RU2607066C2 - Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления - Google Patents

Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления Download PDF

Info

Publication number
RU2607066C2
RU2607066C2 RU2015108589A RU2015108589A RU2607066C2 RU 2607066 C2 RU2607066 C2 RU 2607066C2 RU 2015108589 A RU2015108589 A RU 2015108589A RU 2015108589 A RU2015108589 A RU 2015108589A RU 2607066 C2 RU2607066 C2 RU 2607066C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
powder
iron
surfacing
wear
vanadium
Prior art date
Application number
RU2015108589A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015108589A (ru
Inventor
Сергей Павлович Нефедьев
Роман Рафаэлевич Дёма
Андрей Викторович Горбунов
Наиль Шаукатович Тютеряков
Константин Николаевич Вдовин
Алексей Николаевич Емелюшин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоТех-МГТУ"
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 Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоТех-МГТУ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоТех-МГТУ"
Priority to RU2015108589A priority Critical patent/RU2607066C2/ru
Publication of RU2015108589A publication Critical patent/RU2015108589A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2607066C2 publication Critical patent/RU2607066C2/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/36Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.7% by weight of carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/105Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к порошковому сплаву, который может быть использован для нанесения износостойкого и коррозионно-стойкого покрытия наплавкой или напылением. Порошковый сплав на основе железа содержит 2,9-3,3 мас.% углерода, 0,4-1,0 мас.% кремния, 0,4-1,2 мас.% марганца, 17-21 мас.% хрома, 0,15-1,2 мас.% алюминия, 3-4,5 мас.% ванадия, 0,02-0,12 мас.% бария, не более 0,06 мас.% серы и не более 0,07 мас.% фосфора. Обеспечивается повышение ударно-абразивной износостойкости, а также стабилизация твердости наплавленного покрытия.

