RU2569872C1

RU2569872C1 - Method of surface hardening of steel part containing dead-end cavities

Info

Publication number: RU2569872C1
Application number: RU2014128405/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Васильевич Иванайский; Алексей Владимирович Ишков; Николай Тихонович Кривочуров; Данил Валерьевич Коваль; Андрей Викторович Соколов
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2015-11-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: method includes application on parts surface of facing charge, and its heating by HF currents. Prior to the facing charge application the dead-end holes are filled with charge containing 25-35% of boron carbide, 20-15% of flux and 50-60% of high alloyed chromous cast iron. Depth of holes filling is 1/3-1/2 of thickness of facing wearproof layer.

EFFECT: increased service life of parts due to creation of unfavourable structures during induction build-up.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области упрочнения рабочих органов, работающих в условиях интенсивного изнашивания, и может быть использовано в сельхозмашиностроении, горнодобывающей промышленности, дорожном строительстве, ремонте техники.The invention relates to the field of hardening of working bodies operating in conditions of intensive wear, and can be used in agricultural machinery, mining, road construction, repair of equipment.

Известен способ индукционной наплавки, включающий нанесение на упрочняемую поверхность заготовки (детали) ровным слоем наплавочной шихты, состоящей из твердого сплава и флюса, затем участок с шихтой помещают в индуктор высокочастотного нагрева, после его включения электромагнитное поле, передаваемое через индуктор, нагревает поверхность детали, тепло передается шихте, которая расплавляется. Расплав затвердевает, образуя наплавленный слой заданной толщины [Индукционная наплавка износостойких сплавов: сборник статей / Под общ. ред. Ткачева В.Н. - Ростов-на Дону: ОНТИ, 1963, с. 41-42].A known method of induction surfacing, including applying to the hardened surface of the workpiece (part) with an even layer of a surfacing charge consisting of a hard alloy and flux, then the section with the charge is placed in a high-frequency heating inductor, after it is turned on, the electromagnetic field transmitted through the inductor heats the surface of the part, heat is transferred to the charge, which melts. The melt solidifies, forming a deposited layer of a given thickness [Induction surfacing of wear-resistant alloys: collection of articles / Ed. ed. Tkacheva V.N. - Rostov-on-Don: ONTI, 1963, p. 41-42].

Известен также способ изготовления почвообрабатывающей лапы [Пат. РФ 2397849], где в глухие полости V-образной и U-образной формы насыпается наплавочная шихта и осуществляется наплавка износостойким высоколегированным хромистым чугуном марок ПГ-УС25, ПГ-С27, ПС-14-60, ПС-14-80 и др.There is also known a method of manufacturing a tillage leg [Pat. RF 2397849], where surfacing charge is poured into blind cavities of a V-shaped and U-shaped form and surfacing is carried out by wear-resistant high-alloy chromium cast iron of grades PG-US25, PG-S27, PS-14-60, PS-14-80, etc.

Недостатком этих способов является то, что при индукционной наплавке в наплавляемом износостойком слое образуется нежелательная доэвтектическая структура, которая имеет меньшую износостойкость на 40-47%, чем исходный наплавляемый материал.The disadvantage of these methods is that during induction surfacing in the deposited wear-resistant layer, an undesirable pre-eutectic structure is formed, which has a lower wear resistance by 40-47% than the original deposited material.

Известна также наплавочная шихта для индукционной наплавки в разделку кромок высоколегированным белым чугуном деталей сельхозмашин [Иванайский В.В. и др. Индукционная наплавка в разделку кромок высоколегированным белым чугуном деталей сельхозмашин // Сварочное производство. - 2012. - №1. - С. 42-44], содержащая, мас. %: 85 твердого сплава и 15 флюса П-0,66.Also known is a surfacing charge for induction surfacing into a groove by high-alloyed white cast iron parts of agricultural machines [Ivanaysky V.V. and other Induction surfacing in the cutting edges with high-alloyed white cast iron parts of agricultural machinery // Welding production. - 2012. - No. 1. - S. 42-44], containing, by weight. %: 85 hard alloy and 15 flux P-0.66.

Недостатком известной шихты является то, что при наплавке глухих полостей на расстоянии 2/3 от границ полости вглубь наплавляемого слоя образуются нежелательные структуры с пониженными износостойкими свойствами.A disadvantage of the known charge is that when surfacing deaf cavities at a distance of 2/3 from the boundaries of the cavity deep into the deposited layer, undesirable structures with reduced wear-resistant properties are formed.

