RU2068760C1 - Consumable electrode - Google Patents

Abstract

FIELD: surfacing of dies. SUBSTANCE: consumable electrode is wire with molybdenum core enclosed in steel sheathing. Sheathing contains, mass %: carbon, 0.03-0.18; silicon, 0.2-0.4; manganese, 0.4-0.6; chromium, 1.0-3.0; nickel, 7.0-9.0; molybdenum, 5.0-7.0; niobium, 0.6-2.5; iron, the balance. Weight of core equals 6% of wire weight. EFFECT: enhanced manufacturability in production of wire. 2 tbl

Description

Изобретение относится к сварке и наплавке, в частности, к плавящимся электродам, используемым для наплавки штампового инструмента мартенситностареющими сталями. The invention relates to welding and surfacing, in particular, to consumable electrodes used for surfacing a die tool with maraging steel.

Известны мартенситностареющие стали, которые могут быть использованы для износостойкой наплавки. Традиционным упрочнением этих сталей является содержание Ti и Al, которые образуют при старении упрочняющие интерметаллидные фазы в основном с Ni. Known martensitic steels that can be used for wear-resistant surfacing. The traditional hardening of these steels is the content of Ti and Al, which form hardening intermetallic phases during aging mainly with Ni.

Однако, введение Ti и Al в заданном количестве в наплавленный металл создает трудности в процессе наплавки, из-за большого сродства их к кислороду. However, the introduction of Ti and Al in a predetermined amount into the weld metal creates difficulties in the surfacing process, due to their high affinity for oxygen.

Близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению является износостойкий сплав, имеющий следующий состав, мас. Close in technical essence and the achieved positive effect to the claimed invention is a wear-resistant alloy having the following composition, wt.

углерод 0,03 0,18
кремний 0,8 0,4
марганец 0,4 0,6
хром 1,0 3,0
никель 7,0 9,0
молибден 11,0 13,0
ниобий 0,6 2,5
железо остальное [1]
Этот сплав типа Х2НВМ126 не содержит Ti и Al и имеет существенное преимущество перед аналогами при использовании для наплавочных работ. Упрочнение прототипа происходит за счет образования интерметаллидных упрочняющих фаз с участием молибдена, который имеет меньшее сродство к кислороду по сравнению с Ti и Al и поэтому создает меньше трудностей при наплавке. Образование упрочняющих фаз с молибденом типа (Fe, Ni)₂Mo, Ni₃Mo и других приводит к получению стабильных свойств сплава, что очень важно при наплавке ответственных изделий. При этом сплав характерен относительно низкой твердостью 34 36 HRCэ после многослойной наплавки, что дает возможность удовлетворительно обрабатывать его режущим инструментом. После старения в печи при 500 550^oC (1 2 часа) или температурах эксплуатации твердость может повышаться до 55 HRCэ за счет образования упрочняющих фаз. Это способствует повышению износостойкости изделий, в частности, штампового инструмента.carbon 0.03 0.18
silicon 0.8 0.4
manganese 0.4 0.6
chrome 1.0 3.0
nickel 7.0 9.0
molybdenum 11.0 13.0
niobium 0.6 2.5
iron rest [1]
This alloy type X2HBM126 does not contain Ti and Al and has a significant advantage over analogues when used for surfacing. The hardening of the prototype occurs due to the formation of intermetallic hardening phases with the participation of molybdenum, which has a lower affinity for oxygen in comparison with Ti and Al and therefore creates less difficulty in welding. The formation of hardening phases with molybdenum of the type (Fe, Ni) ₂ Mo, Ni ₃ Mo and others leads to the stable properties of the alloy, which is very important when surfacing critical products. Moreover, the alloy is characterized by a relatively low hardness of 34 36 HRCE after multilayer surfacing, which makes it possible to satisfactorily process it with a cutting tool. After aging in the oven at 500 550 ^o C (1 2 hours) or operating temperatures, the hardness can increase to 55 HRC due to the formation of hardening phases. This helps to increase the wear resistance of products, in particular, stamping tools.

Однако, мартенситностареющие сплавы относятся к труднодеформируемым материалам и получение цельнотянутых сплошных проволок затруднено, особенно малых диаметров 1,2 2,0 мм, используемых для механизированной наплавки, из-за низких технологических свойств при переделе. However, martensitic alloys are difficult to deform and it is difficult to obtain seamless solid wires, especially the small diameters of 1.2 to 2.0 mm used for mechanized surfacing, due to the low technological properties during redistribution.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является прототип плавящийся электрод для электродуговой сварки [2] Известный плавящийся электрод выполнен в виде проволоки из стальной оболочки и сердечника из молибдена, при этом его диаметр составляет 0,07 0,5 диаметра электрода. The closest in technical essence and the achieved result is a prototype consumable electrode for electric arc welding [2] The known consumable electrode is made in the form of a wire from a steel sheath and a core of molybdenum, while its diameter is 0.07 0.5 of the diameter of the electrode.

