RU2661159C1 - Порошковая проволока - Google Patents
Порошковая проволока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2661159C1 RU2661159C1 RU2017118682A RU2017118682A RU2661159C1 RU 2661159 C1 RU2661159 C1 RU 2661159C1 RU 2017118682 A RU2017118682 A RU 2017118682A RU 2017118682 A RU2017118682 A RU 2017118682A RU 2661159 C1 RU2661159 C1 RU 2661159C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cored wire
- flux
- metal
- wear resistance
- ferrotitanium
- Prior art date
Links
- 230000004907 flux Effects 0.000 title description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910000604 Ferrochrome Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 abstract 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000628 Ferrovanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- PNXOJQQRXBVKEX-UHFFFAOYSA-N iron vanadium Chemical compound [V].[Fe] PNXOJQQRXBVKEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection 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
- B23K35/368—Selection of non-metallic compositions of core materials either alone or conjoint with selection of soldering or welding materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной и дросселирующей арматуры, торцевых уплотнений контактных пар. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты и содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: феррохром 20,0-26,0, нитрид бора 1,0-3,0, алюминий 1,0-1,4, ферротитан 1,1-1,8, карбид бора 2,0-5,0, железный порошок 5,0-17,0, стальная оболочка - остальное. Состав шихты варьируется в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл. Порошковая проволока обеспечивает повышение износостойкости наплавленных на детали покрытий, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области электродуговой наплавки порошковой проволокой деталей, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой, и может быть использовано в энергетической, химической, нефтяной отраслях промышленности, например, для восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной и дросселирующей аппаратуры, торцевых уплотнителей, контактных пар различных насосов и т.п.
Известна порошковая проволока (АС RU №277978, опубл. 05.08.1970 г.), состав шихты которой взят в следующем соотношении, %:
| карбид бора | 22-25 |
| железный порошок | остальное |
Металл, наплавленный порошковой проволокой с шихтой предложенного состава, обладает высокой твердостью (7000-8000 МПа) и относительной износостойкостью, но низкой коррозионной стойкостью.
Известна порошковая проволока (AC RU №534331 от 05.11.1976 г.) для износостойкой наплавки деталей, подвергающихся абразивному изнашиванию, состоящая из стальной малоуглеродистой оболочки и шихты, содержащей хром и карбид бора при следующем процентном отношении, %:
| хром | 15-20 |
| карбид бора | 5-10 |
| малоуглеродистая оболочка | остальное |
Однако металл, наплавленный известной порошковой проволокой, имеет очень высокую твердость (до 67 HRC), что сильно усложняет его механическую обработку. Такой металл хрупок и склонен к образованию трещин и сколов, что снижает износостойкость наплавленных деталей.
Наиболее близким по технической сущности и химическому составу является порошковая проволока (AC RU №407692, опубл. 10.07.1973 г.), состав шихты которой взят в следующих соотношениях, %:
| нитрид бора | 4-6 |
| феррованадий | 5-7 |
| алюминий | 0,9-1,0 |
| феррохром | 40-42 |
| ферротитан | 2-3 |
| ферросилиций | 0,2-0,25 |
Такая порошковая проволока обеспечивает получение наплавленного металла с достаточно высокой твердостью до 51-56 HRC, но имеет низкие сварочные технологические характеристики вследствие образования пор и плохого формирования валиков, что не обеспечивает высокую износостойкость деталей, работающих в условиях трения.
Технической задачей данного изобретения является повышение износостойкости наплавленных покрытий, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой.
Технический результат достигается за счет того, что в порошковой проволоке для наплавки деталей, состоящей из стальной оболочки и шихты, включающей феррохром, нитрид бора, алюминий и ферротитан, согласно заявляемому техническому решению шихта дополнительно содержит карбид бора и железный порошок при следующем процентном соотношении компонентов, масс. %:
| феррохром | 20,0-26,0 |
| нитрид бора | 1,0-3,0 |
| алюминий | 1,0-1,4 |
| ферротитан | 1,1-1,8 |
| карбид бора | 2,0-5,0 |
| железный порошок | 17,0-5,0 |
| стальная оболочка | остальное |
Наличие в шихте феррохрома в количестве 20,0-26,0% соответствует содержанию 14-18% хрома в наплавленном металле, обеспечивающее получение мартенситной структуры, обладающей достаточно высокой коррозионной и кавитационной стойкостью, характерной для сталей (20-40)Х13. Образуя в наплавленном металле комплексные соединения, хром также повышает его износостойкость.
