain a hardness of the welded material which is essentially independent of the welding process and of the nature and dimensions of the part.
In accordance with the invention, this object is achieved by carrying out the welding with the aid of a coating electrode, the core of which consists of steel or of soft iron and the coating of which contains chromium or an alloy. chromium, the carbon and chromium percentages of the electrode being so arranged that, by normal welding, the welded material contains not more than 0.20% carbon and 2 to 7% chromium and that, as to the structure, it consists essentially of ferrite and other constituents with a very hard structure. Microscopic investigations have shown that these harder structured components probably consist of martensite and / or cementite. @
<Desc / Clms Page number 3>
The carbon percentage will be as low as possible.
In any case, the electrode, as mentioned above, should not give a welded material having a carbon percentage greater than 0.20% as long as the influence of the base material is removed, that is, i.e. the entire welded material must not contain more than 0.20% C.
A higher degree of safety will therefore be obtained with a lower percentage of carbon, for example 0, L5% or 0.10% or even less.
Thus, in order to achieve the desired hardness in the welded material, the latter, in accordance with the invention, will be alloyed with chromium added to the welded material not coming from the core but from the coating in an amount such that the percentage of chromium of the welded material reaches 2-7%. The chromium or chromium alloy in the coating will therefore have a sufficiently low carbon content that the above limit for the percentage of carbon of the welded material is not exceeded. The thickness and the composition of the coating should be such as to lead to the lowest possible nitrogen absorption.
This. which follows can be reported as an exemplary embodiment of the invention: The core has the following composition:
EMI3.1
<tb> C. <SEP> Max <SEP> 0.12%
<tb> If <SEP> max. <SEP> 0.10%
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> max <SEP> 0.60%
<tb> S <SEP> max <SEP> 0., 040%
<tb>
<tb> P <SEP> max <SEP> 0.040%
<tb>
The coating was formed from a mixture containing the following constituents:
EMI3.2
<tb> Fluorite <SEP> 5-16%
<tb>
<tb> Rutile <SEP> 27-40%
<tb>
<tb> Limestone <SEP> 18-40%
<tb>
<tb> Ferro-manganese <SEP> 0-10%
<tb>
<tb> Ferro-silicon <SEP> 5- <SEP> 13%
<tb>
EMI3.3
Ferro-chroQne l0-3Ciâ
<Desc / Clms Page number 4>
and sodium and / or potassium silicate was used as a binder in an amount such that the finished coating contained 5 to 15%.
With 10.20 and 30% ferro-chromium, approximately 2.4 and 6.5% chromium were obtained respectively in the welded material * The percentage of carbon in the welded material is less than 0.10% in all cases. The percentage of carbon in ferro-chromium employed (60 to 65% Cr) was 0.3 to 0.5, in ferro-manganese at most 1% and in ferro-silicon not greater than 0.5 %.
By welding strings in two layers on soft iron, if the part had the ability to cool between the deposition of the first string and that of the second, a hardness of about 215 Brinell units for about 2% was obtained. of Cr in the welded material, about 300 Brinell at 4% Cr and about 325 Brinell at about 6.5% Cr.
By welding single layer strings on rail containing 0.60%. C when the part was preheated red, a Brinell hardness of about 280 units was obtained for about 4% chromium in the welded material. When welding to a single layer on a material having such a high percentage of carbon, one would expect considerably increased hardness due to the dilution of the welded material by the base material. Such an increase is not obtained, however, because, according to the invention, the welded material itself had such a low percentage of C that a slight increase in the latter had no influence on the hardness. .
When welding a new layer of strings on the first deposit and under the same conditions, a Brinell hardness of about 285 units was obtained, which is a surprising constant hardness despite the fact that in this case , the play had no or considerably reduced influence. This shows that at about 4% Cr and at most 0.1% C for the welded material, the hardness does not
<Desc / Clms Page number 5>
varies no more than 300 to 285 Brinell units which is such an insignificant variation that it can be completely overlooked when soldering on cold or red-hot parts and we were also surprised to find that the composition. baae material has no influence on the hardness of the welded material.
Since the coating composition is otherwise suitable, the material has a low nitrogen and oxygen content which greatly improves the ductility and crack resistance of the welded material.