Недостатком прототипа являются его низкие технологические свойства при переделе, которые объясняются тем, что в известном плавящемся электроде труднодеформируемый молибден весь введен в сердечник, что затрудняет условия прокатки. The disadvantage of the prototype is its low technological properties during redistribution, which are explained by the fact that in the known melting electrode, hardly deformed molybdenum is introduced into the core, which complicates the rolling conditions.

Целью предполагаемого изобретения является повышение технологических свойств проволоки для износостойкости наплавки мартенситностареющей стали при изготовлении. The aim of the proposed invention is to improve the technological properties of the wire for wear resistance of the surfacing of maraging steel in the manufacture.

Цель изобретения достигается тем, что в плавящемся электроде, выполненном в виде проволоки из стальной оболочки и молибденового сердечника, оболочка выполнена из стали, содержащей, мас. The purpose of the invention is achieved in that in a consumable electrode made in the form of a wire from a steel sheath and a molybdenum core, the sheath is made of steel containing, by weight.

углерод 0,03 0,18
кремний 0,2 0,4
марганец 0,4 0,6
хром 1,0 3,0
никель 7,0 9,0
молибден 5,0 7,0
ниобий 0,6 2,5
железо остальное,
а сердечник составляет 6,0% от веса проволоки.carbon 0.03 0.18
silicon 0.2 0.4
manganese 0.4 0.6
chrome 1.0 3.0
nickel 7.0 9.0
molybdenum 5.0 7.0
niobium 0.6 2.5
iron the rest
and the core is 6.0% of the weight of the wire.

Таким образом сердечник состоит из молибдена, который составляет 6,0% от веса проволоки, а остальная часть молибдена проволоки в количестве 5,0 7,0 вес. находится в ее оболочке. Thus, the core consists of molybdenum, which is 6.0% of the weight of the wire, and the rest of the molybdenum wire in an amount of 5.0 to 7.0 weight. is in her shell.

Плавящийся электрод был опробован в производственных условиях. При этом оболочки для передела были отлиты с химосоставом, приведенным в таблице 1 и затем прокованы и обработаны резанием на размеры: диаметр 95 мм, длина 450 мм. Данные приведены в табл. 1. The consumable electrode was tested under production conditions. In this case, the shells for redistribution were cast with the chemical composition shown in Table 1 and then forged and processed by cutting to dimensions: diameter 95 mm, length 450 mm. The data are given in table. 1.

Диаметр осевого отверстия для сердечника-стержня зависел от степени легирования молибденом через оболочку и стержень. The diameter of the axial hole for the core-rod depended on the degree of doping with molybdenum through the shell and the rod.

Полученные заготовки подвергались прессованию на штанги диаметром 40 мм и прокатывались на катанку диаметром 7 мм. Затем осуществлялось волочение по единому маршруту, принятому для технологических высоколегированных сталей 7,0-6,4-5,9-5,4-5,0 термообработка + подготовка поверхности - 4,1-3,4-2,9-2,5 термообработка + подготовка поверхности 2,0-1,6-1,2. The resulting billets were pressed onto rods with a diameter of 40 mm and rolled onto a wire rod with a diameter of 7 mm. Then, drawing was carried out along a single route adopted for technological high alloy steels 7.0-6.4-5.9-5.4-5.0 heat treatment + surface preparation - 4.1-3.4-2.9-2, 5 heat treatment + surface preparation 2.0-1.6-1.2.

По приведенной схеме техпроцесса было исследовано в переделе шесть вариантов заготовок с различным содержанием молибдена в оболочке и сердечнике, суммарное содержание молибдена составляло 12 вес. Оценку технологических свойств давали при ковке по количеству выносов, прессования и прокатке - выходу годного металла для дальнейшего его передела, волочении получению минимального диаметра без обрыва проволоки на переходах маршрута. Содержание молибдена в оболочке и сердечнике в вес. а также средние данные результатов исследования по трем заготовкам каждого варианта при переделе представлены в табл. 2. According to the given process flow diagram, six variants of preforms with different molybdenum contents in the shell and core were investigated in the redistribution; the total molybdenum content was 12 weight. Assessment of technological properties was given during forging by the number of outbursts, pressing and rolling — the yield of suitable metal for its further redistribution, drawing to obtain a minimum diameter without wire breakage at route junctions. The molybdenum content in the shell and core in weight. as well as the average data of the research results for the three blanks of each option during redistribution are presented in table. 2.

