RU2429957C1 - Порошковая проволока - Google Patents

Порошковая проволока Download PDF

Info

Publication number
RU2429957C1
RU2429957C1 RU2010113168/02A RU2010113168A RU2429957C1 RU 2429957 C1 RU2429957 C1 RU 2429957C1 RU 2010113168/02 A RU2010113168/02 A RU 2010113168/02A RU 2010113168 A RU2010113168 A RU 2010113168A RU 2429957 C1 RU2429957 C1 RU 2429957C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
surfacing
metal
cored wire
wire
Prior art date
Application number
RU2010113168/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Сергеевич Лосев (RU)
Александр Сергеевич Лосев
Евгений Николаевич Еремин (RU)
Евгений Николаевич Еремин
Василий Федорович Мухин (RU)
Василий Федорович Мухин
Original Assignee
Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" filed Critical Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет"
Priority to RU2010113168/02A priority Critical patent/RU2429957C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2429957C1 publication Critical patent/RU2429957C1/ru

Links

Landscapes

  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано при электродуговой наплавке износостойких сплавов на детали, работающие в условиях интенсивного износа при повышенных температурах (до 900°С) с ударными нагрузками, например деталей прессового инструмента горячего деформирования, валков горячей прокатки. Проволока состоит из низкоуглеродистой стальной оболочки, выполненной из армко-железа, и порошкообразной шихты. Проволока содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: никель 11-13,5; молибден 3-5,5; хром 3-5,5; ферросилиций 0,8-2,5; феррованадий 1,5-3,5; титан 0,5-1,0; алюминий 0,5-1,0; карбид бора 0,5-1,5; диборид титана 1,5-2,5; диборид циркония 0,5-1,5; кремнефтористый натрий 0,5-1,0; железный порошок 0,5-14,5; стальная оболочка - остальное. Наплавка может производиться под фторидными флюсами либо в аргоне. Для изготовления порошковой проволоки используют чистые порошки металлов. В зависимости от способа наплавки варьируют состав шихты с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл. Металл, наплавленный порошковой проволокой, обладает высокой прочностью, теплостойкостью и износостойкостью при сохранении пластических свойств. 1 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к области электродуговой наплавки износостойких сплавов, в частности к составу порошковой проволоки, и может быть использовано для повышения стойкости деталей оборудования и инструмента, работающих в условиях интенсивного износа при повышенных температурах (до 900°C) с ударными нагрузками, например деталей прессового инструмента горячего деформирования, валков горячей прокатки.
Известна порошковая шихта для наплавки (авторское свидетельство СССР №360186, B23K 35/36, опубл. Б.И. №36, 1972 г.), которая может использоваться при наплавке деталей нефтепромыслового оборудования, и содержащая компоненты в следующем соотношении, %:
диборид титана 0,5÷20
никель 0÷10
карбид бора - остальное
Металл, полученный при электродуговой наплавке низкоуглеродистой проволокой по шихте известного состава под слоем сварочного флюса, имеет высокую твердость после наплавки (НУ 800-850), что делает невозможным обрабатывать режущим инструментом наплавленный металл в состоянии после наплавки. Кроме того, к недостаткам известного материала следует отнести необходимость предварительного подогрева перед наплавкой до высокой температуры (450-550°C) и низкую износостойкость в условиях температурно-силового воздействия (ТСВ), которая обусловлена высоким удельным объемом карбоборидных фаз, приводящих к его охрупчиванию.