Description

Изобретение относится к области газотермического нанесения износостойкого и коррозионно-стойкого покрытия методами дуговой, лазерной, плазменной или электронно-лучевой наплавки, а также высокоскоростного, детонационного, плазменного или газопламенного напыления.
Известен материал [RU №2322335, МПК B23K 35/32, 26.06.2006], предназначенный для восстановления и увеличения срока службы изношенных деталей, работающих в условиях абразивного и ударно-абразивного износа. Состав предлагаемого материала включает: углерод - 0,9-1,0%, марганец 20%, молибден 4,0%, ванадий 4,0% и частицы упрочнителя, в качестве которых могут использоваться карбид титана или карбид ванадия. Совмещение операций электронно-лучевой наплавки и старения приводит к мультимодальному распределению упрочняющей фазы в объеме упрочненного слоя. Это обеспечивает высокую пластичность и ударно-абразивную износостойкость наплавленного покрытия.
К недостаткам предложенного материала относится сложная и дорогостоящая технология изготовления, включающая операции смешения порошков исходных компонентов, спекания, последующего дробления полученных спеков и рассев их на фракции. Кроме того, неравномерное распределения компонентов при рассеве, связанное с невозможностью получения однородного расплава при спекании, приводит к непостоянству химического состава композиционного материала, поступающего в сварочную ванну при наплавке, и, как следствие, неоднородному по химическому составу и свойствам наплавленному покрытию.
Также известен наплавочный порошок на основе железа [А.с. СССР №469563, B23K 35/30 - прототип], содержащий углерод, кремний, марганец, хром, бор, алюминий, который путем наплавки или напыления позволяет получать износо- и коррозионно-стойкие покрытия на стальных деталях. Однако, как показал производственный опыт, в ряде случаев, например при наплавке деталей, подвергаемых при эксплуатации наряду с абразивным и ударному воздействию, происходит преждевременное хрупкое разрушение наплавленного покрытия путем образования микросколов и выкрашивания. Также при наплавке указанным порошком трудно обеспечить стабильное качество и постоянные свойства формируемых покрытий, т.к. большой допустимый разброс в содержании углерода и хрома обеспечивают формирование структуры как доэвтектического, так и заэвтектического типа, что не позволяет обеспечить стабильные значения твердости и износостойкости. Кроме того, наличие бора обеспечивает образование твердых боридов хрома и железа, что в условиях ударного нагружения приводит к их хрупкому разрушению и выкрашиванию, а следственно - разрушению наплавленного слоя.
Технической задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение уровня ударно-абразивной износостойкости, а также стабилизация значений твердости наплавленного покрытия.
Поставленная задача решается тем, что в наплавочный порошок на основе железа введены ванадий в количестве 3,0-4,5% и барий в количестве 0,02-0,12%, а также исключен из состава бор. Таким образом, порошковый сплав на основе железа содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод 2,9-3,3
Кремний 0,4-1,0
Марганец 0,4-1,2
Хром 17-21
Алюминий 0,15-1,2
Сера не более 0,06
Фосфор не более 0,07
Ванадий 3-4,5
Барий 0,02-0,12
Железо остальное
При этом структура наплавленного металла представляет собой мелкодисперсный тройной эвтектический композит аустенита, карбида хрома и карбида ванадия, а также округлых карбидов типа (V, Cr)C. Такая структура имеет веерообразное строение с направлением роста главных осей карбидной фазы перпендикулярно подложке.
Известно [Емелюшин А.Н., Мирзаева Н.М., Мирзаев Д.А. Влияние ориентировки и дисперсности карбидов на изосостойкость литого инструмента из хромистых чугунов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1983. №4. С. 72-75], что на абразивную износостойкость высокоуглеродистых хромистых сплавов, при прочих равных условиях, значительное влияние оказывает ориентировка карбидной фазы. При перпендикулярной ориентации главных осей карбидов по отношению к направлению действия абразивных частиц износостойкость оказывается выше, чем при ином расположении карбидов. Благодаря наличию в составе предлагаемого наплавочного порошка хрома, ванадия и углерода в заданном соотношении при наплавке формируется инвертированная структура покрытия, в результате чего хрупкие карбиды типа Fe3C замещаются более твердыми и прочными карбидами типа M7C3. А одновременное воздействие бария, находящегося в составе присадочного порошка, приводит к модифицирующему воздействию, выражающемуся в резком измельчении и диспергировании структуры, а также большем переохлаждении карбидной фазы по сравнению с металлической основой. Это приводит к ориентации дисперсных эвтектических карбидов типа М7С3 в направлении теплоотвода, т.е. перпендикулярно наплавляемой подложке. В результате формируются покрытия с твердостью не менее 55 HRC, обладающие высокой стойкостью к абразивному и ударно-абразивному изнашиванию.