Задачей настоящего изобретения является повышение износостойкости покрытий из высоколегированного хромистого чугуна, наплавляемых на упрочняемую поверхность стальных деталей, содержащих глухие полости.The objective of the present invention is to increase the wear resistance of coatings of high alloy chrome cast iron, deposited on the hardened surface of steel parts containing blind cavities.

Настоящая задача решается тем, что в способе упрочнения поверхности стальной детали содержащей глухие полости, включающем нанесение на поверхности детали наплавочной шихты и нагрев токами высокой частоты, перед нанесением наплавочной шихты глухие отверстия сначала заполняют специальной шихтой, содержащей 25-35% карбида бора, 20-15% флюса и 50-60% высоколегированного хромистого чугуна на глубину 1/3-1/2 толщины наплавляемого слоя.The present problem is solved in that in the method of hardening the surface of a steel part containing deaf cavities, including applying a surfacing charge on the surface of the part and heating with high frequency currents, before applying the surfacing charge, the blind holes are first filled with a special charge containing 25-35% boron carbide, 20- 15% of flux and 50-60% of high-alloy chromium cast iron to a depth of 1 / 3-1 / 2 of the thickness of the deposited layer.

Техническим результатом изобретения является повышение срока службы деталей путем подавления образования нежелательных структур при индукционной наплавке высоколегированных хромистых чугунов.The technical result of the invention is to increase the service life of parts by suppressing the formation of undesirable structures during induction surfacing of high-alloy chromium cast irons.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в одновременной наплавке двух составов шихты (специальной и основной), образующих наплавочные слои с максимальной износостойкостью. Нижний слой специальной шихты содержит в своем составе высокий процент износостойкого компонента (карбид бора), легирует расплав основного металла, образующийся в глухой полости, и частично диффундирует в основной металл. Кроме того, углерод, имеющийся в карбиде бора, также участвует в подавлении нежелательных доэвтектических структур в верхнем слое основной шихты.The essence of the invention consists in the simultaneous surfacing of two compositions of the mixture (special and basic), forming surfacing layers with maximum wear resistance. The lower layer of the special charge contains a high percentage of wear-resistant component (boron carbide), alloys the molten base metal formed in the blind cavity, and partially diffuses into the base metal. In addition, the carbon present in boron carbide also participates in the suppression of undesirable pre-eutectic structures in the upper layer of the main charge.

На фиг. 1 показана микроструктура детали в зоне глухой полости при наплавке двумя составами шихты (специальной и основной).In FIG. 1 shows the microstructure of the part in the zone of the blind cavity during surfacing with two compositions of the mixture (special and main).

На фиг. 2 приведена микроструктура наплавки с боковой стороны глухой полости.In FIG. Figure 2 shows the microstructure of surfacing on the side of a blind cavity.

На фиг. 3 приведена микроструктура границы наплавленного слоя.In FIG. 3 shows the microstructure of the deposited layer boundary.

Способ осуществляется следующим образом. Из проката стали 65Г вырезают заготовки 100×50×6 мм. В них просверливают глухие отверстия диаметром 3 мм. Затем в них насыпают специальную шихту глубиной 1/3-1/2 толщины наплавляемого износостойкого слоя. После этого поверхность заготовки покрывают основной шихтой в количестве, обеспечивающем получение заданной толщины наплавляемого слоя. Состав специальной шихты, мас. %: 25-35 карбида бора, 20-15 флюса П-0,66 и 50-60 высоколегированного хромистого чугуна марки ПГ-С27. Состав основной шихты, мас. %: 80-85 высоколегированного хромистого чугуна марки ПГ-С27, 15-20 флюса П-0,66.The method is as follows. From rolled steel 65G, blanks of 100 × 50 × 6 mm are cut. Blind holes with a diameter of 3 mm are drilled in them. Then a special charge is poured into them with a depth of 1 / 3-1 / 2 of the thickness of the deposited wear-resistant layer. After that, the surface of the workpiece is covered with the main charge in an amount that provides a given thickness of the deposited layer. The composition of the special charge, wt. %: 25-35 boron carbide, 20-15 flux P-0.66 and 50-60 high-alloy chromium cast iron grade PG-C27. The composition of the main charge, wt. %: 80-85 high-alloy chromium cast iron grade PG-C27, 15-20 flux P-0.66.

