RU2637736C2 - Powder thermo-reactive charge for induction welding of solid alloy - Google Patents

Powder thermo-reactive charge for induction welding of solid alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2637736C2
RU2637736C2 RU2015118422A RU2015118422A RU2637736C2 RU 2637736 C2 RU2637736 C2 RU 2637736C2 RU 2015118422 A RU2015118422 A RU 2015118422A RU 2015118422 A RU2015118422 A RU 2015118422A RU 2637736 C2 RU2637736 C2 RU 2637736C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
boron
components
charge
composition
shs
Prior art date
Application number
RU2015118422A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015118422A (en
Inventor
Виктор Васильевич Иванайский
Алексей Владимирович Ишков
Николай Тихонович Кривочуров
Данил Валерьевич Коваль
Андрей Викторович Соколов
Вячеслав Федорович Аулов
Сергей Александрович Соловьев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
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 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority to RU2015118422A priority Critical patent/RU2637736C2/en
Publication of RU2015118422A publication Critical patent/RU2015118422A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2637736C2 publication Critical patent/RU2637736C2/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B23K13/00Welding by high-frequency current heating
    • B23K13/01Welding by high-frequency current heating by induction heating
    • 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
    • B23K35/36Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: charge contains, wt %: flux based on boron-containing components 8-10, a composition consisting of a boron compound and providing in the process of welding the passage of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) 13-17, carbide - the rest. The components of the charge have the granule size of <0.5 mm, and the flux based on the boron-containing components is used in a fused form. Before using the charge, 1-2% alcohol rosin solution is added to its powder to obtain a gruel-like mass and mixed thoroughly.
EFFECT: increasing the wear resistance of carbide coating by preventing the formation of a pre-eutectic structure in it.
4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, сварочного производства, упрочнения деталей машин наплавкой, в частности к созданию порошковых смесей (шихты) для индукционной наплавки твердых сплавов типа высоколегированных хромистых белых чугунов, а также для легированных бором износостойких покрытий. Изобретение может быть использовано при изготовлении и ремонте деталей машин и оборудования сельского хозяйства, горнодобывающей, дорожно-строительной и других отраслей.The invention relates to the field of powder metallurgy, welding production, hardening of machine parts by surfacing, in particular to the creation of powder mixtures (charge) for induction surfacing of hard alloys such as high-alloy chromium white cast irons, as well as for wear-resistant coatings doped with boron. The invention can be used in the manufacture and repair of machinery parts and equipment for agriculture, mining, road construction and other industries.

Известна порошковая шихта для индукционной наплавки (аналог) [Ткачев В.Н. и др. Индукционная наплавка твердых сплавов. - М.: Машиностроение, 1973. - С. 11-12], содержащая следующие компоненты, мас.%:Known powder mixture for induction surfacing (analog) [Tkachev V.N. etc. Induction surfacing of hard alloys. - M .: Mechanical Engineering, 1973. - S. 11-12], containing the following components, wt.%:

твердый сплавhard alloy 80÷85 80 ÷ 85 бураborax 10÷5 10 ÷ 5 борный ангидридboric anhydride 8÷6 8 ÷ 6 силикокальцийsilicocalcium 2÷4 2 ÷ 4

Состав аналога предназначен для формирования на поверхностях деталей, рабочих органов и инструмента различных упрочняющих износостойких покрытий на основе твердых сплавов при ТВЧ-нагреве. Недостатком аналога является то, что при индукционной наплавке твердых сплавов типа высоколегированных хромистых чугунов системы Fe-Cr-C (материалы типа ПС, ПГ, ПГ-УС и пр.) даже при заэвтектической структуре исходного сплава на поверхности деталей образуется слой с доэвтектической структурой, которая по износостойкости на 40-50% ниже, чем у компактного материала. После расплавления шихты по аналогу доля покрытия с доэвтектической структурой может составлять 80-100%.The analogue composition is intended for the formation on the surfaces of parts, working bodies and tools of various reinforcing wear-resistant coatings based on hard alloys during high-frequency heating. The disadvantage of the analogue is that during induction surfacing of hard alloys such as high-alloy chromium cast irons of the Fe-Cr-C system (materials such as PS, PG, PG-US, etc.), even with the hypereutectic structure of the initial alloy, a layer with a hypereutectic structure is formed on the surface of the parts, which is 40-50% lower in wear resistance than compact material. After melting the charge by analogy, the proportion of coating with a hypereutectic structure can be 80-100%.

