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Procédé et électrode pour former un dépôt soudé résistant à l'usure.
La présente invention concerne un procédé et une électrode do soudage, et plus particulièrement un procédé et une électrode pour former un dépôt soudé de rechargement dur contenant du carbure de titane.
L'utilisation des carbures de métaux durs préalablement formés, en particulier de carbure de tungstène pour former des dépôts soudés de rechargement durs est entrée dans la pra- tique depuis plusieurs années. Il existe différents procédés pour lier ces carbures métalliques aux surfaces exposées à des actions sévères d'abrasion. Suivant un procédé, une électrode tubulaire métallique remplie de particules séparées de carbure est chauffée afin que le métal fondu entrainant des particules
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de carbure soit déposé sur la surface de l'outil ou de la pièce devant comporter le rechargement dur.
Les particules en grains séparés de carbure de métal dur préalablement formé sont ainsi emprisonnées et noyées dans le métal provenant du tube et sont liées à la surface de l'outil après solidification et il en résulte un revêtement de carbure lié sur la surface. Ce procédé pour utiliser les excellentes caractéristiques de résistance à l'usure des carbures métalliques durs, habituellement du carbure de tungstène, s'est montré très efficace, et il est encore largement utilisé pour des applications spéciales bien que les électrodes soient coûteuses.
Ce procédé pour l'utilisation des carbures durs pour la résistance à l'usure présente différents inconvénients.
1) Les couches de carbures liées sur place ont nécessai- rement des concentrations élevées en carbure métallique, et les revêtements ont par suite des propriétés mécaniques semblables à celles du carbure métallique, c'est-à-dire une grande fragilité , une faible résistance aux chocs, une mauvaise résistance à l'oxydation et une mauvaise résistance à la corro- sion dans de nombreux milieux.
2) Pour des températures trop élevées, les particules de carbure de tungstène ont tendance à se déposer au fond du dépôt en raison de leur densité supérieure, de sorte qu'il reste une couche superficielle de métal doux de liaison. MLe soudage sous protection d'un gaz est souvent préféré au soudage à l'arc électrique parce que l'opération est moins rapide et que la température peut être réglée plus soigneusement.
3) Il est nécessaire pour ce type de dépôt que l'opérateur soit hautement qualifié pour obtenir un dépôt satisfaisant, car la température, la durée et l'atmosphère de soudage (dans le cas du soudage oxy-acétylénique) sont des facteurs critiques qui doivent être soigneusement contrôlés par le soudeur.
4) L'opération demande du temps, et elle n'est pas
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économique dans le cas de surfaces importantes.
5) Les électrodes sont très coûteuses en raison du prix élevé des carbures préformés.
Un second procédé pour obtenir des concentrations élevées de carbures métalliques durs dans un dépôt consiste à Utiliser une baguette d'application composée, par exemple, de particules d'oxyde métallique et de carbone liées ensemble pour les faire réagir et les transférer sur la pièce de- vant comporter une surface dure. Les oxydes métalliques sont convertis en carbures par le carbone de la baguette d'application si une température suffisamment élevée est maintenue pour provo- quer la conversion. Ce procédé de rechargement nécessite une source de chaleur extérieure pour provoquer la fusion super- ficielle de la surface de la pièce devant être rechargée et en même temps pour chauffer la bagu@tte d'application et former les particules de carbures devant être liées à la sur- face de la pièce.
Le matériau constituant la baguette d'ap- plication s'étale sur la surface de la pièce en couche de consistance pâteuse qui, après solidification, emprisonne les particules de carbures métallituques.
En plus, des mêmes inconvénients caractérisant les dépôts de carbures obtenus par le premier procédé le second procédé nécessite une compétence supplémentaire du soudeur pour assurer la transformation complète de l'oxyde métallique en carbure métallique, et le temps nécessaire pour former une surface satisfaisante d'une aire donnée est encore plus long. Ce procédé ne convient que dans le cas de surface au moins à peu près horizontale.
Un troisième procédé pour lier des carbures métalliques durs à des surfaces consiste à pulvériser un mélange de carbone et d'oxyde métallique sur la surface de la pièce. Le mélange est chauffé avec fusion simultanée d'une couche superficielle
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à la surface de la pièce . Après refroidissement, les carbures résultant de la transformation de l'oxyde sont retenus dans la surface solidifiée de la pièce.
Ce troisième procédé est encore moins intéressant que les deux premiers parce que la qualité du dépôt dépend de la compétence du soudeur pour la formation des particules de carbure et ensuite pour leur incorporation superficielle dans la pellicule fondue de métal, et parce que le contrôle réduit de l'opération est très limité.
Malgré les inconvénients indiqués ci-dessus, les dépôts de carbures liés ont une utilité indiscutable, en particulier pour les applications nécessitant une grande résistance à l'abrasion quand le température, un environnement corrosif, et les chocs ne sont pas des facteurs critinues.
De nombreux dépôts soudés de rechargement durs en aciers alliés satisfaisants ont été. mis au point pour des applications impliquant des chocs importants, des milieux très corrosifs, des températures élevées, ou quand des surfaces importantes doivent recevoir un rechargement dur. La grande résistance à l'abrasion apportée par les grains de carbures métalliques durs préformés n'existe pas dans ce cas, mais l'absence de ces carbures doit être acceptée pour obtenir une augmentation de la résistance aux chocs, de la résistance à la corrosion, de la résistance aux températures élevées, de la résistance à l'oxydation ainsi que de la vitesse et de la fa- cilité de dépôt.
Ces propriétés sont obtenues par un choix soigneux des éléments d'alliage dans l'électrode.Des électrodes de rechargement dur en alliages sont d'une façon générale large- ment utilisées avec succès.
Les électrons de soudage à l'arc sont en général des fils enrobée ou des tubes chargés. Il est admis depuis longtemps.que ces deux formes sont à peu près équivalentes, le
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but recherché étant de présenter au point de soudage les quantités correctes de métal de soudage, d'éléments de désoxyda- tion tels que l'aluminium, les flux, quand ils sont utilisés, et d'un gaz provenant d'une source appropriée pour obtenir une atmosphère de protection dans le cas où une telle atmosphère est utilisée.Il est courant d'incorporer du bioxyde de titane et/ou du titane métallique dans les électrodes de soudage. Le bioxyde de titane est utilisé comme produit formant un laitier et pour favoriser le contrôle du transfert d'un métal.Le titane métallique, qui a une affinité élevée pour l'oxygène et l'azote est utilisé comme désoxydant.
