RU2681049C1 - Шихта порошковой проволоки для наплавки в азотсодержащей среде - Google Patents

Шихта порошковой проволоки для наплавки в азотсодержащей среде Download PDF

Info

Publication number
RU2681049C1
RU2681049C1 RU2017140569A RU2017140569A RU2681049C1 RU 2681049 C1 RU2681049 C1 RU 2681049C1 RU 2017140569 A RU2017140569 A RU 2017140569A RU 2017140569 A RU2017140569 A RU 2017140569A RU 2681049 C1 RU2681049 C1 RU 2681049C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
surfacing
aluminum
nitrogen
hardness
titanium
Prior art date
Application number
RU2017140569A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Николаевич Малушин
Евгений Александрович Будовских
Василий Леонидович Осетковский
Андрей Петрович Ковалев
Иван Васильевич Осетковский
Ринат Акрамович Гизатулин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ"
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 образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ"
Priority to RU2017140569A priority Critical patent/RU2681049C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2681049C1 publication Critical patent/RU2681049C1/ru

Links

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
    • 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
    • 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
    • B23K35/368Selection 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 при наплавке рабочих поверхностей деталей горно-металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости. Шихта порошковой проволоки содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 1,0-3,6, азотированный феррохром 8,0-20,0, молибден 5,0-21,0, вольфрам 1,0-8,0, ванадий 2,0-6,0, алюминий 1,0-4,5, никель 3,2-20,0, пыль электрофильтров алюминиевого производства 1,0-15,0, титан 1,0-4,5 и железо остальное. Изобретение обеспечивает повышение механических свойств наплавленного металла, в частности твердости, износостойкости и теплостойкости, а также предотвращение образования холодных трещин в процессе многослойной наплавки в азотсодержащей среде за счет увеличения количества стабилизированного аустенита и уменьшения роста его зерна в процессе наплавки. 2 табл.