Частично этот недостаток аналога устраняется в прототипе - шихте для индукционной наплавки [А.С. №1764912, МПК B23K 35/36, 1992), содержащей следующие компоненты, мас.%:Partially, this drawback of the analog is eliminated in the prototype - a mixture for induction surfacing [A.S. No. 1764912, IPC B23K 35/36, 1992) containing the following components, wt.%:

флюс на основе боросодержащих компонентов boron based flux 10÷2010 ÷ 20 карбид бора-boron carbide 2÷62 ÷ 6 силикобарий silicobarium 0,3÷1,50.3 ÷ 1.5 твердый сплавhard alloy остальное rest

Повышение износостойкости покрытия после расплавления шихты по прототипу достигается дисперсным упрочнением покрытия и его легированием бором благодаря введению в состав шихты-прототипа сверхтвердого карбида бора. Однако износостойкость образующегося покрытия получается недостаточной для деталей машин и оборудования сельского хозяйства, горнодобывающей, дорожно-строительной и других отраслей, так как введение карбида бора в покрытие требует 3-5 мин наплавки с температурой 1250÷1350°С, что приводит к подплавлению детали, выгоранию легкоплавких компонентов шихты, изменению химического состава основы и покрытия. Кроме того, из-за высокой доли флюсовой части в шихте-прототипе при температурах до плавления твердого сплава происходит разрушение, растворение и перевод в шлак из упрочняющего покрытия не только окислов, но и компонентов шихты и твердых сплавов. При расплавлении шихты-прототипа доля с доэвтектической структурой в покрытии достигает 35-45%.Improving the wear resistance of the coating after the charge is melted according to the prototype is achieved by disperse hardening of the coating and its alloying with boron due to the introduction of superhard boron carbide into the composition of the prototype charge. However, the wear resistance of the resulting coating is insufficient for parts of machinery and equipment in agriculture, mining, road construction and other industries, since the introduction of boron carbide in the coating requires 3-5 minutes of surfacing with a temperature of 1250 ÷ 1350 ° C, which leads to the melting of the part, burnout of the fusible components of the charge, a change in the chemical composition of the base and coating. In addition, due to the high proportion of the flux part in the charge of the prototype at temperatures up to the melting of the hard alloy, there is destruction, dissolution and transfer to slag from the hardening coating not only oxides, but also the components of the charge and hard alloys. When melting the charge of the prototype, the proportion with a hypereutectic structure in the coating reaches 35-45%.

Задачей настоящего изобретения является повышение износостойкости твердосплавного покрытия за счет предотвращения образования в покрытии доэвтектической структуры.The objective of the present invention is to increase the wear resistance of a carbide coating by preventing the formation of a hypereutectic structure in the coating.

Поставленная задача решается тем, что в шихту для индукционной наплавки, включающую флюс на основе боросодержащих компонентов и твердый сплав, дополнительно вводят компоненты, обеспечивающие прохождение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с выделением атомарного бора или с образованием боросодержащих компонентов при протекании процесса - СВС-состав.The problem is solved in that in the mixture for induction surfacing, which includes a flux based on boron-containing components and a hard alloy, components are added that ensure the passage of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) with the release of atomic boron or with the formation of boron-containing components during the process - SHS composition .

Технической сущностью предлагаемого изобретения является состав порошковой термореагирующей шихты для индукционной наплавки твердого сплава, содержащей плавленый флюс на основе боросодержащих компонентов и твердый сплав, дополнительно содержащий самораспространяющийся высокотемпературный синтез с выделением атомарного бора или образованием боросодержащих компонентов, при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:The technical essence of the invention is the composition of the thermosetting powder mixture for induction surfacing of a hard alloy, containing fused flux based on boron-containing components and a hard alloy, additionally containing self-propagating high-temperature synthesis with the release of atomic boron or the formation of boron-containing components, in the following ratio of charge components, wt.%:

флюс на основе боросодержащих компонентов boron based flux 8÷108 ÷ 10 компоненты обеспечивающие прохождение СВС (СВС-состав) components ensuring the passage of SHS (SHS composition) 13-1713-17 твердый сплавhard alloy остальноеrest

Технический результат изобретения достигается за счет того, что СВС-состав, дополнительно вводимый в шихту, в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза нагревает и шихту, и деталь, что позволяет уменьшить тепловую мощность для воздействия на поверхность детали высокочастотным электромагнитным полем, снизить температуру на поверхности детали до 1100÷1200°С, исключить подплавление детали, выгорание легкоплавких компонентов и уменьшить изменение химического состава упрочняющего поверхность детали покрытия.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the SHS composition, additionally introduced into the charge, in the process of self-propagating high-temperature synthesis heats both the charge and the part, which allows to reduce the thermal power to expose the surface of the part with a high-frequency electromagnetic field, reduce the temperature on the surface of the part 1100 ÷ 1200 ° С, to exclude part melting, burnout of low-melting components and reduce the change in the chemical composition of the surface hardening coating part.