La quantité de titane métallique utilisée pour la désoxydation est telle, et elle est déterminée. par des procédés empiriques car les quantités d'oxygène et d'azote présents ne peuvent pas être déterminés avec préci- sion. Un léger excès de titane est parfois utilisé pour assurer la désoxydation complète. Il peut en résulter une con- centration résiduelle de titane dans le métal soudé, jus- qu'à 0,5 à 0,6% de titane, et si la teneur en carbone de l'alliage est suffisamment élevée, il peut en résulter la forma- tion d'une certaine quantité de carbure de titane. La quantité de carbure de titane éventuellement formée est très faible et n'influe pas de façon appréciable sur les propriétés du dépôt.
La présente invention apporte un procédé par lequel les dépôts soudés de rechargement dur peuvent être fortifiés par des cristaux de carbure de titane résistant à l'usure qui croissent sur place dans le métal de soudure pendant sa cristallisation. Par ce procédé, pratiquement tous les avantages du dépôt de rechargement dur avec support tels que la résistance aux chocs la résistance à la corrosion la résistance aux températures élevées, la résistance à l'oxydation, et la facilité et la vitesse de dépôt sont con- servés. avec addition des qualités de résistance à l'usure
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du carbure de titane pour obtenir une durée de service supplé- mentaire.
La présente invention concerne un procédé pour former un dépôt soudé résistant à l'usure consistant à former dans une zone de réaction de soudage à l'arc un bain de métal de soudage ferreux contenant du carbone, à introduire dans la zone de réaction au moins l'une des matières du groupe formé par le titane, les alliages de titane et l'oxyde de titane, seule ou combinée avec un autre oxyde, pour qu'il se forme des particules de carbure de titane par cristallisation sur place pendant le -solidification du métal de soudure qui forme une matrice, en maintenant dans la zone de réaction une quantité de carbone au moins égale au total de (1) la quantité de carbone nécessaire pour former des parti- cules de carbure de titane, (2) la quantité de carbone néces- saire pour satisfaire à la demande de carbone pour la matrice (3)
la quantité de carbone nécessaire pour réduire l'oxyde de titane et d'autres oxydes métalliques réductibles par le carbone quand ils existent , et (4) la quotité de carbone nécessaire pour la combinaison avec l'oxygène dérivé de l'atmosphère de la zone de réaction.Le constituant qui comprend au moins l'une des matières du groupe formé par le titane, les alliages de titane et l'oxyde de titane, seule ou en combinaison avec un autre oxyde, contient du titane en quantité comprise entre environ 0,8% et environ 16% en poids du dépôt soudé.
Comme le rendement de récupération pour le titane est d'environ 75%,l'électrode contient du titane en quantité comprise entre environ 1% et environ 22% du poids de métal de l'électrode. Sur la base du dépôt soudé, la quantité totale de carbone est de préférence comprise entre environ 1% et 9%.
Comme le carbone peut être nécessaire dans l'électrode pour la réduction aussi bien que pour la formation du dépôt, et comme le facteur de rendement est d'environ 80 à 90%,la
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quantité totale de carbone est de préférence comprise entre environ 1,1% et environ 17% en poids du métal de l'élec- trode.
Il est préférable aussi de maintenir dans la zone de réaction au moins l'un des métaux indiqués ci-dessus, entre les limites des pourcentages indiqués
EMI7.1
a éLa ¯ .1 en poiqs du dépôt ..spud
EMI7.2
<tb> Nickel <SEP> traces <SEP> à <SEP> 22% <SEP> max
<tb>
<tb> ,Manganèse <SEP> 0,3% <SEP> min.
<SEP> à <SEP> 18% <SEP> max
<tb>
<tb> Chrome <SEP> traces <SEP> à <SEP> 35% <SEP> max <SEP>
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> traces <SEP> à <SEP> 8% <SEP> max
<tb>
<tb> Tungstène <SEP> traces <SEP> à <SEP> 4% <SEP> max
<tb>
<tb> Vanadium <SEP> traces <SEP> à <SEP> 2% <SEP> max
<tb>
L'invention concerne aussi une électrode en métal ferreux contenant du carbone pour former un dépôt soudé résis- tant à l'usure, l'électrode contenant au moins l'une des matières du groupe formé par le titane, les alliages de titane et l'oxyde de titane, seule ou combinée avec un autre oxyde, ce constituant contenant du titane en quantité comprise entre environ 1% et environ 22% en poids du métal de l'électrode, et du carbone pour former des particules de carbure de titane sur place à partir du métal de soudage provenant de l'électrode,
le carbone étant présent en quantité au moins égale au total de (1) la quantité de carbone nécessaire pour former des parti- cules de carbure de titane , (2) la quantité de carbone néces- saire pour satisfaire à la demande en carbone de la matrice, (3) la quantité de carbone nécessaire pour réduire l'oxyde de titane et les autres oxydes métalliques réductibles par le carbone quand ils existent, et (4) la quantité de carbone nécessaire pour la combinaison avec l'oxygène dérivé de l'atmosphère de la zone de réaction. Comme il a été indiqué cette quantité totale de carbone est de préférence comprise entre environ 1,1% et environ 17% en poids du métal de l'électrode.
L'électrode contient aussi de préférence au moins l'un des métaux de la
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liste donnée ci-dessus dans les plages de pourcentages Indiquées.
En incorporant dans une électrode une source appropriée de titane plus la quantité nécessaire de carbone de la façon indiquée ci-après, il est constaté que du carbone et des. quanti- tés importantes de façon inattendue de titane peuvent être dissous dans le métal de l'électrode et être transférés à travers l'arc de soudage, et que des quantités appréciables de particules de carbure de titane peuvent cristalliser sur place à partir du mélange en fusion.
Il a été constaté que la source de titane peut être de nature métallique, ou bien d'une façon avantageuse du point de vue du prix de l'oxyde de titane, seul ou avec d'autres oxydes métalliques, et avec du carbone libre pour produire la réduction.
Par un réglage soigneux de l'addition des carbones dans l'électrode, le titane sous la forme métallique ou sous la forme d'oxyde, peut être facilement converti en carbure de titane sans aucune technique spéciale ou sans contrôle par le soudeur.De plus, les vitesses de dépôt et le comportement de l'électrode sont très analogues à ceux des électrodes classiques de rechargement.
La résistance à l'usure de n'importe quel alliage donnéaugmen- tequand la quantité de carbure de titane augmente.Cela est démontré avec un appareil d'essai d'usure en utilisant du papier abrasif normal* L'augmentation de la résistance à l'usure est faible pour des concentrations en carbure inférieures à environ 1%. Cette limite inférieure de 1% est la valeur de seuil efficace à partir de laquelle commence l'augmentation appréciable de la résistance à l'usure. Au-dessus de 1% de carbure de titane, 1'amélioration est nette et la possibilité de production de carbure de titane dans le dépôt par l'opéra- tion de soudage établit une limite pratique maximale d'environ 20% de carbure de titane.