Description

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к производству порошковой проволоки, и может быть использовано при наплавке рабочих поверхностей деталей горно-металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости.
Известна, шихта порошковой проволоки (RU №2492981 МПК В23К 35/36, опубл. 29.09.2013), преимущественно для механизированной износостойкой плазменной наплавки в азотсодержащих защитных газовых смесях, содержащая углерод, хром, молибден, вольфрам, ванадий, алюминий и железо, которая дополнительно содержит никель и пыль электрофильтров алюминиевого производства при соотношении компонентов, масс. %:
Углерод 1,0-3,6
Хром 6,5-14,0
Молибден 5,0-21,0
Вольфрам 1,0-8,0
Ванадий 2,0-6,0
Алюминий 1,0-4,5
Никель 3,2-20
Пыль электрофильтров алюминиевого производства 1,0-15,0
Железо Остальное
Недостатками данной шихты порошковой проволоки являются:
- пониженные механические свойства наплавленного металла, в частности, износостойкости и твердости, за счет недостаточной легированности остаточного аустенита;
- возможность образования холодных трещин в процессе многослойной наплавки из-за недостаточного количества стабилизированного аустенита в процессе наплавки;
Для решения этой проблемы предлагается шихта порошковой проволоки, содержащая углерод, азотированный феррохром, молибден, вольфрам, ванадий, алюминий, никель, пыль электрофильтров алюминиевого производства и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Углерод 1.0-3,6
Азотированный феррохром 8,0 - 20,0
Молибден 5,0-21,0
Вольфрам 1,0-8,0
Ванадий 2,0-6,0
Алюминий 1,0-4,5
Никель 3,2-20,0
Пыль электрофильтров алюминиевого производства 1,0-15,0
Титан 1,0-4,5
Железо Остальное
Техническими результатами при использовании изобретения являются:
- повышение механических свойств наплавленного металла, в частности твердости, износостойкости и теплостойкости, за счет увеличения количества остаточного аустенита, дисперсных нитридов алюминия и титана, и эффекта дисперсионного твердения высоколегированного аустенита при отпуске;
- предотвращение образования холодных трещин в процессе многослойной наплавки за счет увеличения количества стабилизированного аустенита и уменьшения роста его зерна в процессе наплавки.
Пыль электрофильтров является одним из отходов алюминиевого производства и применяется в промышленности как одна из сильных углеродфторсодержащих добавок в производстве стали, цемента и сварочном производстве (1. Баранов А.Н. и др. Переработка твердых фторсодержаших отходов алюминиевого производства // Современые технологии. Электронный ресурс brstu. ru>методы>docs/ humber 10/113-115. Pdf/ 2. Зенкин Е.Ю. Гавриленко А.А. Немчинова Н.В. О переработке отходов первичного алюминия
ОАО «РусалБратск»// Вестник Иркутского государственного технического университета, 2017. Т. 21 №3 С. 123-132/ 3. Ларионов Л.М., Кондратьев В.В., Кузьмин М.П. Пути использования углеродосодержащих отходов алюминиевого производства// Вестник Иркутского государственного технического университета, 2017. Т. 21 №4 С. 139-146).
Химический состав пыли электрофильтров зависит от многих факторов и постоянен лишь в объеме конкретной партии, поэтому можно говорить только о среднем химическом составе, который приведен работе (1). Но действует эта добавка одинаково, как источник поступления фтора для предотвращения холодных трещин и углерода для повышения твердости.
Введение в состав шихты порошковой проволоки пыли электрофильтров алюминиевого производства позволяет:
- проводить удаление водорода за счет комплекса фторсодержащих соединений, разлагающихся при температурах сварочных процессов с выделением фтора, который в свою очередь, взаимодействует с водородом, растворенным в стали, с образованием газообразного соединения HF. Снижение содержания водорода в наплавленном металле уменьшает вероятность образования пор и холодных трещин в нем;
- проводить интенсивное науглероживание при взаимодействии фтористого углерода с карбидообразующими элементами, что позволяет увеличить количество карбидной составляющей в структуре наплавленного металла и дополнительно повысить его твердость.
Заявляемая шихта порошковой проволоки дополнительно содержит титан, что позволяет повысить содержание азота в наплавленном металле в 1,5-2,0 раза с 0,06-0,08% до 0,09-0,12% при наплавке в азотсодержащей защитно-легирующей среде. Комплексное легирование наплавленного металла азотом при плазменной наплавке в азотсодержащей защитно-легирующей среде, введение азотированного феррохрома, наличие алюминия в шихте порошковой проволоки и дополнительное введение в ее состав титана, позволяет повысить его твердость, износостойкость и теплостойкость.
Введение в состав наплавленного металла сильного стабилизатора аустенита - титана повышает количество остаточного аустенита и уменьшает объемный эффект мартенситного превращения, что уменьшает вероятность образования холодных трещин.
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем, исходя из качества, получаемого при наплавке металла, стабильности процесса наплавки, предотвращения образования холодных трещин и требуемых механических свойств (твердости, износостойкости и теплостойкости).
Титан, активно поглощая из расплавленного металла кислород, является одним из лучших раскислителей стали. Титан так же активно поглощает из расплавленной стали азот, образуя нитрид титана, что способствует равномерному распределению легирующих элементов и образованию мелкозернистых структур стали.