Кроме того, протекание экзотермических реакций между компонентами СВС-состава, например таких:In addition, the occurrence of exothermic reactions between the components of the SHS composition, for example, such:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

с выделением атомарного бора или образованием боросодержащих компонентов, вызывает легирование бором как упрочняемой поверхности, так и наплавляемого на нее твердого сплава, в процессе кристаллизации наплавленного слоя. При этом в процессе кристаллизации в наплавленном покрытии происходит подавление образования доэвтектической структуры и образование структуры покрытия нового типа.with the release of atomic boron or the formation of boron-containing components, it causes doping with boron of both the hardened surface and the hard alloy deposited onto it during crystallization of the deposited layer. Moreover, during crystallization in the deposited coating, the formation of a hypereutectic structure and the formation of a new type of coating structure are suppressed.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Приготовление СВС-состава на основе смеси порошков алюминия и борного ангидрида. Для приготовления СВС-состава на основе смеси порошков алюминия и борного ангидрида используют порошок алюминиевый марок ПА-1, 2 по ГОСТ 6058-73 или алюминиевую пудру марок ПАП-1, ПАГ-1 по ГОСТ 5494-95 и борный ангидрид по ГОСТ 10068-62 или по ТУ 113-07-012-90, взятые в соотношении, мас.%:Example 1. The preparation of the SHS composition based on a mixture of powders of aluminum and boric anhydride. To prepare the SHS composition based on a mixture of aluminum and boric anhydride powders, aluminum powder of grades PA-1, 2 in accordance with GOST 6058-73 or aluminum powder of grades PAP-1, PAG-1 in accordance with GOST 5494-95 and boric anhydride in accordance with GOST 10068- are used. 62 or according to TU 113-07-012-90, taken in the ratio, wt.%:

порошок алюминиевый или пудра алюминиевая aluminum powder or aluminum powder 43÷4543 ÷ 45 борный ангидрид boric anhydride 55÷5755 ÷ 57

которые обеспечивают протекание СВС по стехиометрическому отношению компонентов в реакции 1.which ensure the occurrence of SHS according to the stoichiometric ratio of components in reaction 1.

Методика приготовления СВС-состава: исходные компоненты смеси сушат до влажности не более 0,2-0,5%, при необходимости измельчают и просеивают через сито №025 по ГОСТ 6613-86. Для приготовления 100 г СВС-состава отвешивают 44 г алюминиевого порошка ПА-1 или пудры ПАП-1 и 56 г молотого борного ангидрида с содержанием основного вещества не менее 99%. Компоненты смешивают в би-конусном смесителе в течение 10-15 мин. Готовую смесь перегружают в фарфоровый стакан 250 мл, добавляют 15-20 мл насыщенного раствора синтетического каучука СКБ-Р в бензине и перемешивают до образования однородной массы. Полученную кашицеобразную массу помещают на сито №05, распределяют ровным слоем и дают ей подсушиться 3-5 мин, после чего протирают через сито фарфоровой ложкой. Готовые гранулы сушат на воздухе при температуре 20-25°С в течение 2-3 час.Methodology for the preparation of the SHS composition: the initial components of the mixture are dried to a moisture content of not more than 0.2-0.5%, if necessary, crushed and sieved through a No. 025 sieve according to GOST 6613-86. To prepare 100 g of the SHS composition, 44 g of PA-1 aluminum powder or PAP-1 powder and 56 g of ground boric anhydride are weighed with a basic substance content of at least 99%. The components are mixed in a bi-cone mixer for 10-15 minutes. The finished mixture is loaded into a porcelain glass of 250 ml, add 15-20 ml of a saturated solution of SKB-R synthetic rubber in gasoline and mix until a homogeneous mass is formed. The resulting slurry mass is placed on a No. 05 sieve, spread in an even layer and allowed to dry for 3-5 minutes, after which it is rubbed through a sieve with a porcelain spoon. The finished granules are dried in air at a temperature of 20-25 ° C for 2-3 hours.

Пример 2. Приготовление СВС-состава на основе смеси порошков алюминия, борного ангидрида и технического углерода производят аналогично примеру 1, дополнительно вводя в состав технический углерод марки Т900 по ГОСТ 7885-86, при следующем соотношении компонентов состава, мас.%:Example 2. The preparation of the SHS composition based on a mixture of powders of aluminum, boric anhydride and carbon black is carried out analogously to example 1, additionally introducing carbon black brand T900 according to GOST 7885-86, in the following ratio of composition components, wt.%:

порошок алюминиевый или пудраaluminum powder or powder 40÷4240 ÷ 42 борный ангидридboric anhydride 52÷5452 ÷ 54 углерод техническийcarbon technical остальноеrest

которые обеспечивают протекание СВС по стехиометрическому отношению компонентов в реакции 2.which ensure the occurrence of SHS according to the stoichiometric ratio of components in reaction 2.