Присадка ванадия приводит к формированию тройной аустенито-хромо-ванадиевой эвтектики в структуре взамен хромо-аустенитной эвтектики. Это способствует повышению ударной стойкости за счет диспергирования карбидной фазы эвтектики. Кроме того, совместное действие хрома в количестве более 17% и ванадия приводит к инверсии структуры, заключающейся в полном исчезновении избыточных карбидов цементитного типа и появлении взамен их карбидов типа (V, Cr)C. Это также повышает уровень ударной и ударно-абразивной износостойкости покрытий, т.к. указанные карбиды обладают более высокой твердостью по сравнению с карбидами цементитного типа и округлой формой, что и обеспечивает высокую ударостойкость таких покрытий.
Присадка в состав бария приводит к снижению пористости покрытий и улучшению их служебных свойств, а также более равномерному распределению твердости в наплавленном металле за счет гомогенизации и измельчения структуры. Совместное действие бария и ванадия в сплаве приводит к надежному обеспечению высокой плотности наплавленного металла и стабильным значениям твердости, износостойкости и служебных свойств.
Исключение бора из состава материала обеспечивает отсутствие в структуре хрупких боридов хрома и железа, склонных к выкрашиванию.
Наличие в составе порошка алюминия в количестве 0,15-1,2% приводит к снижению порообразования при наплавке за счет повышения жидкотекучести наплавленного металла, а также снижения сродства с кислородом, вследствие чего металл, находящийся в сварочной ванне, претерпевает меньшее окисление.
Для достижения наивысших свойств покрытий рекомендуется использовать такие способы нанесения, которые обеспечивают минимальное термическое воздействие на металл основы, а также незначительную глубину зоны проплавления, например плазменно-порошковую наплавку или лазерную наплавку.
В качестве примера практического использования порошкового сплава предлагаемого состава можно привести восстановление штоков гидроцилиндров малого диаметра, изготавливаемых из стали марки 50.
Процесс плазменно-порошковой наплавки штоков осуществлялся в следующей последовательности:
- зачистка изношенной поверхности штоков на токарном станке грубой обдиркой для устранения остатков гальванического покрытия, следов механического износа и загрязнений, а также для создания развитой поверхности контакта подложки и наплавленного слоя с целью повышения адгезии;
- плазменно-порошковая наплавка двудуговым плазмотроном собственной конструкции покрытия толщиной 2-3 мм по винтовой линии в четыре захода. В качестве плазмообразующего, транспортирующего и защитного газа использовался аргон;
- охлаждение наплавленного штока до комнатной температуры на спокойном воздухе;
- наплавка второго слоя толщиной 2-3 мм по винтовой линии в четыре захода;
- охлаждение до комнатной температуры на спокойном воздухе;
- предварительная механическая обработка точением на токарном станке;
- окончательная механическая обработка в размер шлифованием;
- визуальный контроль на наличие дефектов.
При использовании предлагаемого порошка возможно проводить механическую обработку наплавленного покрытия резанием без опасности разрушения покрытия. Для этого возможно использовать резцы из сверхтвердых материалов типа алмаз или кубический нитрид бора (KNB).
Плазменно-порошковая наплавка проводилась с использованием заявляемого порошкового материала, при этом режим наплавки был подобран таким образом, чтобы обеспечить минимальное термическое воздействие на ранее нанесенные валики. Для этого применяли двухслойную наплавку по винтовой линии с шагом в четыре ширины валика. Такой режим наплавки обеспечивает необходимую термическую историю, при которой проводится однократный кратковременный отпуск наплавленного металла при температуре 400°C. Это обеспечивает снижение остаточных напряжений и повышение ударостойкости наплавленного металла. Восстановление штоков гидроцилиндров предложенным составом обеспечило получение бездефектных покрытий толщиной до 4 мм, обладающих твердостью 55-63 HRC и абразивной стойкостью, превосходящей стойкость новых штоков в 1,3-1,5 раза.
Таким образом, можно сделать вывод, что заявляемый порошковый сплав на основе железа решает поставленную техническую задачу и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Claims (2)