Pour la limite inférieure et la
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limite supérieure de carbure -le titane, c'est-à-dire 1% et 20%, les quantités stoechiométriques de titane sont respective- ment 0,8 et 16%, et ce sont les limites indiquées ci-dessus pour le titane. La valeur maximale tombe par coïncidence dans la plage inférieure pour laquelle le dépôt commence à présenter les propriétés mécaniques du carbure plutôt que de la matrice et à perdre une partie de ces caractéristiques métalliques, telles que la ductibilité.
Pour le calcul de la quantité de titane à ajouter au métal de l'électrode, il est constaté dans la pratique, du point de vue de l'invention, que la récupération de titane sous la forme de carbure de titane dans le dépôt soudé est de l'ordre des trois quarts du titane ajouté au métal de l'électrode.
Le tableau ci-après donne des exemples de caractéristi- ques de résistance à l'usure pour plusieurs compositions à ana- lyser avec et sans la présence de carbure de titane formé sur place à partir d. carbone et de ferro-titane et/ou de bioxyde de titane. Les essais ayant donné ces résultats ont été effectués dans des conditions normalisées. La perte de poids est une me- sure de résistance a l'usure,la perte de poids la plus faible in- diquant une meilleure résistance à l'usure.
TABLEAU I
EMI9.1
<tb> Exemple <SEP> Composition <SEP> nominale <SEP> % <SEP> titanium <SEP> Perte <SEP> moyenne
<tb>
<tb> comme <SEP> mtal <SEP> de <SEP> poids
<tb>
<tb> d'électrode <SEP> (mg)
<tb>
<tb> 1A <SEP> 6% <SEP> Cr, <SEP> 4% <SEP> Mo, <SEP> 3,5% <SEP> C <SEP> néant <SEP> 209,4
<tb>
<tb>
<tb> 1B <SEP> 6% <SEP> Cr, <SEP> 4% <SEP> Mo, <SEP> 3,5% <SEP> C <SEP> 1,1 <SEP> 123,0
<tb>
<tb> 1C <SEP> 6% <SEP> Cr, <SEP> 4% <SEP> Mo, <SEP> 3,5% <SEP> C <SEP> 3,5 <SEP> 93,7
<tb>
<tb>
<tb> 1D <SEP> 6% <SEP> Cr, <SEP> 4% <SEP> Mo, <SEP> 3,5% <SEP> C <SEP> 5,2 <SEP> 32,3
<tb>
<tb>
<tb> 2A <SEP> 30% <SEP> Cr, <SEP> 3,5% <SEP> Mo, <SEP> 3,0% <SEP> C <SEP> néant <SEP> 247,5
<tb>
<tb>
<tb> 2B <SEP> 30% <SEP> Cr, <SEP> 3,5% <SEP> Mo, <SEP> 3,0% <SEP> C <SEP> 5,2 <SEP> 159,5
<tb>
<tb>
<tb> 3A <SEP> 13% <SEP> Cr, <SEP> 1,5% <SEP> Mo, <SEP> 3,
0% <SEP> C <SEP> néant <SEP> 219,2
<tb>
<tb>
<tb> 3B <SEP> 13% <SEP> Cr, <SEP> 1,5% <SEP> Mo, <SEP> 3,0 <SEP> C <SEP> 3,7 <SEP> 140,2
<tb>
EMI9.2
. ,4A 18' Cr, 89 Ni, 0,60, C néant 311,5
EMI9.3
<tb> 4B <SEP> 18% <SEP> Cr, <SEP> 8% <SEP> Ni, <SEP> 0,50% <SEP> C <SEP> 1,0 <SEP> 219,0
<tb>
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Les calculs de la quantité de carbone nécessaire dans le système de l'électrode de soudage doivent tenir compte du car- bone servant dans les buts suivants:
1) formation du carbure de titane
2) carbone fourni à la matrice
3) réduction de l'oxyde de titane et des autres oxydes métalliques réductibles par le carbone, quand ils existent 4) perte par protection contre l'atmosphère (si l'atmosphère est oxydante).
Du carbone en excès de Ja quantité requise pour répondre à ces besoins, qu'ils soient introduits délibérément ou autrement est essentiellement perdu, et il n'est pas considéré dans le cal- cul du carbone nécesssaire.
Une électrode enrobée d'un type très courant et utile peut servir pour la mise en oeuvre de l'invention. Dans ce cas des pertes peu importantes par oxydation doivent être prévues, et il doit en être tenu compte, **our certains systèmes de soudage, tels que ceux uti- lisant des électrodes protégées par un gaz, les réactions d'oxy- dation sont réduites à un niveau très faible en entourant la zone de l'arc d'un gaz non oxydant, et ces systèmes peuvent être uti- lisés pour la mise en oeuvre de l'invention. Comme les pertes par oxydation sont faibles dans ce cas, la plupart du carbone habi- tuellement utilisé pour réagir avec l'atmosphère oxydante devient un excédant, et cette quantité peut être supprimée.
Dans d'autres systèmes de soudage sous protection de gaz dans lesquels le gaz entourant la zone est oxydant, par exemple CO2, les pertes par oxydation se rapprochent des pertes dans l'air.
Un calculbasé sur le poids de métal déposé, de la quan- tité minimale de carbone nécessaire dans l'électrode pour former 1% de carbure de titane dans une matrice d'acier non allié est il- lustré ci-dessous, la source de titane étant dans cet exemple du
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titane métallique. Le métal d'électrode est défini comme la somme du carbone et des constituants métalliques présents dans l'élec- trode ou récupérables de composés présents dans l'électrode. Pour simplifier le calcul, le poids de métal d'électrode est pris égal au poids du métal du dépôt. Ce calcul est basé sur une matrice d'acier non allié avec la teneur minimale en carbone nécessaire pour la formation de 1% de carbure de titane.
Si des teneurs supé- rieures en carbone sont nécessaires pour la matrice, certaines matrices de rechargement fortement alliées courantes nécessitent une teneur en carbone pouvant atteindre 5%, la quantité minimale de carbone nécessaire pour la formation de 1% de carbure de titane doit être augmentée de la quantité de carbone nécessaire pour la matrice.
A. Carbone pour former 1% de TiC 0,2% du poids du métal dans le dépôt (condition 1 ci-de sus) d'électrode B. Carbone nécessaire pour la matrice 0,8% du poids du métal d'acier non allié (condition 2 ci- d'électrode dessus) C. Total A + B 1,0% du poids du métal d'électrode D. Le rendement du carbone résultant de la perte par protection par le carbone est typiquement de 90% dans les plages inférieures de carbone (condition 4 ci-dessus). Par suite, la quantité minimale de carbone 1,1% du poids du métal total est de 1,00 : 0,90 d'électrode.