Методика приготовления СВС-состава: исходные компоненты подготавливают аналогично примеру 1, но технический углерод не сушат и не просеивают. Компоненты смешивают согласно вышеуказанному соотношению и гранулируют аналогично примеру 1. Готовые гранулы сушат на воздухе при температуре 20-25°С в течение 2-3 час.The method of preparation of the SHS composition: the starting components are prepared analogously to example 1, but the carbon black is not dried and not sieved. The components are mixed according to the above ratio and granulated analogously to example 1. The finished granules are dried in air at a temperature of 20-25 ° C for 2-3 hours.

Пример 3. Приготовление СВС-состава на основе смеси порошков алюминия, борного ангидрида и окиси железа (III). При этом поступают аналогично примеру 1, дополнительно вводя в состав сурик железный марки К по ГОСТ 8135-74, при следующем соотношении компонентов состава, мас.%:Example 3. The preparation of the SHS composition based on a mixture of powders of aluminum, boric anhydride and iron oxide (III). At the same time, they act analogously to example 1, additionally introducing iron grade K into the composition of red minicar according to GOST 8135-74, with the following ratio of composition components, wt.%:

порошок алюминиевый или пудра aluminum powder or powder 30÷3230 ÷ 32 борный ангидрид boric anhydride 20÷2120 ÷ 21 сурик железный red iron остальноеrest

которые обеспечивают протекание СВС по стехиометрическому отношению компонентов в реакции 3.which ensure the occurrence of SHS according to the stoichiometric ratio of components in reaction 3.

Методика приготовления СВС-состава: исходные компоненты подготавливают, смешивают и гранулируют аналогично примеру 1. Готовые гранулы сушат на воздухе при температуре 20-25°С в течение 2-3 час.The method of preparation of the SHS composition: the starting components are prepared, mixed and granulated analogously to example 1. The finished granules are dried in air at a temperature of 20-25 ° C for 2-3 hours.

Пример 4. Приготовление порошковой термореагирующей шихты для индукционной наплавки твердого сплава. Для приготовления шихты предварительно получают плавленый флюс на основе боросодержащих компонентов, для чего технические буру (ГОСТ 8429-77) и борный ангидрид (ГОСТ 10068-62) в массовом соотношении 1:0,66 в виде сухих порошков (влажность менее 0,2-0.5%) смешивают, прокаливают в жаровне при температуре 120-150°С в течение 1-2 ч, для выделения основной поглощенной и части кристаллизационной влаги, а затем помещают в фарфоровый тигель и далее сплавляют в муфельной печи при температуре 400-450°С в течение 0,5-1 ч, для окончательного выделения паров воды, газов и летучих веществ. Готовый расплав выливают на стальной противень, дают остыть и затвердеть, а затем измельчают на щековой дробилке до кусков размером 10-15 мм. К полученному плаву добавляют сухие материалы: силикокальций марки СК20 по ГОСТ 4762-71, гранулы силиката натрия по ГОСТ Р 50418-92 и сварочный флюс АН-348-(А, AM, В, ВМ) по ГОСТ 9087-81 так, чтобы готовый состав плавленого флюса содержал компоненты в следующем соотношении, мас.%:Example 4. Preparation of a thermosetting powder mixture for induction surfacing of hard alloy. To prepare the mixture, a fused flux based on boron-containing components is preliminarily obtained, for which technical borax (GOST 8429-77) and boric anhydride (GOST 10068-62) in a mass ratio of 1: 0.66 in the form of dry powders (humidity less than 0.2- 0.5%) are mixed, calcined in a roasting pan at a temperature of 120-150 ° C for 1-2 hours, to isolate the main absorbed and part of the crystallization moisture, and then placed in a porcelain crucible and then fused in a muffle furnace at a temperature of 400-450 ° C within 0.5-1 h, for the final emission of water vapor, gas and fly their substances. The finished melt is poured onto a steel pan, allowed to cool and harden, and then crushed on a jaw crusher to pieces 10-15 mm in size. Dry materials are added to the melt obtained: SK20 grade silicocalcium according to GOST 4762-71, sodium silicate granules according to GOST R 50418-92 and welding flux AN-348- (A, AM, B, VM) according to GOST 9087-81 so that the finished the composition of the fused flux contained components in the following ratio, wt.%:

бураborax 30÷3230 ÷ 32 борный ангидридboric anhydride 18÷2018 ÷ 20 силикокальцийsilicocalcium 8÷108 ÷ 10 силикат натрияsodium silicate 2÷52 ÷ 5 флюс АН-348flux AN-348 остальноеrest

После введения в смесь всех компонентов состав помещают в шаровую мельницу и перемалывают в течение 0,5-1 ч. Готовый флюс просеивают через сито №05, отбирая проходящую фракцию. Такой порошок плавленого флюса исходя из соотношения боросодержащих компонентов [Ткачев В.Н. и др. Индукционная наплавка твердых сплавов. - М.: Машиностроение, 1973.] имеет марку П-0,66 и его хранят в герметичной водонепроницаемой емкости 1-2 мес.After introducing all the components into the mixture, the composition is placed in a ball mill and milled for 0.5-1 hours. The finished flux is sieved through a No. 05 sieve, selecting the passing fraction. Such a fused flux powder based on the ratio of boron-containing components [Tkachev V.N. etc. Induction surfacing of hard alloys. - M .: Engineering, 1973.] has the brand P-0.66 and it is stored in a sealed waterproof container for 1-2 months.