Введение титана в состав шихты позволяет дополнительно увеличить количество остаточного аустенита, дисперсных нитридов алюминия и титана. Дисперсные нитриды алюминия и титана не растворяются даже при высоком нагреве и дополнительно задерживают рост зерна аустенита, повышая при этом теплостойкость наплавленного металла. Получение наплавленного металла повышенной твердости и износостойкости достигается 3 - 4 - кратным высокотемпературным отпуском остаточного аустенита при 560-580°С. При отпуске азот выделяется из мартенсита, образует нерастворимые мелкодисперсные нитриды алюминия и титана, а также карбонитриды других легирующих элементов, при этом повышается твердость, износостойкость и теплостойкость. Твердость наплавленного металла возрастает на 1- 2 HRC, но при этом значительно повышается износостойкость и теплостойкость (на 25-50 градусов). Износостойкость улучшается из-за увеличения количества выделяющихся фаз - упрочнителей (дополнительно выделяются нитриды титана).
Для изготовления шихты порошковой проволоки использовали ферротитан марки Фти70 по ГОСТ 4761-91. содержащий не менее 70% титана.
Изменение содержания ферротитана в составе заявляемой шихты производилось с учетом получения высококачественного наплавленного металла (стабильное горение дуги, хорошее формирование, плотный наплавленный металл без трещин, пор и неметаллических включений), при этом учитывалось содержание остальных компонентов. Порошковая проволока изготавливалась из стальной холоднокатаной ленты 08кп (оболочка) размером 15×0,8 мм. Шихта перемешивалась в специальном приспособлении для получения однородной массы. Порошковая проволока прокаливалась для удаления влаги при температуре 250-350°С. Коэффициент заполнения составлял 0,32-0,33, диаметр готовой проволоки - 3,7 мм. Порошковой проволокой с предложенной шихтой производилась плазменная наплавка заготовок рабочих валков с диаметром рабочей части 150 мм, длиной 425 мм. Наплавка производилась в азотсодержащей защитно-легирующей среде на следующих режимах:
Сварочный ток 160-170А
Напряжение дуги 50-60В
Скорость наплавки 11 м/ час
Скорость подачи порошковой проволоки 47 м/час
Длина дуги 20 мм
Смещение с зенита 20 мм
Защитный газ азот
Расход защитного газа 20 л/мин
Плазмообразующий газ аргон
Расход плазмообразующего газа 8 л/мин
Наплавка производилась с регулируемым низкотемпературным подогревом выше температуры начала фазовых превращений и составляла 200-250°С.
В процессе наплавки проводилась экспертная оценка стабильности горения дуги, качества формирования наплавленного металла. Наличие трещин в процессе наплавки
пор и неметаллических включений оценивали ультразвуковым и магнитопорошковым методами, а также на металлографических шлифах. Содержание водорода и азота в наплавленном металле определялось методом вакуум - нагрева на установке Баталина и на эксхалографе ЕАН-220 фирмы «Бальцерс». Содержание водорода находилось в пределах 0,2-0,4 см3/100 г наплавленного металла при допустимом содержании водорода в высоколегированном наплавленном металле до 2 см3 /100 г металла. Содержание азота находилось в пределах 0,09-0,12%. Твердость наплавленного металла контролировалась непосредственно после наплавки и после проведения четырехкратного часового отпуска при температуре 580°С. Твердость наплавленного металла после наплавки составляла 52-56 HRC, после четырехкратного часового отпуска при 580°С возрастала до 64-68 HRC. Дефекты (трещины, поры и неметаллические включения) при наплавке порошковой проволокой с шихтой заявляемого состава, содержащей титан, не обнаружены.
Теплостойкость быстрорежущих сталей оценивали температурой дополнительного 4-х часового отпуска (после окончательной термической обработки), после которого твердость образца снижалась до HRC 58.
Эффективность работоспособности образцов при ускоренных испытаниях на лабораторной установке оценивалась по величине износа, которая определялась по потере массы (ΔQ) образцов в процессе работы до появления первых дефектов (трещин и сколов). На лабораторной установке испытывались шесть вариантов дисков, вырезанных из наплавленных заготовок. В качестве наплавочного материала использовали порошковые проволоки, состав шихты которых приведен в таблице 1. Скорость вращения испытуемых образцов составляла 1000 об/мин, а нагрузка в зоне контакта 1000 МПа, что соответствовало режимам прокатки в реальных производственных условиях. Стойкость до разрушения образцов, наплавленных по первому варианту (прототип) составляет (50-75)*105 циклов нагружения против (75-100)*105 циклов нагружения у образцов, изготовленных с применением шихты
заявляемого состава. Потери в весе в зависимости от числа циклов нагружения у образцов с заявляемой шихтой снизились также в 1.5-2.0 раза.
Исследовались 6 вариантов составов шихты (таблица 1) порошковой проволоки, масс. %: 1 - прототип; 2 - нижний предел заявляемой шихты; 3 -среднее содержание состава заявляемой шихты; 4 - верхний предел заявляемой шихты; 5 - нижний заграничный состав; 6 - верхний заграничный состав.
Влияние изменения химического состава на технологические свойства и механические характеристики наплавленного металла приведено в таблице 2. В строке 3 указана твердость наплавленного металла после высокотемпературного отпуска.
Использование заявляемого состава шихты порошковой проволоки по сравнению с базовым составом (прототип) позволяет:
- повысить качество наплавленного металла за счет предотвращения образования холодных трещин;
- повысить твердость наплавленного металла до HRC 64-68;
- повысить износостойкость в 1,5-2,0 раза;
- повысить теплостойкость наплавленного металла на 25-50°С.
Figure 00000001
Figure 00000002