Si le titane est introduit sous la forme de bioxyde de titane, du carbone libre additionnel doit être ajouté pour réagir avec l'oxygène. Dans le cas de 1% de carbure de titane dans le dépôt, il faut 1,8% de bioxyde de titane dans l'électrode du fait du rendement de récupération du titane, qui est de l'or- dre des trois quarts du titane Introduit, comme.il a été indiqué
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ci-dessus. Cette quantité de bioxyde de titane nécessite une addition supplémentaire de 0,3% de carbone du point de vue stoechiométrique.
La limite supérieure du carbone total peut être calculée d'une façon similaire. Du point de vue pratique elle est détermi- née par la quantité d'oxyde de titane pouvant être incorporé dans l'électrode et être transformé en carbure de titane dans le dépôt soudé tout en conservant les caractéristiques de soudabilité dési- rables pour l'électrode de rechargement.
Un calcul de la quantité maximale de carbone pour former 20% de particules de carbure de titane dans une matrice d'acier non allié est illustré ci-après. Crame dans le calcul précédent, si des teneurs supérieures en carbone sont nécessaires pour la matrice, la quantité de carbone nécessaire pour former 20% de carbure de titane doit être apgmentée de la quantité de carbone nécessaire pour la matrice. La quantité stoechiométrique de titane dans 20% de carbure de titane est de 16%. Pour qu'il existe 16% de titane disponible pour le dépôt.. 21,3% de titane de toutes les sources doivent être présents dans l'électrode, du fait que le rendement de récupération du titane est de l'ordre de 76%.
Par suite, 35% de bioxyde de titane sont nécessaires du point de vue stoechiométrique.
A. Carbone nécessaire pour la réduction 5,3% du poids du métal de 35,5% de TiO2 dans le dépôt (con- d'électrode dition 3 ci-dessus).
B. Carbone pour former 20% de TiC dans 4,0% du poids du métal le dépôt (condition 1 ci-dessus). d'électrode C. Carbone nécessaire pour la matrice 0,8% du poids du métal d'acier non allié (condition 2 ci- d'électrode dessus) en négligeant la présence de TiC D. Total A + B + C 10,1% du poids de métal d'électrode.
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E. Le rendement du carbone résultant de la perte par protection par le car- bone est typiquement de 85% dans les plages sppérieures de carbone (con- dition 4 ci-dessus). Par suite la quan- tité maximale de carbone totale pour 11,9% dunpoids de métal un acier non allié est 10,1 s 0,85. d'électrode
Dans le cas d'une matrice en acier allié à teneur élevée en carbone pouvant nécessiter par elle même 5% de carbone,la quan tité maximale de carbone total nécessaire pour produire un dépôt contenant 20% de carbure de titane est déterminée de la façon sui- vante : A. Carbone nécessaire pour la réduc- 5,3% du poids du métal tion de 35,5% de Tio2 dans le dé- d'électrode pôt (condition 3 ci-dessus) B.
Carbone pour former 20% de TiC 4,0% du poids du métal dans le dépôt (-audition 1 ci- d'électrode dessus).
C. Carbone nécessaire pour la matrice 5,0% du poids du métal en acier allié à forte enrue en d'électrode carbone (condition 2 ci-dessus) en négligeant la présence de TIC D. Total A + B + C 14,3% du poids du métal d'électrode E. Le rendement du carbone résultant de la perte par protection par le carbone est typiquement de 85% pour les plages élevées de carbone (con- dition 4 ci-dessus).
Par suite, le carbone total maximal pour un acier allié à grande teneur en carbone 16,8% du poids du métal est 14,3: 0,85 d'électrode
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La matrice qui tient les particules de carbure peut avoir n'importe quelle microstructure de rechargement dur, par exemple d'austénite, d'austénite plus carbure, de martensite, de martensite
A plus carbure, ou de ferrite plus n'importe quel produit de compo- sition formé pendant le refroidissement des alliages ferreux, par exemple perlitique ou bainitique.
Le réglage du comportement de la matrice déposée peut être obtenu par les pratiques habituelles d'alliage avec des éléments tels que le nickel, le manganèse, le chrome, le molybdène, le tungstène et le vanadium. La matrice pour supporter le carbure de titane peut ainsi être choisie de façon à se comporter de façon satisfaisante dans n'importe quel environnement. Le chrome en al- liage jusqu'à 35% suffit pour développer la résistance à la corro- sion et à l'oxydation ainsi que pour augenter l'aptitude à la trem- pe et la résistance à l'usure. Le molybdène en quantité Jusqu'à 8% confère une grande résistance à la température et augmente l'aptitu- de à la trempe de l'alliage.
Le nickel est utilisé en quantité jusqu'à 22%; aux concentrations inférieures, il sert à augmenter l'aptitu@@ à la trempe de l'aliage et aux concentrations supérieures, il communique de la ténacité et stabilise la phase austénitique.
Le manganèse entre 0,3% et 18% est normalement utilisé avec le nickel, le chrome et le molybdène pour obtenir de la ténacité, et aux concentrations supérieures pour produire des structures austé- nitiques qui développent la dureté sous choc et une bonne résistance à l'usure tout en conservant la ténacité. Le tungstène au-dessus de 4% et le vanadium au dessus de 2%, quand il existent en même temps que le carbure de titane, altèrent progressivement la forme et les propriétés du carbure de titane ; les limites indiquées les deux améliorent l'aptitude à la trempe tandis que le tungstène augmente la dureté à chaud et le vanadium facilite le contrôle de la dimension du grain.
La production du carbure de titane est possible techni- quement dans les dépôts soudés contenant les éléments indiqués
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ci-dessus avec des pourcentages supérieurs à ceux donnas* Cependant, la contribution de ces éléments aux qualités de rechargement dur est bien développée dans les limites indiquées, et l'utilisation de con- centrations supérieures peut être normalement considérée comme un gaspillage. Le mécanisme essentiel est possible en présence d'autres éléments tels que le bore, le niobium, le cuivre et le cobalt qui sont fréquemment présents dans les matrices de rechargement.
Certains éléments résiduels normaux dans des dépôts de rechargement ferreux peuvent aussi être présents. La teneur en silicium est couramment de 1% à 3%, et dans certains cas peut être supérieure. De petits pourcentages d'azote existent actuellement .dans les dépôts soudés de rechargement et tout nitrure de titane formé peut être associé au carbure de titane, car ces composés forment une série complète de solutions solides. Le phosphore et le soufre peuvent exister en quantités caractéristiques des pro- duits commerciaux.
En résumé, la formation du carbure de titane dans n'im- porte quelle composition de rechargement ferreux améliore la résistance à 1' usure.
Des exemples de trois électrodes ayant servi à former des dépôts dont les qualités de résistance à l'usure sont indi- quées par le tableau ci-dessus sont donnés ci-après.
EXEMPLE
Dépôt suivant l'exemple 1D du tableau.
L'électrode est fabriquée à partir d'un fil d'âme en acier à faible teneur en carbone avec un enrobage ayant la composition ci-après en parties en poids. Cet enrobage ou revêtement représente 32,8% du poids total de l'électrode.
