Патент на изобретение №2259266

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2259266 (13) C2
(51) МПК 7
B23K35/368, B22F5/12
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 18.01.2011 – действует

(21), (22) Заявка: 2003125663/02, 20.08.2003

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

20.08.2003

(43) Дата публикации заявки: 10.03.2005

(45) Опубликовано: 27.08.2005

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
SU 531702 A, 15.10.1976. SU 53479 A, 28.03.1977. SU 956205 A, 07.09.1982. JP 60-054294 A, 28.03.1985. JP 62-238093 A, 19.10.1987.

Адрес для переписки:

191015, Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 49, ФГУП ЦНИИ КМ “Прометей”, зам.ген.директора А.В.Баранову

(72) Автор(ы):

Рыбин В.В. (RU),
Баранов А.В. (RU),
Андронов Е.В. (RU),
Вайнерман А.Е. (RU),
Беляев Н.В. (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие “Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов “Прометей” (RU)

(54) ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ ИЗНОСОСТОЙКОЙ НАПЛАВКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к материалам для наплавки. Может быть использовано для наплавки деталей из конструкционной стали, работающих в условиях интенсивного абразивного и гидроабразивного износа. Предложена порошковая проволока для износостойкой наплавки, содержащая следующие компоненты, мас.%: карбид вольфрама 35-50; карбид титана 1-3,5; кобальт 2-6; порошок алюминия 0,2-2,5; кремнефтористый натрий 0,2-0,7; стальная оболочка – остальное. Техническим результатом является повышение твердости и износостойкости наплавленного покрытия, отсутствие недопустимых дефектов. 1 табл.

Изобретение относится к материалам для наплавки и может быть использовано для износостойкой наплавки деталей машин и механизмов из конструкционных сталей, работающих в условиях интенсивного абразивного и гидроабразивного изнашивания.

Известна порошковая проволока (а.с. №354961), содержащая (вес.%):

вольфрам 22-40
кобальт 24-26
ферротитан 2,6-2,8
феррованадаий 1-1,5
стальная оболочка остальное

Однако, твердость металла, наплавленного этой порошковой проволокой (50-52 HRC), не может обеспечить требуемой износостойкости деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

В большей степени отвечает предъявляемым требованиям порошковая проволока по а.с. № 531702, имеющая никелевую оболочку и содержащая карбиды хрома, бора и вольфрама, а в качестве раскислителей – алюминиево-магниевый порошок и кремнефтористый натрий при следующем соотношении компонентов, вес.%:

карбид хрома 2-4
карбид бора 1-1,5
карбид вольфрама 66-71
алюминиево-магниевый порошок 0,6-1,2
кремнефтористый натрий 0,3-0,5
никелевая оболочка остальное

Недостатками этой проволоки являются: недостаточно высокая для условий интенсивного абразивного и гидроабразивного изнашивания износостойкость наплавленного металла и высокая стоимость никелевой оболочки.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости и износостойкости наплавленного покрытия на деталях машин и механизмов из конструкционных сталей при отсутствии в нем свищей, трещин и других недопустимых дефектов.

Технический результат достигается тем, что в порошковой проволоке, состоящей из оболочки и наполнителя в виде порошка из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама и порошков алюминия и кремнефтористого натрия, в состав частиц порошка на основе карбида вольфрама входят также карбид титана и кобальт, а оболочка выполнена из малоуглеродистой стали при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбид вольфрама 35-50
карбид титана 1-3,5
кобальт 2-6
порошок алюминия 0,2-2,5
кремнефтористый натрий 0,2-0,7
стальная оболочка остальное

Легирующими компонентами в порошковой проволоке, обеспечивающими высокие твердость и износостойкость наплавленного металла, являются карбиды вольфрама и титана. При наплавке часть порошка переходит в расплав с последующим образованием вторичных карбидов, а часть остается в наплавленном слое в виде нерасплавившихся частиц, которые благодаря своей твердости (89-91 HRA) обеспечивают повышенную износостойкость наплавленного покрытия. Кобальт в таких частицах обеспечивает их высокую термоциклическую прочность, препятствуя образованию микротрещин и способствуя сохранению высокой износостойкости.

Раскисляющими компонентами в шихте порошковой проволоки, обеспечивающими высокое качество наплавленного металла, являются порошок алюминия и кремнефтористый натрий.

Оптимальное соотношение компонентов было установлено экспериментально. Содержание карбидов вольфрама и титана принято 35-50% и 1-3,5% соответственно, что обеспечивает наиболее высокие показатели твердости и износостойкости наплавленных предлагаемой порошковой проволокой покрытий. Содержание кобальта принято 2-6%, что обеспечивает высокую термоциклическую прочность твердых частиц в наплавленном металле. Эти компоненты входят в состав порошка из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама и суммарное содержание их в порошке составляет 38-59,5%. Порошки на основе карбида вольфрама, а также карбида титана и кобальта получали путем размола в шаровой мельнице отработанных элементов режущего инструмента из сплавов типа ВК6, Т5К10 и др.