Известна порошковая проволока (авторское свидетельство СССР №476118, B23K 35/36, опубл. Б.И. №25, 1975 г.) для износостойкой наплавки инструмента горячего деформирования, состоящая из стальной оболочки и шихты, следующего состава, мас.%:
углерод 0,05÷0,1
марганец 0,8÷1,2
никель 7,5÷8,5
ферроиттрий 0,05÷0,1
ферромолибден 12÷13
феррованадий 0,8÷1,2
железный порошок 0,3÷5,25
хром 6÷7
ферросилиций 1,8÷2,5
ферротитан 0,8÷1,2
стальная оболочка - остальное
Металл, полученный известной порошковой проволокой, достигает максимальной твердости после старения при температуре 600°C в течение 2-4 часов (за счет образования интерметаллидных фаз Ni3Ti и фаз Лавеса Fe2Mo), что может привести к разупрочнению основы штампа из стали 5ХНМ и ей подобных. Эксплуатационные свойства такого типа наплавленного металла при длительном ТСВ исчерпываются из-за усиливающегося влияния на его разупрочнение диффузионного фактора, т.к. в результате выдержки при температуре свыше 700°C упрочняющие фазы коагулируют и частично растворяются.
Наиболее близкой по химическому составу является порошковая проволока, предназначенная для механизированной износостойкой наплавки в среде аргона деталей, работающих при повышенной температуре (до 600°C), состоящая из металлической оболочки (армко-железа) и шихты, содержащей компоненты при следующем соотношении, %:
хром 10÷20
молибден 11÷25
титан 2÷4
алюминий 0,9÷1,2
никель - остальное
Наплавленный данной порошковой проволокой металл Н13Х4М3ТЮ достигает максимальной твердости после старения при температуре 500°C в течение 2 часов (за счет образования интерметаллидных фаз Ni3Ti и Ni3Al), но имеет недостаточную теплостойкость (до 600°C), вызванную явлением возврата (т.е. растворением упрочняющих фаз при повышении температуры выше температуры старения), что обуславливает его низкую износостойкость в условиях ТСВ.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание такого состава порошковой проволоки, который обеспечивал бы получение наплавленного металла, достигающего максимального упрочнения при температурах до 500°C и обладающего высокой теплостойкостью и износостойкостью в условиях ТСВ, за счет замедления диффузии легирующих элементов труднорастворимыми мелкодисперсными фазами.
Технический результат достигается за счет того, что порошковая проволока, состоящая из низкоуглеродистой стальной оболочки (армко-железо) и порошкообразной шихты, содержащей никель, молибден, хром, титан, алюминий, причем шихта дополнительно содержит ферросилиций, феррованадий, карбид бора, диборид титана, диборид циркония, кремнефтористый натрий и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
никель 11÷13,5
молибден 3÷5,5
хром 3÷5,5
ферросилиций 0,8÷2,5
феррованадий 1,5÷3,5
титан 0,5÷1,0
алюминий 0,5÷1,0
карбид бора 0,5÷1,5
диборид титана 1,5÷2,5
диборид циркония 0,5÷1,5
кремнефтористый натрий 0,5÷1,0
железный порошок 0,5÷14,5
стальная оболочка - остальное.
Для изготовления порошковой проволоки используют чистые порошки металлов, варьируя состав шихты в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл. Наплавка предложенной проволокой может производиться под фторидными флюсами либо в аргоне.
Введение никеля снижает температуру точки прямого мартенситного превращения, и при содержании его в металле свыше 9% создаются условия для получения чисто мартенситной структуры при любых скоростях охлаждения. Благодаря наличию никеля в металле образуется мартенситная матрица с высокой плотностью дислокаций, способных двигаться, что создает условия для протекания пластической деформации и тем самым придает мартенситу высокую пластичность и ударную вязкость. Никель может как непосредственно участвовать в образовании упрочняющих фаз с алюминием и титаном, так и усиливать эффект старения за счет уменьшения предела растворимости молибдена в твердом растворе α-железа.