EMI15.1
<tb>
Bioxyde <SEP> de <SEP> titane <SEP> 70
<tb>
<tb> JFerro-titane <SEP> (42% <SEP> Ti) <SEP> 140
<tb>
<tb> Ferro-manganèse <SEP> 17
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 80
<tb>
<Desc/Clms Page number 16>
EMI16.1
<tb> Ferro-chrome <SEP> (8% <SEP> C) <SEP> 146
<tb>
<tb> Ferro-molybdène <SEP> 126
<tb>
<tb>
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> Liant <SEP> silicate <SEP> 51
<tb>
L'augmentation de la résistance à l'usure du dépôt résul- tant est de 209,5 mg cà 32,3 mg'de perte en poids, par formation d'environ 5% de carbure de titane dans le dépôt. Dans cette élec- trode, 4,7% du métal d'électrode est présent sous la forme de car- bone et 5,2% du métal d'électrode sous la forme de titane.
EXEMPLE ?;,
Dépôt suivant l'exemple 2B du tableau.
L'électrode est fabriqués à partir d'un fil d'âme à 12% de Cr, 2% Mo avec un enrobage ayant la composition ci-après en parties en poids. L'enrobage représente 31,4% du poids total de l'électrode.
EMI16.2
<tb>
Bioxyde <SEP> de <SEP> titane <SEP> 34
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-titane <SEP> (42% <SEP> Ti) <SEP> 150
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 35
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-chrome <SEP> (8% <SEP> C) <SEP> 218
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-manganèse <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Liant <SEP> silicate <SEP> 39
<tb>
L'augmentation de la résistance à l'usure du dépôt est de 247,5 mg à 159,5 mg de perte en poids par formation d'environ 5% de carbure de titane dans le dépôt. Dans cette électrode,
3,3 % du métal d'électrode est présent sous la torme de carbone et 5,2% du métal d'électrode sous la forme de titane.
EXEMPLE III
Dépôtssuivant l'exemple 3B du tableau
L'électrode est fabriquée à partir d'un fil d'âme en acier à faible teneur en carbone avec un enrobage ayant la composi-
<Desc/Clms Page number 17>
tion ci-après en parties en poids. L'enrobage représente 39% du poids total de l'électrode.
EMI17.1
<tb> Bioxyde <SEP> de <SEP> titane <SEP> 34
<tb>
<tb> Ferro-titane <SEP> (42% <SEP> Ti) <SEP> 80
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 48
<tb>
<tb> Ferro-chrome <SEP> (8 <SEP> % <SEP> C) <SEP> 274
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 45
<tb>
<tb> Ferro-molybdène <SEP> 38
<tb>
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> 5
<tb>
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 5
<tb>
<tb> Liant <SEP> silicate <SEP> 40
<tb>
L'augmentation de la résistance à l'usure du dépôt est de 219,
2 mg à 140,2 mg de perte en poids par formation d'environ 3,5% de carbure de titane dans le dépôt. Dans cette électrode, 5,0% du métal d'électrode est présent sous la forme de carbone et 3,7 % du métal d'électrode sous la forme de titane.
Bien que l'invention ait été décrite en considérant des modes de mise en oeuvre et des exemples particuliers, ces modes de mise en oeuvre et ces exemples ne sont pas limitatifs, et l'inven- tion peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes-ou avec d'autres modifications sans que l'on sorte de son cadre.
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A method and electrode for forming a welded wear resistant deposit.
The present invention relates to a method and a welding electrode, and more particularly to a method and an electrode for forming a hardfacing welded deposit containing titanium carbide.
The use of previously formed hard metal carbides, in particular tungsten carbide, to form welded hard facing deposits has been in practice for several years. There are various methods of bonding these metal carbides to surfaces exposed to severe abrasion actions. According to one method, a metallic tubular electrode filled with separated particles of carbide is heated so that the molten metal entraining the particles
<Desc / Clms Page number 2>
of carbide is deposited on the surface of the tool or part to be hardfaced.
The separated grain particles of previously formed hard metal carbide are thus trapped and embedded in the metal coming from the tube and are bonded to the surface of the tool after solidification resulting in a coating of bonded carbide on the surface. This method of utilizing the excellent wear resistance characteristics of hard metal carbides, usually tungsten carbide, has been shown to be very effective, and it is still widely used for special applications although the electrodes are expensive.
This method for using hard carbides for wear resistance has various drawbacks.
1) The layers of carbides bonded in place necessarily have high concentrations of metal carbide, and the coatings therefore have mechanical properties similar to those of metal carbide, i.e. high brittleness, low strength impact, poor resistance to oxidation and poor resistance to corrosion in many media.
2) For too high temperatures, the tungsten carbide particles tend to settle at the bottom of the deposit due to their higher density, so that a surface layer of soft metal bond remains. M Gas shielded welding is often preferred over electric arc welding because the operation is slower and the temperature can be controlled more carefully.
3) It is necessary for this type of deposit that the operator is highly qualified to obtain a satisfactory deposit, since the welding temperature, time and atmosphere (in the case of oxy-acetylene welding) are critical factors which must be carefully checked by the welder.
4) The operation takes time, and it is not
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economical in the case of large surfaces.
5) Electrodes are very expensive due to the high cost of preformed carbides.
A second method of achieving high concentrations of hard metal carbides in a deposit is to use an applicator rod composed, for example, of metal oxide and carbon particles bound together to react and transfer them to the workpiece. - having a hard surface. The metal oxides are converted to carbides by the carbon of the applicator rod if a sufficiently high temperature is maintained to cause the conversion. This hardfacing process requires an external heat source to cause surface melting of the surface of the workpiece to be hardfaced and at the same time to heat the application ring and form the carbide particles to be bonded to the coating. surface of the room.
The material constituting the applicator rod is spread over the surface of the part in a layer of pasty consistency which, after solidification, traps the particles of metallitic carbides.
In addition, from the same drawbacks characterizing the deposits of carbides obtained by the first process, the second process requires additional skill from the welder to ensure the complete transformation of the metal oxide into metal carbide, and the time necessary to form a satisfactory surface of a given area is even longer. This process is only suitable in the case of at least approximately horizontal surface.
A third method for bonding hard metal carbides to surfaces is by spraying a mixture of carbon and metal oxide onto the surface of the part. The mixture is heated with simultaneous melting of a surface layer
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on the surface of the part. After cooling, the carbides resulting from the transformation of the oxide are retained in the solidified surface of the part.
This third process is even less attractive than the first two because the quality of the deposit depends on the skill of the welder for the formation of the carbide particles and then for their superficial incorporation into the molten metal film, and because the reduced control of the operation is very limited.
Despite the drawbacks noted above, bonded carbide deposits have unquestionable utility, particularly for applications requiring high abrasion resistance when temperature, corrosive environment, and impact are not critical factors.