Содержание раскисляющих компонентов в порошковой проволоке установлено в пределах: порошок алюминия – 0,2-2,5, кремнефтористый натрий – 0,2-0,7%. Более низкое содержание этих компонентов не обеспечивает полного раскисления расплавленного металла, что вызывает пористость в наплавленном металле, снижая его износостойкость.

Применение предлагаемой порошковой проволоки обеспечивает повышение износостойкости деталей благодаря наличию в наплавленном металле большого количества выделений карбидов вольфрама и титана, а также нерасплавленных частиц порошка из твердого металлокерамического сплава на основе карбида вольфрама (последних до 10-15% от порошка в проволоке), которые служат барьером на пути абразивных частиц. Оптимальная толщина наплавленного порошковой проволокой высокоизносостойкого покрытия достигается при наплавке в 2-3 слоя и составляет 3-5 мм. За счет перемешивания расплавленного основного металла детали и частиц порошка из проволоки и высокой плотности последних количество легирующих элементов в нижних слоях наплавленного металла не ниже, чем в верхних слоях. По этой причине твердость и износостойкость наплавленного покрытия по мере его изнашивания не снижаются.

Экспериментальное опробование предложенного состава порошковой проволоки проводилось при использовании следующих исходных компонентов:

– порошка, полученного размолом пластинок из твердых сплавов ВК6 и Т5К10 (ГОСТ 3882-74). Размол производился в шаровой мельнице до частиц размером 100-315 мкм;

– порошка алюминия марки ПА-1 по ГОСТ 6058-73;

– порошка кремнефтористого натрия;

– стальной ленты для изготовления оболочки проволоки из Ст08кп толщиной 0,5 мм по ГОСТ 503-81.

Изготовленная порошковая проволока диаметром 4 мм имеет коэффициент заполнения 40-60%.

Под наплавку использовали пластины из стали 20 размерами 12×100×100 мм. Наплавку выполняли предлагаемой порошковой проволокой аргонодуговым способом неплавящимся электродом на сварочном токе 200 А в два слоя с перекрытием каждого предыдущего наплавленного валика следующим до 50% от его ширины. Толщина наплавленного покрытия составила 3,5-4,0 мм.

Примеры реализации изобретения приведены в таблице.

Таблица
Состав порошковых проволок и свойства наплавленного ими металла
Характерные признаки порошковых проволок Предлагаемый состав Прототип
1 2 3
Содержание карбидов вольфрама, % 35 45 50 68
Содержание карбидов титана, % 1 2,5 3,5
Содержание кобальта, % 2 5 6
Содержание порошка алюминия, % 0,2 2 2,5
Содержание кремнефтористого натрия, % 0,2 0,6 0,7 0,4
Содержание карбидов хрома, % 3
Содержание карбидов бора, % 1
Содержание алюминиево-магниевого порошка, % 1
Стальная оболочка проволоки, % ост ост ост
Никелевая оболочка проволоки, % ОСТ
Твердость наплавленного металла, HRC 61 65 67 58
Относительная износостойкость наплавленного металла, (эталон Ст45) 7,5 8,7 9,5 6,5

Приведенные в таблице данные подтверждают правильность технического решения и выбранных интервалов по составу порошковой проволоки.

Экономический эффект от предложенного изобретения выразится прежде всего в повышении в 1,5-2 раза ресурса работы деталей, подвергающихся в процессе эксплуатации интенсивному изнашиванию (детали машин дорожно-строительного и сельскохозяйственного назначения, оборудования для производства цемента, асфальта, кирпича и других материалов, механизмов и инструмента для горнорудной, нефте- и газодобывающей отраслей промышленности и др.). Наряду с этим снижаются эксплуатационные расходы, связанные с остановкой оборудования и заменой вышедших из строя деталей на новые.

Формула изобретения

Порошковая проволока для износостойкой наплавки, состоящая из оболочки и наполнителя в виде порошка из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама и порошков алюминия и кремнефтористого натрия, отличающаяся тем, что в состав частиц порошка на основе карбида вольфрама входят также карбид титана и кобальт, а оболочка проволоки выполнена из малоуглеродистой стали при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбид вольфрама 35-50;
карбид титана 1-3,5;
кобальт 2-6;
порошок алюминия 0,2-2,5;
кремнефтористый натрий 0,2-0,7;
стальная оболочка остальное.

Categories: BD_2259000-2259999