Методика приготовления порошковой термореагирущей шихты для индукционной наплавки твердого сплаваMethods of preparing a thermosetting powder mixture for induction surfacing of hard alloy

В биконусный смеситель помещают отмеренное количество порошка плавленного флюса на основе боросодержащих компонентов, приготовленного по примеру 4, гранул СВС-состава, приготовленных по примерам 1-3, и предварительно просеянного через сито №05 коммерческого порошка твердого сплава (ПГ-С27, ПГ-УС25, ПС-14-60 и т.п.) и осуществляют их смешивание в течение 10-15 мин. Готовая шихта не требует дополнительного измельчения, просеивания или классификации.A metered amount of fused flux powder based on boron-containing components prepared according to Example 4, granules of the SHS composition prepared according to Examples 1-3 and previously sifted through a sieve No. 05 of a commercial alloy powder (PG-C27, PG-US25) are placed in a biconusal mixer , PS-14-60, etc.) and carry out their mixing for 10-15 minutes. The finished mixture does not require additional grinding, sieving or classification.

В аналогичных условиях получают и состав прототипа на основе флюса по примеру 4, с той разницей, что его плавление не производят. Исследованные составы порошковой шихты и их компоненты приведены в таблице 1.In similar conditions, the composition of the prototype based on the flux according to example 4 is also obtained, with the difference that it is not melted. The investigated compositions of the powder mixture and their components are shown in table 1.

Figure 00000005
Figure 00000005

Пример 5. Упрочнение поверхности стальной детали порошковой термореагирующей шихтой для индукционной наплавки твердого сплава. Для индукционного упрочнения поверхности стальной детали предлагаемой шихтой из листового проката стали 65Г (ГОСТ 1577-93), толщиной 6 мм, изготавливают образцы размером 50×140×6 мм, поверхность которых зачищают бумажной шлифовальной шкуркой с зерном 50 по ГОСТ 6456-82. К выбранному составу шихты добавляют 1-2% спиртовый раствор канифоли до получения кашицеобразной массы и тщательно перемешивают. Подготовленный состав через картонный трафарет, толщиной 3-5 мм, наносят на стальную пластину и сушат на воздухе при температуре 20-25°С в течение 20-30 мин.Example 5. Hardening the surface of a steel part with a thermosetting powder charge for induction surfacing of a hard alloy. For induction hardening of the surface of the steel part of the proposed charge from sheet rolled steel 65G (GOST 1577-93), 6 mm thick, samples of size 50 × 140 × 6 mm are made, the surface of which is cleaned with a paper sandpaper with grain 50 in accordance with GOST 6456-82. To the selected composition of the charge add 1-2% alcohol solution of rosin to obtain a mushy mass and mix thoroughly. The prepared composition through a cardboard stencil, 3-5 mm thick, is applied to a steel plate and dried in air at a temperature of 20-25 ° C for 20-30 minutes.

На образцы наносят шихту составов №1-5 и шихту по составу-прототипу, с расстоянием между ними 2-3 мм. Подготовленные таким образом образцы помещают в однопетлевой индуктор, подключенный к инвертору ЭЛСИТ-100/0,66 и охлаждаемый водопроводной водой, и осуществляют ТВЧ-нагрев при частоте 66 кГц сначала до температуры воспламенения СВС-составов при 600-620°С в течение 24-26 с, а затем еще 40-60 с до температуры плавления твердого сплава 1100-1200°С, после чего индуктор отключают.A mixture of compositions No. 1-5 and a mixture according to the composition of the prototype are applied to the samples, with a distance between them of 2-3 mm. The samples thus prepared are placed in a single-loop inductor connected to an ELSIT-100 / 0.66 inverter and cooled with tap water, and they perform high-frequency heating at a frequency of 66 kHz, first to the ignition temperature of the SHS compositions at 600-620 ° C for 24- 26 s, and then another 40-60 s to the melting temperature of the hard alloy 1100-1200 ° C, after which the inductor is turned off.