Numerous welded hardfacing deposits of satisfactory alloy steels have been. Developed for applications involving high impact, highly corrosive media, high temperatures, or where large surfaces must receive hard surfacing. The great abrasion resistance provided by the preformed hard metal carbide grains does not exist in this case, but the absence of these carbides must be accepted in order to obtain an increase in impact resistance, corrosion resistance. , high temperature resistance, oxidation resistance, and deposition rate and ease.
These properties are achieved by careful selection of the alloying elements in the electrode. Alloy hardfacing electrodes are generally widely used with success.
Electrons in arc welding are generally coated wires or charged tubes. It has long been recognized that these two forms are roughly equivalent, the
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the object being to present at the welding point the correct amounts of welding metal, deoxidizing elements such as aluminum, fluxes, when used, and a gas from a suitable source for to obtain a protective atmosphere in case such an atmosphere is used. It is common to incorporate titanium dioxide and / or metallic titanium in the welding electrodes. Titanium dioxide is used as a slag forming product and to help control metal transfer. Metallic titanium, which has a high affinity for oxygen and nitrogen, is used as a deoxidizer.
The amount of metallic titanium used for the deoxidation is such, and it is determined. by empirical methods because the amounts of oxygen and nitrogen present cannot be determined with precision. A slight excess of titanium is sometimes used to ensure complete deoxidation. This can result in a residual concentration of titanium in the welded metal, up to 0.5 to 0.6% titanium, and if the carbon content of the alloy is high enough, it can result the formation of a quantity of titanium carbide. The amount of titanium carbide possibly formed is very small and does not appreciably influence the properties of the deposit.
The present invention provides a method by which welded hardfacing deposits can be fortified by wear resistant titanium carbide crystals which grow in place in the weld metal during its crystallization. By this process, virtually all of the advantages of supported hardfacing deposition such as impact resistance, corrosion resistance, high temperature resistance, oxidation resistance, and ease and speed of deposition are realized. served. with the addition of wear resistance qualities
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titanium carbide for extra service life.
The present invention relates to a method for forming a welded wear resistant deposit comprising forming in an arc welding reaction zone a bath of ferrous welding metal containing carbon, to be introduced into the reaction zone at least. any of the materials of the group consisting of titanium, titanium alloys and titanium oxide, alone or in combination with another oxide, to form titanium carbide particles by crystallization in place during - solidification of the weld metal which forms a matrix, maintaining in the reaction zone an amount of carbon at least equal to the total of (1) the amount of carbon required to form titanium carbide particles, (2) the amount of carbon needed to meet the carbon demand for the matrix (3)
the amount of carbon needed to reduce titanium oxide and other carbon-reducible metal oxides when they exist, and (4) the amount of carbon needed for combination with oxygen derived from the atmosphere of the zone The component which comprises at least one of the materials of the group consisting of titanium, titanium alloys and titanium oxide, alone or in combination with another oxide, contains titanium in an amount of between about 0 , 8% and about 16% by weight of the welded deposit.
Since the recovery efficiency for titanium is about 75%, the electrode contains titanium in an amount between about 1% and about 22% of the weight of metal in the electrode. Based on the welded deposit, the total amount of carbon is preferably between about 1% and 9%.
Since carbon may be needed in the electrode for reduction as well as deposit formation, and the efficiency factor is about 80-90%, the
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The total amount of carbon is preferably between about 1.1% and about 17% by weight of the metal of the electrode.
It is also preferable to maintain in the reaction zone at least one of the metals indicated above, between the limits of the percentages indicated.
EMI7.1
a éLa ¯ .1 in poiqs of the deposit ..spud
EMI7.2
<tb> Nickel <SEP> traces <SEP> to <SEP> 22% <SEP> max
<tb>
<tb>, Manganese <SEP> 0.3% <SEP> min.
<SEP> to <SEP> 18% <SEP> max
<tb>
<tb> Chrome <SEP> traces <SEP> to <SEP> 35% <SEP> max <SEP>
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> traces <SEP> to <SEP> 8% <SEP> max
<tb>
<tb> Tungsten <SEP> traces <SEP> to <SEP> 4% <SEP> max
<tb>
<tb> Vanadium <SEP> traces <SEP> to <SEP> 2% <SEP> max
<tb>
The invention also relates to a ferrous metal electrode containing carbon for forming a welded, wear-resistant deposit, the electrode containing at least one of the materials from the group consisting of titanium, titanium alloys and the like. titanium oxide, alone or in combination with another oxide, this constituent containing titanium in an amount between about 1% and about 22% by weight of the metal of the electrode, and carbon to form particles of titanium carbide on place from the welding metal coming from the electrode,
the carbon being present in an amount at least equal to the total of (1) the amount of carbon needed to form titanium carbide particles, (2) the amount of carbon needed to meet the carbon demand of the matrix, (3) the amount of carbon needed to reduce titanium oxide and other carbon-reducible metal oxides when they exist, and (4) the amount of carbon needed for combination with the oxygen derived from atmosphere of the reaction zone. As has been indicated, this total amount of carbon is preferably between about 1.1% and about 17% by weight of the metal of the electrode.
The electrode also preferably contains at least one of the metals of the
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list given above in the ranges of percentages indicated.
By incorporating in an electrode a suitable source of titanium plus the necessary quantity of carbon as indicated below, it is found that carbon and. Unexpectedly large amounts of titanium can be dissolved in the metal of the electrode and transferred through the welding arc, and appreciable amounts of titanium carbide particles can crystallize in place from the mixture in fusion.
It has been found that the source of titanium can be metallic in nature, or advantageously from the point of view of the cost of titanium oxide, alone or with other metal oxides, and with free carbon for produce the reduction.
By careful control of the addition of the carbons in the electrode, titanium in metallic form or in oxide form, can be easily converted to titanium carbide without any special technique or control by the welder. , the deposition rates and the behavior of the electrode are very similar to those of conventional recharging electrodes.
The wear resistance of any given alloy increases as the amount of titanium carbide increases. This is demonstrated with a wear tester using normal sandpaper * The increase in resistance to titanium Wear is low for carbide concentrations below about 1%. This lower limit of 1% is the effective threshold value from which the appreciable increase in wear resistance begins. Above 1% titanium carbide the improvement is marked and the possibility of production of titanium carbide in the deposit by the welding operation establishes a maximum practical limit of about 20% titanium carbide. .
For the lower limit and the
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upper limit of titanium carbide, i.e. 1% and 20%, the stoichiometric amounts of titanium are 0.8 and 16% respectively, and these are the limits given above for titanium. The maximum value coincidentally falls into the lower range where the deposit begins to exhibit the mechanical properties of the carbide rather than the die and to lose some of these metallic characteristics, such as ductility.