Молибден повышает теплостойкость и прочность наплавленного металла. При старении образует упрочняющую фазу Fe2Mo, которая преимущественно выделяется на дислокациях в теле зерна, не снижая пластических свойств стали после старения.
Кремний и хром не вызывают старения мартенсита железо-никелевых сплавов. Однако их присутствие в сталях, легированных молибденом, титаном и алюминием, увеличивает степень упрочнения наплавленного металла при старении. Кремний существенно снижает предел растворимости молибдена в твердом растворе α-железа, увеличивая количество и дисперсность выделяющейся упрочняющей фазы при старении, т.е. введение 1% кремния равносильно дополнительному введению 2-3% молибдена. При содержании кремния в наплавленном металле до 1,5% не приводит к снижению его пластических свойств. Хром снижает предел растворимости молибдена, титана и алюминия в твердом растворе α-железа, способствует образованию на поверхности наплавленного металла прочной пленки окислов, препятствующих налипанию прессуемого и прокатываемого металла, и уменьшает процесс окалинообразования.
Введение в состав шихты титана и алюминия позволяет упрочнить наплавленный металл в процессе старения интерметаллидными фазами типа Ni3Ti и Ni3Al. Кроме того, алюминий является энергичным нитридообразующим элементом, способным связывать азот в прочные соединения A1N и снижать тем самым пористость наплавленного металла.
Ванадий и цирконий являются хорошими модификаторами, позволяющими значительно измельчить зерно, предупреждают рост крупных столбчатых кристаллов, в результате чего устраняется возможность образования «горячих» трещин и улучшаются физико-механические свойства наплавленного металла.
Введение карбида бора, диборидов титана и циркония ведет к выделению в структуре наплавленного металла карбоборидной эвтектики, которая, располагаясь в виде каркаса между кристаллами мартенсита, воспринимает часть энергии ударов и рассредотачивает ее на большую площадь поверхности, что увеличивает стойкость наплавленного металла к ударным нагрузкам. Кроме того, карбоборидная эвтектика препятствует «зернограничной ползучести», повышает стойкость против образования горячих трещин. Кроме того, ванадий, молибден, цирконий и титан под воздействием высоких (до 900°C) температур и значительных ударных нагрузок образуют мелкодисперсные труднорастворимые карбобориды, способствующие увеличению износостойкости наплавленного металла при повышенных температурах, повышая его вязкость и разгаростойкость.
Введение кремнефтористого натрия в количестве 0,5-1,0% в состав порошковой проволоки позволило уменьшить опасность образования пор в наплавленном металле.
Железный порошок необходим для получения расчетного коэффициента заполнения порошковой проволоки, что обеспечивает получение металла требуемого химического состава. Так же железный порошок способствует равномерности плавления шихты и оболочки, что улучшает сварочно-технологические свойства порошковой проволоки.
Для количественной оценки воздействия легирующих элементов на свойства наплавленного металла были изготовлены 6 составов порошковой проволоки, приведенные табл.1.
Таблица 1
Состав Количественный состав порошковой проволоки, %
Ni Cr Mo FeSi FeV Al Ti В4С TiB2 ZrB2 Na2SiF6 Fe порошок Fe лента
Предлагаемый 1 15 4,2 4,6 2,0 1,0 1,0 1,0 0,2 0,5 0,5 0,2 10,4 59,4
2 12,5 4,2 5,5 0,8 3,5 0,5 0,5 0,5 1,5 1,0 0,8 9,2 59,5
3 13,5 4,2 5,1 1,5 3,0 0,7 0,7 1,0 1,5 1,5 0,8 5,5 61
4 12 5,1 4,2 2,5 3,5 1,0 0,5 1,5 2,5 0,5 0,8 3,2 62,7
5 10 б 3,5 1,5 2 0,7 0,5 2,0 2 1 0,2 8,9 61,7
Прототип 6 13,5 4,2 3,1 - - 0,8 1,5 - - - - 20,1 56,8