Температуру поверхности деталей в течение всего времени ТВЧ-нагрева контролировали хромель-алюмелевой микротермопарой ∅ 0,75 мм, подключенной к регистрирующему устройству на базе ПЭВМ Pentium-4 и АЦП ОВЕН MB110-2А. Микроструктуру твердосплавных покрытий исследовали в металлографических шлифах после их травления 5% спиртовым раствором азотной кислоты на микроскопе Olympus GX-51. Фазовый состав покрытий определяли микрорентгеноспектральным анализом на растровом электронном микроскопе Philips SEM-515, оснащенном микроанализатором EDAX ECON-IV. Микротвердость покрытий определяли на приборе KMT-1. Износостойкость покрытий определяли на лабораторной установке при трении о не жесткозакрепленный абразив по ГОСТ 23.208-79.The surface temperature of parts during the entire time of high-frequency heating was controlled by a chromel-alumel microthermocouple ой 0.75 mm connected to a recording device based on a Pentium-4 PC and the AEB MB110-2A ADC. The microstructure of carbide coatings was studied in metallographic thin sections after etching with 5% alcohol solution of nitric acid using an Olympus GX-51 microscope. The phase composition of the coatings was determined by X-ray microanalysis on a Philips SEM-515 scanning electron microscope equipped with an EDAX ECON-IV microanalyzer. The microhardness of the coatings was determined on a KMT-1 device. The wear resistance of the coatings was determined on a laboratory setup with friction against a non-fixed abrasive according to GOST 23.208-79.

Изобретение также поясняется следующими чертежами.The invention is also illustrated by the following drawings.

На фиг. 1 приведена термограмма нагрева образцов, упрочняемых предлагаемой шихтой по примеру 5. На фиг. 2 приведена микроструктура покрытия, полученного из состава шихты-прототипа при ТВЧ-нагреве с параметрами процесса по примеру 5. На фиг. 3 приведена микроструктура покрытия, полученного из предлагаемого состава шихты №1. На фиг. 4 приведена микроструктура покрытия, полученного из предлагаемого состава шихты №5.In FIG. 1 shows a thermogram of heating samples hardened by the proposed mixture according to example 5. In FIG. 2 shows the microstructure of the coating obtained from the composition of the prototype charge under high-frequency heating with the process parameters of example 5. In FIG. 3 shows the microstructure of the coating obtained from the proposed composition of the mixture No. 1. In FIG. 4 shows the microstructure of the coating obtained from the proposed composition of the mixture No. 5.

Техническим результатом реализации изобретения является повышение износостойкости твердосплавного покрытия за счет исключения образования в нем доэвтектической структуры, смены механизма образования и формирования новой структуры покрытия при использовании предлагаемой порошковой шихты.The technical result of the invention is to increase the wear resistance of the carbide coating by eliminating the formation of a pre-eutectic structure in it, changing the formation mechanism and forming a new coating structure when using the proposed powder mixture.

Исключение образования доэвтектической структуры достигается за счет снижения максимальной температуры на поверхности детали до 1200÷1250°С (см. фиг. 1), которое достигается дополнительным тепловложением при осуществлении СВС между специально введенными в состав шихты компонентами (Al+В2О3; Al+B2O3+С; и др.). Это предотвращает:The elimination of the formation of a hypereutectic structure is achieved by reducing the maximum temperature on the surface of the part to 1200 ÷ 1250 ° C (see Fig. 1), which is achieved by additional heat input during SHS between components specially introduced into the mixture (Al + В 2 О 3 ; Al + B 2 O 3 + C; etc.). This prevents:

- перегрев упрочняемой поверхности токами высокой частоты и ее подплавление;- overheating of the hardened surface by high-frequency currents and its melting;

- выгорание легкоплавких компонентов стали, твердого сплава и шихты;- burnout of fusible components of steel, hard alloy and mixture;

- перераспределение углерода между основой и покрытием;- redistribution of carbon between the substrate and the coating;

- изменение химического состава твердого сплава;- change in the chemical composition of the hard alloy;

- рост дендритов.- growth of dendrites.

Смена механизма образования покрытия достигается за счет использования не порошкового, а плавленого флюса на основе боросодержащих компонентов П-0,66, его гранулирования до частиц с размером <0.5 мм и смешивания с другими компонентами шихты, также имеющими размер частиц <0,5 мм, а также за счет введения в шихту компонентов, обусловливающих прохождение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с выделением атомарного бора или образованием боросодержащих фаз.The change in the mechanism of coating formation is achieved through the use of not flux but fused flux based on P-0.66 boron-containing components, granulating it to particles with a size of <0.5 mm and mixing with other charge components also having a particle size of <0.5 mm, and also due to the introduction into the mixture of components that cause the passage of self-propagating high-temperature synthesis with the release of atomic boron or the formation of boron-containing phases.

Использование плавленого флюса исключает в процессе наплавки испарение поглощенной, инклюдированной и кристаллизационной воды, снижающей температуру и увеличивающей продолжительность нагрева на начальных стадиях плавления шихты, а также обеспечивает однородность химического состава покрытия.The use of fused flux eliminates the evaporation of absorbed, inclusive and crystallization water during the surfacing process, which reduces the temperature and increases the heating time at the initial stages of the charge melting, and also ensures uniformity of the coating chemical composition.