Наличие в составе шихты порошковой проволоки нитрида бора увеличивает твердость наплавленного металла, обеспечивая получение его мелкозернистой структуры с увеличенным количеством неметаллической фазы за счет насыщения сварочной ванны частицами нитридов, температура плавления которых выше температуры плавления сплава. Концентрация нитрида бора в шихте менее 1,0% не обеспечивает нужного уровня износостойкости, а при повышении свыше 3,0% возрастает процентное содержание азота в наплавке, что приводит к появлению пор и падению износостойкости наплавленного металла.
Присутствие в составе шихты 1,0-1,4% алюминия, являющегося энергичным нитридообразующим элементом, связывает азот в прочные мелкодисперсные соединения AlN и тем самым модифицирует наплавленный металл, повышая его износостойкость. Кроме того, алюминий обеспечивает раскисление сварочной ванны и предотвращает выгорание основных легирующих элементов в процессе наплавки за счет активного взаимодействия с кислородом, что обеспечивает более высокие сварочно-технологические свойства порошковой проволоки, хорошую растекаемость, отсутствие пористости и чешуйчатости наплавленного металла.
Присутствие в составе шихты порошковой проволоки ферротитана в количестве 1,1-1,8% позволяет, наряду с алюминием, обеспечить раскисление наплавленного металла, а также реализовать механизм дополнительного его упрочнения дисперсными выделениями карбоборидов и карбонитридов титана. Концентрация ферротитана в составе шихты проволоки за пределами указанного количества не оказывает значительного влияния на технологические и эксплуатационные свойства наплавленного металла.
Введение в шихту проволоки карбида бора в количестве 2,0-5,0% ведет к выделению в структуре наплавленного металла боридной эвтектики, которая, располагаясь в виде каркаса между кристаллами, воспринимает часть нагрузки от контактного взаимодействия и рассредоточивает ее на большую площадь поверхности, что увеличивает стойкость наплавленного металла, работающего в условиях истирания против задирания. Также при этом образуются мелкодисперсные труднорастворимые высокопрочные карбиды, бориды и карбобориды, способствующие увеличению износостойкости наплавленного металла. Концентрация карбида бора менее 2,0% не обеспечивает нужного уровня износостойкости, а при повышении ее свыше 5,0% приводит к появлению пор, охрупчиванию наплавленного металла и падению его износостойкости.
Введение железного порошка способствует равномерности плавления шихты и оболочки, что улучшает сварочно-технологические свойства порошковой проволоки. Кроме того, железный порошок необходим для получения расчетного коэффициента заполнения порошковой проволоки, что обеспечивает получение наплавленного металла требуемого химического состава.
Значительное уменьшение в шихте количества нитрида бора по сравнению с прототипом обусловливает ограничение процесса образования пор в наплавленном металле и улучшает формирование валиков. Благодаря тому что в шихту предложенной порошковой проволоки совместно вводится нитрид бора, карбид бора, алюминий и ферротитан, удается получить новый наплавленный металл композиционного типа. Данный металл обладает повышенной износостойкостью, которая обеспечивается комплексным упрочнением за счет образования в мартенситной матрице карбидных, нитридных, карбоборидных, карбонитридных и интерметаллидных фаз.
Для количественной оценки воздействия легирующих элементов на свойства наплавленного металла по известной технологии были изготовлены 6 составов порошковой проволоки: 2, 3 и 4 - составы предлагаемой проволоки; 1 и 5 - составы с содержанием компонентов, выходящим за пределы; 6 - состав прототипа с учетом перерасчета состава его шихты в количественный состав порошковой проволоки при коэффициенте заполнения 42%; приведенные в табл. 1.