Подготовленную таким образом заготовку помещают в петлевой индуктор, подключенный к инвертору «ЭЛСИТ» (мощность 100 кВт, частота 66 кГц, время наплавки 45-50 с) и осуществляют наплавку.A workpiece thus prepared is placed in a loop inductor connected to an ELSIT inverter (power 100 kW, frequency 66 kHz, surfacing time 45-50 s) and surfacing is carried out.

После затвердевания (охлаждения) из заготовки вырезают темплеты (3 шт.) для проведения металлографических исследований (см. фиг.1-3).After hardening (cooling), templates (3 pcs.) Are cut from the workpiece for metallographic studies (see Figs. 1-3).

Интервал глубины отверстий определяется толщиной наплавленного слоя и возможностью образования усадочных раковин над отверстиями.The hole depth interval is determined by the thickness of the deposited layer and the possibility of the formation of shrinkage shells above the holes.

При заполнении отверстий специальной шихтой на глубину менее 1/3 толщины наплавляемого слоя его адгезия с основным металлом недостаточная, что снижает износостойкость. При заполнении отверстий на глубину более 1/2 толщины слоя в зонах над ними образуются усадочные раковины, высота слоя локально уменьшается, что также снижает износостойкость.When filling holes with a special charge to a depth of less than 1/3 of the thickness of the deposited layer, its adhesion to the base metal is insufficient, which reduces wear resistance. When holes are filled to a depth of more than 1/2 of the layer thickness, shrinkage shells form in the zones above them, the layer height decreases locally, which also reduces wear resistance.

Содержание карбида бора в специальной шихте 25% оптимальное и определяется тем, что при его уменьшении, например ниже 20%, в наплавленном слое со стороны основного металла образуются отдельные участки дендритов, что снижает износостойкость.The content of boron carbide in a special charge of 25% is optimal and is determined by the fact that when it is reduced, for example, below 20%, separate sections of dendrites are formed in the deposited layer from the side of the base metal, which reduces wear resistance.

Количество флюса от 15 до 20% в составе специальной шихты, а карбида бора от 25 до 35% определяется экономической целесообразностью. Так как дальнейшее увеличение их количества лишь увеличивается стоимость шихты без значительного увеличения механических свойств наплавленного металла.The amount of flux from 15 to 20% in the composition of the special charge, and boron carbide from 25 to 35% is determined by economic feasibility. Since a further increase in their quantity only increases the cost of the charge without a significant increase in the mechanical properties of the weld metal.

Количество флюса 20% также обеспечивает защиту бора от окисления и равномерное формирование расплава в глухих отверстиях. При его количестве ниже 15% не достигается достаточная высота слоя, необходимая для защиты твердых составляющих шихты от окисления атмосферным кислородом, и на поверхности наплавляемого участка наблюдаются отдельные окисленные зоны.The amount of flux of 20% also provides protection of boron from oxidation and uniform formation of the melt in blind holes. When its amount is below 15%, a sufficient layer height is not achieved necessary to protect the solid components of the mixture from oxidation by atmospheric oxygen, and separate oxidized zones are observed on the surface of the deposited area.

Содержание высоколегированного хромистого чугуна от 50% до 60% в специальной шихте обеспечивает получение минимальной усадочной раковины на наплавляемой поверхности и уменьшение слоя шихты. Например, при содержании твердого сплава в наплавочной шихте 40% образуется усадочная раковина от 0,6 до 0,9 мм. Количество высоколегированного хромистого чугуна выше 60% ограничивается экономической целесообразностью - расходом дорогостоящего материала.The content of highly alloyed chrome cast iron from 50% to 60% in a special charge ensures the minimum shrinkage of the shell on the weld surface and a decrease in the charge layer. For example, when the hard alloy content in the surfacing charge is 40%, a shrink shell is formed from 0.6 to 0.9 mm. The amount of high-alloy chrome cast iron above 60% is limited by economic feasibility - the consumption of expensive material.

Claims

A method of hardening the surface of a steel part containing deaf cavities, comprising applying a surfacing charge to the part surface and heating with high frequency currents, characterized in that before applying the surfacing charge, the blind holes are first filled with a charge containing 25-35% boron carbide, 20-15% flux and 50-60% of high alloy chromium cast iron to a depth of 1 / 3-1 / 2 of the thickness of the deposited layer.