Использование всех компонентов шихты в виде гранул с равным размером частиц основной фракции <0,5 мм исключает их перераспределение в шихте при ее хранении, насыпании и плавлении, повышает седиментационную стойкость расплава, исключает формирование слоистой структуры покрытия.The use of all components of the charge in the form of granules with an equal particle size of the main fraction <0.5 mm eliminates their redistribution in the charge during storage, filling and melting, increases the sedimentation resistance of the melt, and eliminates the formation of a layered coating structure.

СВС-состав, обеспечивающий выделение большого количества тепла, ускоряет наплавку.SHS composition, providing the release of a large amount of heat, accelerates surfacing.

Формирование новой структуры покрытия достигается за счет того, что выделяющийся при СВС атомарный бор или образующиеся боросодержащие фазы (В4С, Fe-B, AlB12) легируют бором как упрочняемую поверхность, так и твердый сплав, и образуют замкнутые области новых фаз в покрытии (FexC, Fe3C, Fe3(C,В), Fe23(C,B)4, Fe23Mn(Cr)C4 и др.), равномерно распределенные по его объему.The formation of a new coating structure is achieved due to the fact that the atomic boron released during SHS or the resulting boron-containing phases (B 4 C, Fe-B, AlB 12 ) dope with boron both the hardened surface and the hard alloy, and form closed regions of new phases in the coating (Fe x C, Fe 3 C, Fe 3 (C, B), Fe 23 (C, B) 4 , Fe 23 Mn (Cr) C 4 , etc.), uniformly distributed over its volume.

Борирование упрочняемой металлической поверхности также изменяет состояние границы ее раздела с покрытием (см. фиг. 3-4). В то же время, как видно из фиг. 2, при индукционной наплавке твердого сплава ГТГ-УС25 из шихты-прототипа, в покрытии образуется два слоя, нижний, содержащий значительное количество дендритов, с доэвтектической структурой и образующий четкую границу с основным металлом, и верхний, с эвтектической структурой, содержащий включения карбидов.Boroning a hardened metal surface also changes the state of its interface with the coating (see Figs. 3-4). At the same time, as can be seen from FIG. 2, during the induction surfacing of the GTG-US25 hard alloy from the prototype charge, two layers are formed in the coating, the lower one containing a significant amount of dendrites, with a pre-eutectic structure and forming a clear boundary with the base metal, and the upper one, with the eutectic structure, containing carbide inclusions.

Оптимальный состав термореагирующей шихты для индукционной наплавки твердого сплава, содержащей 8-10 мас.% флюса на основе боросодержащих компонентов, 13-17 мас.% СВС-состава по примерам 1-3 и остальное - твердый сплав, определен исходя из того, что:The optimal composition of the thermosetting charge for induction surfacing of a hard alloy containing 8-10 wt.% Flux based on boron-containing components, 13-17 wt.% SHS composition according to examples 1-3 and the rest is a hard alloy, determined on the basis that:

- при уменьшении содержания флюса менее 8 мас.% не достигается полного смачивания им поверхности металла;- with a decrease in the flux content of less than 8 wt.% is not achieved complete wetting of the metal surface;

- при увеличении содержания флюса выше 10 мас.% происходит частичное растворение и переход в шлак металла упрочняемой поверхности и твердого сплава;- with an increase in the flux content above 10 wt.%, partial dissolution and transition to the metal slag of the hardened surface and the hard alloy occurs;

- при уменьшении содержания СВС-состава менее 13 мас.% на упрочняемой поверхности появляются окисленные участки, а в покрытии сохраняются участки с доэвтектической структурой;- when the content of the SHS composition is reduced to less than 13 wt.%, oxidized areas appear on the hardened surface, and areas with a hypereutectic structure are preserved in the coating;

- при увеличении содержания СВС-смеси выше 17 мас.% происходит излишнее тепловыделение, разбрызгивание шихты, продуктов СВС и шлака, что приводит к ухудшению качества покрытия.- with an increase in the content of the SHS mixture above 17 wt.%, excessive heat release, spraying of the mixture, SHS products and slag occurs, which leads to a deterioration in the quality of the coating.

Твердость покрытий, получаемых при реализации изобретения, составляет 850-1200 FTV, толщина 1-3 мм, износостойкость - 0,01-0,03 г на 10000 м пути трения по не жестко закрепленному абразиву.The hardness of the coatings obtained during the implementation of the invention is 850-1200 FTV, the thickness is 1-3 mm, the wear resistance is 0.01-0.03 g per 10,000 m of the friction path along a non-fixed abrasive.