В качестве оболочки использовали стальную ленту марки 08 кп размером 15×0,5 мм по ГОСТ 503-81. Коэффициент заполнения такой порошковой проволоки составляет 42%. В качестве шихты использовали смесь порошков феррохрома марки ФХ001А по ГОСТу 4757-91 (ИСО 5448-81), карбида бора по ГОСТу 5744-85, нитрида бора ТУ 26.8-0022 226-007-2003, алюминия марки ПА-4 по ГОСТу 5494-95, ферротитана марки ФТи70С1 по ГОСТу 4761-91 и железа марки ПЖР2 по ГОСТу 9849-86.
Состав шихты варьируется в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл.
Наплавка предложенной проволокой может производиться как под флюсом, так и в среде защитных газов.
Новая порошковая проволока ∅2,8 мм всех изготовленных вариантов прошла сварочно-технологические испытания при наплавке под флюсом OK Flux 10.62 темплетов из стали 45 размером 20×60×250 мм. При наплавке образцов использовали источник питания дуги ВДУ - 506 и сварочный полуавтомат ПДФ-502. Порошковая проволока обеспечивает хорошие сварочно-технологические свойства при наплавке на постоянном токе обратной полярности на режимах Iд=290÷310 А, Uд=30÷32 В.
Дюрометрические исследования проводили с использованием твердомера ТК-2 по методу Роквелла на образцах из металла после наплавки и термической обработки (за величину твердости бралось среднее значение твердости - 3 замеров).
Испытания на износостойкость проводились на машине трения ИИ 5018 при сухом трении по схеме «диск-колодка» (материал диска - сталь У7, твердость 63 HRC; нагрузка на образец 1000 Н, скорость вращения диска 0,28 м/с). Весовой износ образцов регистрировался после каждых 6 мин испытаний при общем пути трения 400 м. Измерение величины износа образцов осуществлялось весовым методом с использованием аналитических весов OHAUS АХ224. Полученные результаты выражались в виде коэффициента относительной износостойкости ε, численно равного отношению весовых потерь эталона (сталь 30X13) и испытуемого металла за одинаковое время.
Результаты испытаний приведены в таблице №2.
Приведенные в таблице 2 результаты испытаний показывают, что составы порошковой проволоки NN 2-4 являются оптимальными и обеспечивают получение наплавленного металла с достаточно высокой твердостью и износостойкостью, не склонного к пористости и трещинообразованию.
Анализ результатов испытаний показал, что, по сравнению с использованием порошковой проволоки-прототипа, применение предлагаемой новой порошковой проволоки позволит увеличить коэффициент относительной износостойкости наплавленного металла ε с 2,1 до 3,3-3,8.
Наплавленный металл, полученный новой порошковой проволокой, может использоваться в закаленном от температур 1000-1100°C и отпущенном состоянии. После закалки твердость в зависимости от содержания углерода составляет 52÷60 HRC, после отпуска при 550°C - 48÷52 HRC, а после отпуска при 700°C - 36÷44 HRC.
Технологические испытания новой порошковой проволоки показали, что в процессе наплавки обеспечивается устойчивое горение дуги, хорошее формирование валика наплавного металла, отсутствие трещин и наплывов, шлаковая корка хорошо покрывает наплавленный валик и удаляется без затруднения.
Использование предложенной порошковой проволоки для наплавки уплотнительных поверхностей деталей запорной арматуры трубопроводного транспорта позволяет повысить их износостойкость и срок службы в 1,5-2 раза.