Оболочку изготавливали из армко-железа по ГОСТу 3836-83 сечением 15×0,5 мм, в качестве шихты использовали смесь порошков никеля марки ПНЭ по ГОСТу 9722-97, хрома марки Х99 по ГОСТу 5905-79, молибдена по ТУ 48-19-316-92, ферросилиция марки ФС75 по ГОСТу 1415-93, феррованадия марки ФВд50У0,3 по ГОСТу 27130 - 94, титана по ТУ 14-1-2886-80, алюминия марки ПА-4 по ГОСТу 5494-95, карбида бора по ГОСТу 5744-85, диборида титана по ТУ 113-07-11.004-89, диборида циркония по ТУ 6-09-03-46-75, железа марки ПЖР2 по ГОСТу 9849-86, кремнефтористого натрия по ТУ 113-08-587-86, при коэффициенте заполнения 37,3-40,5%.
Порошковыми проволоками ⌀ 3 мм на аппарате А-820 М под флюсом АНФ-6 выполнялась трехслойная наплавка на ребро пластин из стали 45 толщиной 20 мм. Из наплавленного металла изготавливались образцы для проведения исследований по известным методам.
Дюрометрические исследования проводили на образцах из наплавленного металла после наплавки, старения (490°C - 2 час) и отпуска (старение при 490°C - 2 час +выдержка при 825°C - 2 час): твердость по Роквеллу измеряли на приборе Wolpert Group Model 600MRD (за величину твердости бралось среднее значение твердости - 5 замеров); твердость по Виккерсу измеряли на приборе Wolpert Group 402MVD при нагрузке Р=100 г. Испытания на износостойкость проводили на образцах из наплавленного металла после старения (490°C - 2 час) по известной методике (Ламзин А.Г. Метод испытания материалов, работающих при трении в условиях циклических теплосмен. - Сб. «Трение и изнашивание при высоких температурах». - М: Изд-во «Наука», 1973 г. 15-16 с). Результаты испытаний выражались в виде коэффициента относительной износостойкости ε, численно равного отношению глубины выработанной канавки в миллиметрах эталона (сталь ЗХ2В8 после закалки 1100°C и отпуска при 600°C) и испытуемого металла за одинаковое время. Определение ударной вязкости производили на маятниковом копере Metro Com 06103300 при Т=20°C на призматических образцах из наплавленного металла после старения (490°C - 2 час) с U-образными надрезами в соответствии с ГОСТом 9454-78. Результаты дюрометрических исследований и испытаний на износостойкость и ударную вязкость сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Состав Твердость наплавленного металла Износостойкость, ε KCU,
МДж/м2
после наплавки после старения после отпуска
HRC HV HRC HV HRC HV
Предлагаемый 1 32,5 378…412 51,5 569…644 38 381…467 2,27 0,35
2 35,5 391…436 54 635…702 42 450…493 3,24 0,37
3 38 446…479 56 662…717 43 454…529 3,48 0,34
4 42 474…512 60,5 683…746 46 494…68 3,69 0,27
5 44 491…546 62,5 693…784 47,5 504…579 3,81 0,18
Прототип 6 32 358…396 48 484…537 30,5 324…362 1,29 0,42
Как видно из таблицы 2, наилучшими свойствами обладает металл, полученный порошковыми проволоками 2, 3 и 4 состава. Данные составы позволяют получать наплавленный металл, значительно превосходящий металл, полученный проволокой-прототипом по твердости 1,2-1,5 раза, по износостойкости 2,5-2,8 раза, при сохранении высокой величины ударной вязкости. Такие свойства наплавленного металла полученного порошковой проволокой заявленного состава можно объяснить тем, что он представляет собой композиционную структуру, состоящую из многокомпонентных карбоборидных фаз - М23(С,В)6 и М7(С,В)3 на основе Fe, V, Mo, Ti, Zr, расположенных в виде каркаса между кристаллами безуглеродистого мартенсита (α - твердый раствор), упрочненного интерметаллидными фазами Ni3Ti, Ni3Al и Fe2Mo (см. чертеж).
Металл, полученный предложенной порошковой проволокой, не содержит в своем составе дефицитные элементы и обладает высокой прочностью, теплостойкостью и износостойкостью, при сохранении пластических свойств, что позволяет значительно повысить стойкость кузнечно-прессового инструмента горячего деформирования в условиях длительного ТСВ.