For the calculation of the quantity of titanium to be added to the metal of the electrode, it is found in practice, from the point of view of the invention, that the recovery of titanium in the form of titanium carbide in the welded deposit is of the order of three quarters of the titanium added to the metal of the electrode.
The table below gives examples of wear resistance characteristics for several compositions to be analyzed with and without the presence of titanium carbide formed in situ from d. carbon and ferro-titanium and / or titanium dioxide. The tests which gave these results were carried out under standardized conditions. Weight loss is a measure of wear resistance, with lower weight loss indicating better wear resistance.
TABLE I
EMI9.1
<tb> Example <SEP> Nominal <SEP> composition <SEP>% <SEP> titanium <SEP> Average <SEP> loss
<tb>
<tb> as <SEP> metal <SEP> of <SEP> weight
<tb>
<tb> of electrode <SEP> (mg)
<tb>
<tb> 1A <SEP> 6% <SEP> Cr, <SEP> 4% <SEP> Mo, <SEP> 3.5% <SEP> C <SEP> none <SEP> 209.4
<tb>
<tb>
<tb> 1B <SEP> 6% <SEP> Cr, <SEP> 4% <SEP> Mo, <SEP> 3.5% <SEP> C <SEP> 1.1 <SEP> 123.0
<tb>
<tb> 1C <SEP> 6% <SEP> Cr, <SEP> 4% <SEP> Mo, <SEP> 3.5% <SEP> C <SEP> 3.5 <SEP> 93.7
<tb>
<tb>
<tb> 1D <SEP> 6% <SEP> Cr, <SEP> 4% <SEP> Mo, <SEP> 3.5% <SEP> C <SEP> 5.2 <SEP> 32.3
<tb>
<tb>
<tb> 2A <SEP> 30% <SEP> Cr, <SEP> 3.5% <SEP> Mo, <SEP> 3.0% <SEP> C <SEP> none <SEP> 247.5
<tb>
<tb>
<tb> 2B <SEP> 30% <SEP> Cr, <SEP> 3.5% <SEP> Mo, <SEP> 3.0% <SEP> C <SEP> 5.2 <SEP> 159.5
<tb>
<tb>
<tb> 3A <SEP> 13% <SEP> Cr, <SEP> 1.5% <SEP> Mo, <SEP> 3,
0% <SEP> C <SEP> none <SEP> 219.2
<tb>
<tb>
<tb> 3B <SEP> 13% <SEP> Cr, <SEP> 1.5% <SEP> Mo, <SEP> 3.0 <SEP> C <SEP> 3.7 <SEP> 140.2
<tb>
EMI9.2
. , 4A 18 'Cr, 89 Ni, 0.60, C none 311.5
EMI9.3
<tb> 4B <SEP> 18% <SEP> Cr, <SEP> 8% <SEP> Ni, <SEP> 0.50% <SEP> C <SEP> 1.0 <SEP> 219.0
<tb>
<Desc / Clms Page number 10>
Calculations of the amount of carbon needed in the welding electrode system must take into account the carbon used for the following purposes:
1) formation of titanium carbide
2) carbon supplied to the matrix
3) reduction of titanium oxide and other metal oxides reducible by carbon, when they exist 4) loss by protection against the atmosphere (if the atmosphere is oxidizing).
Carbon in excess of the amount required to meet these needs, whether introduced deliberately or otherwise is essentially wasted, and is not considered in calculating the carbon required.
A coated electrode of a very common and useful type can be used for the implementation of the invention. In this case insignificant losses by oxidation must be expected, and this must be taken into account, ** for some welding systems, such as those using electrodes protected by a gas, the oxidation reactions are reduced to a very low level by surrounding the arc region with a non-oxidizing gas, and these systems can be used in the practice of the invention. Since the oxidation losses are small in this case, most of the carbon usually used to react with the oxidizing atmosphere becomes an excess, and this amount can be removed.
In other gas shielded welding systems in which the gas surrounding the zone is oxidizing, for example CO2, the losses by oxidation approximate losses in air.
A calculation, based on the weight of deposited metal, of the minimum amount of carbon needed in the electrode to form 1% titanium carbide in an unalloyed steel matrix is shown below, the source of titanium being in this example of
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metallic titanium. Electrode metal is defined as the sum of carbon and metal constituents present in the electrode or recoverable from compounds present in the electrode. To simplify the calculation, the weight of electrode metal is taken equal to the weight of the deposit metal. This calculation is based on a matrix of unalloyed steel with the minimum carbon content necessary for the formation of 1% titanium carbide.
If higher carbon contents are required for the die, some common high alloy hardfacing dies require a carbon content of up to 5%, the minimum amount of carbon required for the formation of 1% titanium carbide must be increased. the amount of carbon needed for the matrix.
A. Carbon to form 1% of TiC 0.2% of the weight of the metal in the deposit (condition 1 above) of the electrode B. Carbon required for the matrix 0.8% of the weight of the steel metal not alloy (electrode condition 2 above) C. Total A + B 1.0% by weight of electrode metal D. Carbon yield resulting from loss through carbon protection is typically 90% in lower carbon ranges (condition 4 above). Hence, the minimum amount of carbon 1.1% by weight of the total metal is 1.00: 0.90 electrode.
If the titanium is introduced as titanium dioxide, additional free carbon must be added to react with the oxygen. In the case of 1% of titanium carbide in the deposit, 1.8% of titanium dioxide is required in the electrode due to the recovery efficiency of titanium, which is of the order of three quarters of titanium. Introduced, as.
<Desc / Clms Page number 12>
above. This amount of titanium dioxide requires an additional addition of 0.3% carbon from the stoichiometric point of view.
The upper limit of total carbon can be calculated in a similar fashion. From a practical point of view it is determined by the amount of titanium oxide which can be incorporated into the electrode and be transformed into titanium carbide in the welded deposit while retaining the desired weldability characteristics for the electrode. reloading.
A calculation of the maximum amount of carbon to form 20% titanium carbide particles in an unalloyed steel matrix is shown below. Crame in the previous calculation, if higher carbon contents are needed for the matrix, the amount of carbon needed to form 20% titanium carbide must be increased by the amount of carbon needed for the matrix. The stoichiometric amount of titanium in 20% titanium carbide is 16%. For there to be 16% titanium available for deposition. 21.3% titanium from all sources must be present in the electrode, since the titanium recovery efficiency is on the order of 76% .
Hence, 35% titanium dioxide is required from a stoichiometric point of view.
A. Carbon required for the 5.3% metal weight reduction of 35.5% TiO2 in the deposit (edit electrode # 3 above).
B. Carbon to form 20% TiC in 4.0% of the weight of the metal deposit (condition 1 above). electrode C. Carbon required for the matrix 0.8% of the weight of the unalloyed steel metal (electrode condition 2 above), neglecting the presence of TiC D. Total A + B + C 10.1 % by weight of electrode metal.