Claims (2)
- Порошковая проволока для наплавки деталей, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой, состоящая из стальной оболочки и шихты, включающей феррохром, нитрид бора, алюминий и ферротитан, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит карбид бора и железный порошок при следующем соотношении компонентов проволоки, мас.%:
-
феррохром 20,0-26,0 нитрид бора 1,0-3,0 алюминий 1,0-1,4 ферротитан 1,1-1,8 карбид бора 2,0-5,0 железный порошок 17,0-5,0 стальная оболочка остальное
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017118682A RU2661159C1 (ru) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Порошковая проволока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017118682A RU2661159C1 (ru) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Порошковая проволока |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2661159C1 true RU2661159C1 (ru) | 2018-07-12 |
Family
ID=62916927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017118682A RU2661159C1 (ru) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Порошковая проволока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2661159C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU407692A1 (ru) * | 1972-10-11 | 1973-12-10 | Порошковая проволока для наплавки | |
| US3838246A (en) * | 1972-09-08 | 1974-09-24 | Y Gretsky | Flux-cored electrode |
| SU468741A1 (ru) * | 1973-07-24 | 1975-04-30 | Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря | Порошкова проволока дл наплавки |
| SU534331A1 (ru) * | 1975-08-29 | 1976-11-05 | Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря | Состав порошковой проволоки дл износостойкой наплавки |
| SU585018A1 (ru) * | 1976-07-05 | 1977-12-25 | Всесоюзный конструкторско-технологический институт строительного и дорожного машиностроения | Шихта порошковой проволоки |
-
2017
- 2017-05-29 RU RU2017118682A patent/RU2661159C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3838246A (en) * | 1972-09-08 | 1974-09-24 | Y Gretsky | Flux-cored electrode |
| SU407692A1 (ru) * | 1972-10-11 | 1973-12-10 | Порошковая проволока для наплавки | |
| SU468741A1 (ru) * | 1973-07-24 | 1975-04-30 | Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря | Порошкова проволока дл наплавки |
| SU534331A1 (ru) * | 1975-08-29 | 1976-11-05 | Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря | Состав порошковой проволоки дл износостойкой наплавки |
| SU585018A1 (ru) * | 1976-07-05 | 1977-12-25 | Всесоюзный конструкторско-технологический институт строительного и дорожного машиностроения | Шихта порошковой проволоки |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Azimi et al. | Effects of silicon content on the microstructure and corrosion behavior of Fe–Cr–C hardfacing alloys | |
| Biddulph | Boronizing for erosion resistance | |
| Li et al. | Effect of boronizing temperature and time on microstructure and abrasion wear resistance of Cr12Mn2V2 high chromium cast iron | |
| CN112122821B (zh) | 一种液压支架部件tig-p堆焊用耐磨抗腐蚀药芯焊丝 | |
| CN104400259A (zh) | 一种高硬度耐磨堆焊焊条 | |
| Singh et al. | Effect of surface alloying on wear behaviour of EN-47 steel | |
| RU2356715C2 (ru) | Порошковая проволока | |
| RU2661159C1 (ru) | Порошковая проволока | |
| Calik et al. | Effect of boronizing on microhardness and wear resistance of steel AISI 1050 and chilled cast iron | |
| Venkatesh et al. | Wear characteristics of multi layer hardfacing alloys | |
| RU2704338C1 (ru) | Порошковая проволока | |
| RU2467854C1 (ru) | Порошковая проволока | |
| RU2682941C1 (ru) | Порошковая проволока | |
| RU2641590C2 (ru) | Порошковая проволока | |
| RU2679372C1 (ru) | Порошковая проволока | |
| An et al. | Study of boronizing of steel AISI 8620 for sucker rods | |
| RU2681049C1 (ru) | Шихта порошковой проволоки для наплавки в азотсодержащей среде | |
| RU2582402C1 (ru) | Порошковая проволока | |
| Chabak et al. | Comparative analysis of the microstructural features of 28 wt.% Cr cast iron fabricated by pulsed plasma deposition and conventional casting | |
| Veselovsky et al. | Predicting the thickness of the hardening coating during diffusion metallization of cast iron | |
| Skarvelis et al. | Microstructural and tribological evaluation of potential self-lubricating coatings with MoS2⧹ MnS additions produced by the plasma transferred arc technique | |
| RU2632311C1 (ru) | Порошковая проволока | |
| JP5685856B2 (ja) | 溶射皮膜 | |
| RU2634526C1 (ru) | Шихта порошковой проволоки | |
| RU2676383C1 (ru) | Порошковая проволока |