Claims (3)

Порошковая термореагирующая шихта для индукционной наплавки твердого сплава, содержащая флюс на основе боросодержащих компонентов и твердый сплав, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит состав, включающий соединения бора и обеспечивающий в процессе наплавки прохождение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: A thermosetting powder mixture for induction surfacing of a hard alloy, containing a flux based on boron-containing components and a hard alloy, characterized in that it additionally contains a composition including boron compounds and providing self-propagating high-temperature synthesis (SHS) during the surfacing process, in the following ratio of the charge components, wt.%: флюс на основе боросодержащих компонентовboron based flux 8-10 8-10 СВС-составSHS composition 13-17 13-17 твердый сплавhard alloy остальное rest
при этом компоненты шихты имеют размер гранул <0,5 мм, а флюс на основе боросодержащих компонентов используется в плавленом виде.while the components of the charge have a granule size <0.5 mm, and a flux based on boron-containing components is used in fused form.
RU2015118422A 2015-05-18 2015-05-18 Powder thermo-reactive charge for induction welding of solid alloy RU2637736C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015118422A RU2637736C2 (en) 2015-05-18 2015-05-18 Powder thermo-reactive charge for induction welding of solid alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015118422A RU2637736C2 (en) 2015-05-18 2015-05-18 Powder thermo-reactive charge for induction welding of solid alloy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015118422A RU2015118422A (en) 2016-12-10
RU2637736C2 true RU2637736C2 (en) 2017-12-06

Family

ID=57759857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015118422A RU2637736C2 (en) 2015-05-18 2015-05-18 Powder thermo-reactive charge for induction welding of solid alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2637736C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5636391A (en) * 1980-06-24 1981-04-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Build-up welding method of blade of screw shaft
SU1757830A1 (en) * 1991-01-03 1992-08-30 Научно-производственное объединение по технологии машиностроения для животноводства и кормопроизводства "РостНИИТМ" Composition of hard facing mixture
SU1764912A1 (en) * 1990-10-02 1992-09-30 Научно-производственное объединение по технологии машиностроения для животноводства и кормопроизводства "РостНИИТМ" Composition of surface-welding charge
RU2147980C1 (en) * 1998-08-24 2000-04-27 Инженерный центр "Сплав" Charge for induction hard surfacing
RU2201855C2 (en) * 2001-04-09 2003-04-10 Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" Part hardening method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5636391A (en) * 1980-06-24 1981-04-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Build-up welding method of blade of screw shaft
SU1764912A1 (en) * 1990-10-02 1992-09-30 Научно-производственное объединение по технологии машиностроения для животноводства и кормопроизводства "РостНИИТМ" Composition of surface-welding charge
SU1757830A1 (en) * 1991-01-03 1992-08-30 Научно-производственное объединение по технологии машиностроения для животноводства и кормопроизводства "РостНИИТМ" Composition of hard facing mixture
RU2147980C1 (en) * 1998-08-24 2000-04-27 Инженерный центр "Сплав" Charge for induction hard surfacing
RU2201855C2 (en) * 2001-04-09 2003-04-10 Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" Part hardening method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015118422A (en) 2016-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105112908B (en) Laser melting coating tungsten carbide ceramics particles strengthen metal based coating and its processing method
US8941032B2 (en) Hardfacing ferroalloy materials
US4451508A (en) Hard facing of metal substrates using material containing VC and improved flux compositions therefor
RU2637736C2 (en) Powder thermo-reactive charge for induction welding of solid alloy
Li et al. Characteristics of anorthite-pyroxene ceramics made from hot-poured steelmaking slag
CN106141483B (en) A kind of spontaneous large volume fraction boron-carbide reinforced wear-resistant built-up welding self-protection flux-cored wire and preparation method thereof
Tosun et al. Microstructural properties of Fe–Cr–C/NbC composite coating produced on medium carbon steel surface by TIG coating process
CN109365957B (en) Multilayer composite powder and self-protection open arc surfacing high-chromium alloy method
Safronov et al. SHS ferroaluminum obtained from the disperse waste of engineering
US2283250A (en) Manufacture of refractory materials
RU2581698C1 (en) Mixture for induction welding
US1711603A (en) Process for production of diffused layers on metals
JPH03243735A (en) Whisker combined diamond sintered body and its manufacture
JPS60106694A (en) Production of welding rod for cast iron
CN115740838B (en) Composite powder particles of surfacing high-boron alloy and application method
US2510220A (en) Foundry composition and method
CN107838416A (en) A kind of iron-binding agent diamond tool and preparation method thereof
RU2147980C1 (en) Charge for induction hard surfacing
RU2718479C1 (en) Refractory products manufacturing method
US1065855A (en) Process of manufacturing alloys.
US429744A (en) Process of manufacturing iron or steel
SU1757830A1 (en) Composition of hard facing mixture
RU2017583C1 (en) Method of manufacture of briquettes for modification of steel and alloys
JPH07331342A (en) Production of sintered ore
KR810002023B1 (en) Flux producing method for submerged are welding

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171227