  1. Порошковый сплав на основе железа, содержащий углерод, хром, кремний, марганец и алюминий, отличающийся тем, что он содержит ванадий, барий, серу и фосфор при следующем содержании компонентов, мас.%:
  2. Углерод 2,9-3,3 Кремний 0,4-1,0 Марганец 0,4-1,2 Хром 17-21 Алюминий 0,15-1,2 Сера не более 0,06 Фосфор не более 0,07 Ванадий 3-4,5 Барий 0,02-0,12 Железо остальное
RU2015108589A 2015-03-11 2015-03-11 Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления RU2607066C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015108589A RU2607066C2 (ru) 2015-03-11 2015-03-11 Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015108589A RU2607066C2 (ru) 2015-03-11 2015-03-11 Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015108589A RU2015108589A (ru) 2016-10-10
RU2607066C2 true RU2607066C2 (ru) 2017-01-10

Family

ID=57122069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015108589A RU2607066C2 (ru) 2015-03-11 2015-03-11 Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2607066C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2657968C1 (ru) * 2017-10-23 2018-06-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2637734C1 (ru) * 2016-12-29 2017-12-06 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Порошок на основе железа для плазменной наплавки деталей сельскохозяйственных машин в среде сжатого воздуха

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU469563A1 (ru) * 1972-08-10 1975-05-05 Институт электросварки им. Е.О. Патона Сплав дл износостойкой наплавки
SU551146A1 (ru) * 1975-09-08 1977-03-25 Институт Прикладной Физики Ан Молдавской Сср Состав дл наплавки
SU1738564A1 (ru) * 1990-04-12 1992-06-07 Научно-Производственное Объединение По Сельскохозяйственному Машиностроению "Висхом" Порошковый сплав дл износостойкой наплавки
RU2094522C1 (ru) * 1995-06-19 1997-10-27 Институт металлургии Уральского отделения РАН Сплав на основе железа для порошковых газотермических покрытий

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU469563A1 (ru) * 1972-08-10 1975-05-05 Институт электросварки им. Е.О. Патона Сплав дл износостойкой наплавки
SU551146A1 (ru) * 1975-09-08 1977-03-25 Институт Прикладной Физики Ан Молдавской Сср Состав дл наплавки
SU1738564A1 (ru) * 1990-04-12 1992-06-07 Научно-Производственное Объединение По Сельскохозяйственному Машиностроению "Висхом" Порошковый сплав дл износостойкой наплавки
RU2094522C1 (ru) * 1995-06-19 1997-10-27 Институт металлургии Уральского отделения РАН Сплав на основе железа для порошковых газотермических покрытий

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2657968C1 (ru) * 2017-10-23 2018-06-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015108589A (ru) 2016-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20200021090A (ko) 기재 상에 경질 및 내부식성 코팅을 제공하기에 적합한 철계 합금, 경질 및 내부식성 코팅을 갖는 물품, 및 이의 제조 방법
JP7155171B2 (ja) 高硬度および耐摩耗性を有する被覆の基材上への形成に適した鉄基合金、高硬度および耐摩耗性を有する被覆を施された物品、並びにその製造方法
Chang et al. Micro-structural characteristics of Fe–40 wt% Cr–xC hardfacing alloys with [1.0–4.0 wt%] carbon content
DE3926627A1 (de) Meissel oder aehnliches werkzeug fuer die rohstoffgewinnung oder das recycling
AU2011275770A1 (en) Hard face structure, body comprising same and method for making same
US10946465B2 (en) Carbide-based hardfacing
EP3062955A1 (en) Hardfacing incorporating carbide particles
RU2657968C1 (ru) Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания
RU2607066C2 (ru) Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления
CN105555469A (zh) 高硼硬面焊条
JP6474885B2 (ja) 積層造形されるロータリー切削ユニット用アンビル
Prysyazhnyuk et al. Increasing the wear resistance of mining machines equipment tools by FCAW with Fe-Mo-Mn-BC hardfacing alloys
RU2339496C1 (ru) Порошковая проволока для наплавки деталей
RU2641590C2 (ru) Порошковая проволока
Dallaire Slurry erosion resistance of boride-based overlays containing boride crystals oriented perpendicularly to the wearing surface
RU2704338C1 (ru) Порошковая проволока
Duhan et al. Effect of different fluxes on hardness and microstructure of SS 304 in GTAW welding
Kartsev et al. Use of refractory nanoparticles as a component of welding materials in welding and surfacing with coated electrodes and flux cored wires
Bezborodov et al. Use of coatings for protection of welded joints of steels, their structure and properties
Simson et al. Comparison of plasma transferred arc and submerged arc welded abrasive wear resistant composite hardfacings
Garleanu et al. Effect of chemical composition on hard deposits properties in the case of weld refurbishment of heavy crushing hammers
Ferdinandov et al. Hardfacing of metal-cutting tools by arc welding in vacuum
RU2752403C1 (ru) Способ получения стойкого композиционного покрытия на металлических деталях
PL232515B1 (pl) Sposób wytwarzania lub uszlachetniania warstw odpornych na zużycie
RU2557180C1 (ru) СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВ СИСТЕМЫ Fe-Cr-V-Mo-C

Legal Events

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

Effective date: 20170312