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E. The carbon yield resulting from carbon protection loss is typically 85% in the lower carbon ranges (condition 4 above). Hence the maximum total carbon for 11.9% of the weight of metal in an unalloyed steel is 10.1 s 0.85. electrode
In the case of a high carbon alloy steel matrix which may itself require 5% carbon, the maximum amount of total carbon required to produce a deposit containing 20% titanium carbide is determined as follows. - Vante: A. Carbon required for the reduction of 5.3% of the weight of the metal of 35.5% of Tio2 in the de-electrode pot (condition 3 above) B.
Carbon to form 20% TiC 4.0% of the weight of the metal in the deposit (- electrode hearing 1 above).
C. Carbon required for the matrix 5.0% by weight of the metal in high alloy steel coated with carbon electrode (condition 2 above) neglecting the presence of TIC D. Total A + B + C 14.3 % by weight of electrode metal E. The carbon yield resulting from loss by carbon protection is typically 85% for high carbon ranges (condition 4 above).
Therefore, the maximum total carbon for a high carbon alloy steel 16.8% by weight of the metal is 14.3: 0.85 electrode
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The matrix which holds the carbide particles can have any hardfacing microstructure, e.g. austenite, austenite plus carbide, martensite, martensite
A plus carbide, or ferrite plus any composites formed during the cooling of ferrous alloys, for example pearlitic or bainitic.
The adjustment of the behavior of the deposited matrix can be obtained by the usual practices of alloying with elements such as nickel, manganese, chromium, molybdenum, tungsten and vanadium. The matrix for supporting the titanium carbide can thus be chosen so as to behave satisfactorily in any environment. Chromium alloy up to 35% is sufficient to develop resistance to corrosion and oxidation as well as to increase hardenability and wear resistance. Molybdenum in an amount of up to 8% confers great resistance to temperature and increases the quenching ability of the alloy.
Nickel is used in amounts up to 22%; at lower concentrations it serves to increase the quenchability of the alloy and at higher concentrations it imparts toughness and stabilizes the austenitic phase.
Manganese between 0.3% and 18% is normally used with nickel, chromium and molybdenum to obtain toughness, and at higher concentrations to produce austenitic structures which develop hardness under impact and good resistance to impact. wear while maintaining toughness. Tungsten above 4% and vanadium above 2%, when they exist at the same time as titanium carbide, progressively alter the shape and properties of titanium carbide; the stated limits both improve quenchability while tungsten increases hot hardness and vanadium facilitates grain size control.
The production of titanium carbide is technically possible in welded deposits containing the elements indicated.
<Desc / Clms Page number 15>
above with higher percentages than given. However, the contribution of these elements to the hardfacing qualities is well developed within the limits given, and the use of higher concentrations can normally be regarded as wasteful. The essential mechanism is possible in the presence of other elements such as boron, niobium, copper and cobalt which are frequently present in hardfacing dies.
Some normal residuals in iron overlay deposits may also be present. The silicon content is commonly 1% to 3%, and in some cases may be higher. Small percentages of nitrogen currently exist in welded reloading deposits and any titanium nitride formed can be combined with titanium carbide, as these compounds form a complete series of solid solutions. Phosphorus and sulfur can exist in amounts characteristic of commercial products.
In summary, the formation of titanium carbide in any ferrous surfacing composition improves wear resistance.
Examples of three electrodes having been used to form deposits, the qualities of wear resistance of which are indicated by the table above are given below.
EXAMPLE
Deposit following example 1D in the table.
The electrode is fabricated from a low carbon steel core wire with a coating having the following composition in parts by weight. This coating or coating represents 32.8% of the total weight of the electrode.
EMI15.1
<tb>
Titanium <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 70
<tb>
<tb> JFerro-titanium <SEP> (42% <SEP> Ti) <SEP> 140
<tb>
<tb> Ferro-manganese <SEP> 17
<tb>
<tb> Carbon <SEP> 80
<tb>
<Desc / Clms Page number 16>
EMI16.1
<tb> Ferro-chrome <SEP> (8% <SEP> C) <SEP> 146
<tb>
<tb> Ferro-molybdenum <SEP> 126
<tb>
<tb>
<tb> Magnesium <SEP> Carbonate <SEP> <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> Carbonate <SEP> of <SEP> calcium <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> Binder <SEP> silicate <SEP> 51
<tb>
The increase in wear resistance of the resulting deposit is 209.5 mg to 32.3 mg loss in weight, by forming about 5% titanium carbide in the deposit. In this electrode, 4.7% of the electrode metal is present as carbon and 5.2% of the electrode metal as titanium.
EXAMPLE?;,
Deposit following example 2B in the table.
The electrode is made from a 12% Cr, 2% Mo core wire with a coating having the following composition in parts by weight. The coating represents 31.4% of the total weight of the electrode.
EMI16.2
<tb>
Titanium dioxide <SEP> <SEP> <SEP> 34
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-titanium <SEP> (42% <SEP> Ti) <SEP> 150
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbon <SEP> 35
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-chromium <SEP> (8% <SEP> C) <SEP> 218
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-manganese <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Magnesium <SEP> Carbonate <SEP> <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbonate <SEP> of <SEP> calcium <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Binder <SEP> silicate <SEP> 39
<tb>
The increase in wear resistance of the deposit is 247.5 mg to 159.5 mg weight loss by forming about 5% titanium carbide in the deposit. In this electrode,
3.3% of the electrode metal is present as the carbon torme and 5.2% of the electrode metal as titanium.
EXAMPLE III
Deposits following example 3B in the table
The electrode is fabricated from a low carbon steel core wire with a coating having the composi-
<Desc / Clms Page number 17>
tion below in parts by weight. The coating represents 39% of the total weight of the electrode.
EMI17.1
<tb> Titanium <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 34
<tb>
<tb> Ferro-titanium <SEP> (42% <SEP> Ti) <SEP> 80
<tb>
<tb> Carbon <SEP> 48
<tb>
<tb> Ferro-chrome <SEP> (8 <SEP>% <SEP> C) <SEP> 274
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 45
<tb>
<tb> Ferro-molybdenum <SEP> 38
<tb>
<tb> Magnesium <SEP> Carbonate <SEP> <SEP> 5
<tb>
<tb> Carbonate <SEP> of <SEP> calcium <SEP> 5
<tb>
<tb> Binder <SEP> silicate <SEP> 40
<tb>
The increase in the wear resistance of the deposit is 219,
2 mg to 140.2 mg loss in weight by forming about 3.5% titanium carbide in the deposit. In this electrode, 5.0% of the electrode metal is present as carbon and 3.7% of the electrode metal as titanium.
Although the invention has been described by considering particular embodiments and examples, these embodiments and these examples are not limiting, and the invention can be implemented according to other embodiments. variants - or with other modifications without going outside its framework.