Claims (2)

  1. Шихта порошковой проволоки для наплавки в азотсодержащей среде, содержащая углерод, азотированный феррохром, молибден, вольфрам, ванадий, алюминий, никель, пыль электрофильтров алюминиевого производства и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, масс. %:
  2. Углерод 1,0-3,6 Азотированный феррохром 8,0-20,0 Молибден 5,0-21,0 Вольфрам 1,0-8,0 Ванадий 2,0-6,0 Алюминий 1,0-4,5 Никель 3,2-20,0 Пыль электрофильтров алюминиевого производства 1,0-15,0 Титан 1,0-4,5 Железо остальное
RU2017140569A 2017-11-21 2017-11-21 Шихта порошковой проволоки для наплавки в азотсодержащей среде RU2681049C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017140569A RU2681049C1 (ru) 2017-11-21 2017-11-21 Шихта порошковой проволоки для наплавки в азотсодержащей среде

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017140569A RU2681049C1 (ru) 2017-11-21 2017-11-21 Шихта порошковой проволоки для наплавки в азотсодержащей среде

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2681049C1 true RU2681049C1 (ru) 2019-03-01

Family

ID=65632688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017140569A RU2681049C1 (ru) 2017-11-21 2017-11-21 Шихта порошковой проволоки для наплавки в азотсодержащей среде

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2681049C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756550C1 (ru) * 2021-02-12 2021-10-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Порошковая проволока

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102896437A (zh) * 2012-10-16 2013-01-30 首钢总公司 一种高锰钢铸钢辙叉及钢轨堆焊修复用药芯焊丝
RU2518035C1 (ru) * 2013-06-24 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Порошковая проволока
RU2619547C1 (ru) * 2015-12-23 2017-05-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Порошковая проволока для наплавки
RU2634526C1 (ru) * 2016-12-07 2017-10-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Шихта порошковой проволоки

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102896437A (zh) * 2012-10-16 2013-01-30 首钢总公司 一种高锰钢铸钢辙叉及钢轨堆焊修复用药芯焊丝
RU2518035C1 (ru) * 2013-06-24 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Порошковая проволока
RU2619547C1 (ru) * 2015-12-23 2017-05-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Порошковая проволока для наплавки
RU2634526C1 (ru) * 2016-12-07 2017-10-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Шихта порошковой проволоки

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756550C1 (ru) * 2021-02-12 2021-10-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Порошковая проволока

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Beidokhti et al. Influences of titanium and manganese on high strength low alloy SAW weld metal properties
Mukhopadhyay et al. Effect of shielding gas mixture on gas metal arc welding of HSLA steel using solid and flux-cored wires
RU2637546C1 (ru) Способ сварки трением с перемешиванием для высокопрочной тонколистовой или толстолистовой стали
JP6245417B1 (ja) 鋼材
RU2518035C1 (ru) Порошковая проволока
Gusev et al. A study on the properties of the deposited metal by flux cored wires 40GMFR and 40H3G2MF
RU2661126C1 (ru) Шихта порошковой проволоки
RU2579328C1 (ru) Шихта порошковой проволоки
RU2681049C1 (ru) Шихта порошковой проволоки для наплавки в азотсодержащей среде
JP2015205288A (ja) 強度、靭性および耐sr割れ性に優れた溶接金属
RU2492981C1 (ru) Шихта порошковой проволоки
RU2478030C1 (ru) Порошковая проволока для наплавки
RU2634526C1 (ru) Шихта порошковой проволоки
RU2679373C1 (ru) Порошковая проволока
JP2015147962A (ja) スリーブ・ドッグギヤ
JP2009215585A (ja) 耐溶融金属脆化割れ性に優れたZn−Al−Mg系めっき鋼板
RU2518211C1 (ru) Порошковая проволока
RU2641590C2 (ru) Порошковая проволока
RU2813060C1 (ru) Шихта порошковой проволоки
RU206282U1 (ru) Порошковая проволока для наплавки деталей, подверженных высокому абразивному износу
RU2471601C1 (ru) Керамический флюс
RU204457U1 (ru) Проволока номинальным диаметром до 5мм для наплавки роликов машин непрерывного литья заготовок
RU2632505C1 (ru) Порошковая проволока
CN111618478B (zh) 一种适合超低热输入自动焊接的低锰气体保护焊丝及其焊接方法
Kang et al. Plasma diode electron beam heat treatment of cast iron: effect of direct preheating

Legal Events

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

Effective date: 20201122