Claims (1)

  1. Порошковая проволока для наплавки инструмента горячего деформирования, работающего в условиях длительного температурно-силового воздействия, состоящая из низкоуглеродистой стальной оболочки, выполненной из армко железа, и порошкообразной шихты, содержащей никель, молибден, хром, титан, алюминий, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит ферросилиций, феррованадий, карбид бора, диборид титана, диборид циркония, кремнефтористый натрий и железный порошок, при следующем соотношении компонентов проволоки, мас.%:
    никель 11-13,5 молибден 3-5,5 хром 3-5,5 ферросилиций 0,8-2,5 феррованадий 1,5-3,5 титан 0,5-1,0 алюминий 0,5-1,0 карбид бора 0,5-1,5 диборид титана 1,5-2,5 диборид циркония 0,5-1,5 кремнефтористый натрий 0,5-1,0 железный порошок 0,5-14,5 стальная оболочка остальное
RU2010113168/02A 2010-04-05 2010-04-05 Порошковая проволока RU2429957C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010113168/02A RU2429957C1 (ru) 2010-04-05 2010-04-05 Порошковая проволока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010113168/02A RU2429957C1 (ru) 2010-04-05 2010-04-05 Порошковая проволока

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2429957C1 true RU2429957C1 (ru) 2011-09-27

Family

ID=44804069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010113168/02A RU2429957C1 (ru) 2010-04-05 2010-04-05 Порошковая проволока

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2429957C1 (ru)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478030C1 (ru) * 2011-12-26 2013-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Порошковая проволока для наплавки
RU2514754C2 (ru) * 2012-08-22 2014-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Порошковая проволока
RU2533615C2 (ru) * 2012-01-19 2014-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "Уральский институт сварки-металлургия" Порошковая проволока для нанесения жаростойких покрытий
US9475154B2 (en) 2013-05-30 2016-10-25 Lincoln Global, Inc. High boron hardfacing electrode
RU2676383C1 (ru) * 2017-09-26 2018-12-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Порошковая проволока
RU2679374C1 (ru) * 2018-05-16 2019-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Порошковая проволока
RU2682940C1 (ru) * 2018-06-06 2019-03-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Порошковая проволока
RU2704338C1 (ru) * 2019-04-09 2019-10-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) Порошковая проволока

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478030C1 (ru) * 2011-12-26 2013-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Порошковая проволока для наплавки
RU2533615C2 (ru) * 2012-01-19 2014-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "Уральский институт сварки-металлургия" Порошковая проволока для нанесения жаростойких покрытий
RU2514754C2 (ru) * 2012-08-22 2014-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Порошковая проволока
US9475154B2 (en) 2013-05-30 2016-10-25 Lincoln Global, Inc. High boron hardfacing electrode
RU2676383C1 (ru) * 2017-09-26 2018-12-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Порошковая проволока
RU2679374C1 (ru) * 2018-05-16 2019-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Порошковая проволока
RU2682940C1 (ru) * 2018-06-06 2019-03-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Порошковая проволока
RU2704338C1 (ru) * 2019-04-09 2019-10-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) Порошковая проволока

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2429957C1 (ru) Порошковая проволока
JP6226542B2 (ja) 溶接熱影響部の靭性に優れた鋼材
RU2619547C1 (ru) Порошковая проволока для наплавки
KR101512257B1 (ko) 용접 열영향부의 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법
CN101906587A (zh) 低碳马氏体不锈钢板及其制造方法
JP2003226933A (ja) 低炭素快削鋼
CN114807776A (zh) 钢、由所述钢制成的产品及其制造方法
RU2514754C2 (ru) Порошковая проволока
JP2016060961A (ja) 高い靭性と軟化抵抗性を有する高速度工具鋼
RU2679374C1 (ru) Порошковая проволока
RU2467854C1 (ru) Порошковая проволока
RU2682940C1 (ru) Порошковая проволока
RU2679373C1 (ru) Порошковая проволока
RU2478030C1 (ru) Порошковая проволока для наплавки
RU2704338C1 (ru) Порошковая проволока
RU2736537C1 (ru) Порошковая проволока
RU2356714C2 (ru) Порошковая проволока
RU2739042C1 (ru) Модификатор
JP2017057474A (ja) 快削鋼
KR102258058B1 (ko) 용접 충전제 재료
RU2739362C1 (ru) Порошковая проволока
RU2458177C1 (ru) Прокат полосовой из борсодержащей марганцовистой стали
JPH07188859A (ja) 粉末ハイス鋼
RU2479664C1 (ru) Штамповый сплав
RU2568036C2 (ru) Способ индукционной наплавки высоколегированных хромистых чугунов

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150406