Исследования показали, что при свободной ковке оболочки с повышением содержания молибдена более 7 вес. (вариант 1 и 6) количество выносов увеличивается соответственно до 4 и 5. Варианты 2, 3, 4, 5 имели наименьшее количество выносов 3. Это связано с понижением пластических свойств сталей при повышении содержания молибдена и образованием значительного количества упрочняющей фазы, особенно на последних стадиях ковки. Выделяемая фаза имела дискообразную форму. При визуальном осмотре металла трещин не наблюдалось. Studies have shown that with free forging of the shell with an increase in the molybdenum content of more than 7 weight. (option 1 and 6) the number of outbursts increases, respectively, to 4 and 5. Variants 2, 3, 4, 5 had the smallest number of outbursts 3. This is due to a decrease in the plastic properties of steels with increasing molybdenum content and the formation of a significant amount of hardening phase, especially in the latter stages of forging. The isolated phase had a disk-shaped shape. Visual inspection of the metal showed no cracks.

После прессования заготовок (оболочка + сердечник) на штангу диаметром 40 мм варианты 1 и 6 имели небольшие продольные и поперечные трещины на начальном и конечном участках штанги. После удаления дефектных мест выход годного металла составил соответственно 80 и 70% У штанг варианта 5 наблюдалось некоторое смещение передней части оболочки относительно сердечника стержня в сторону, обратную направлению прессования. Это обусловлено повышенной разницей пластических свойств оболочки и сердечника с наибольшим диаметром. В связи с этим нарушаются условия совместного пластического деформирования в начальный момент прессования. Выход годного металла по варианту 5 составил 90% вариантов 2, 3, 4 100% Штанги годного металла для дальнейшего передела - прокатки не мели трещин и расслоений, качество поверхности удовлетворительное. After pressing the blanks (shell + core) onto a rod with a diameter of 40 mm, options 1 and 6 had small longitudinal and transverse cracks in the initial and final sections of the rod. After removal of the defective sites, the yield of metal was 80 and 70%, respectively. For rods of version 5, a certain shift of the front part of the shell relative to the core of the rod in the direction opposite to the pressing direction was observed. This is due to the increased difference in the plastic properties of the shell and core with the largest diameter. In this regard, the conditions of joint plastic deformation at the initial moment of pressing are violated. The yield of metal according to option 5 amounted to 90% of options 2, 3, 4, 100% of the rod of metal suitable for further processing - rolling is not shallow cracks and delaminations, the surface quality is satisfactory.

Прокатка штанг на катанку диаметром 7 мм в целом прошла удовлетворительно, хотя на вариантах 1 и 6 наблюдались на отдельных участках расслоения. После удаления дефектного места выход годного металла составил 80% с ухудшенным качеством поверхности в сравнении с остальными вариантами. Выход годного металла вариантов 2, 3, 4, 5 составил 100%
Таким образом, анализируя результаты передела, связанного с нагревом и охлаждением металла, можно сделать вывод, что наилучшими технологическими свойствами обладают заготовки вариантов 2, 3 и 4. Они имеют наименьшее количество выносов при ковке, наибольший выход годного металла после прессования и прокатки.The rolling of the rods on a wire rod with a diameter of 7 mm was generally satisfactory, although on options 1 and 6 were observed in separate sections of the bundle. After removal of the defective site, the yield of metal was 80% with a deteriorated surface quality in comparison with other options. The yield of metal of options 2, 3, 4, 5 was 100%
Thus, analyzing the results of the redistribution associated with the heating and cooling of the metal, it can be concluded that the workpieces of options 2, 3, and 4 have the best technological properties. They have the smallest number of outbursts during forging, the greatest yield of metal after pressing and rolling.

Волочение катанки осуществляли до минимального диаметра, при получении которого не наблюдалось обрывов проволоки. Было установлено, что катанку варианта 6 (прототип) можно протянуть на диаметр 5,4 мм, вариант 1 3,4 мм, вариант 5 2,9 мм. При этом характер обрыва проволок варианта 1 отличается от варианта 5. В первом случае обрыв происходил вначале по оболочке, а во втором по сердечнику. Цель получения малых диаметров (1,2 2,0 мм) была достигнута на проволоках вариантов 2, 3, 4, технологические свойства которых позволили протянуть их на диаметры соответственно 1,4; 1,2; 1,4 мм. При волочении проволок вариантов 2 и 4 с 1,6 мм на 1,2 мм наблюдались обрывы, поэтому степень деформации была уменьшена с получением диаметра 1,4 мм. Без обрыва на минимальный диаметр 1,2 была протянута проволока варианта 3. Отсюда следует, что суммарная степень деформации при волочении вариантов 2, 3, 4 превысила вариант 6 (прототип) в 4,6 3,5 раза. The wire rod was drawn to the minimum diameter, upon receipt of which no wire breaks were observed. It was found that the wire rod of option 6 (prototype) can be extended to a diameter of 5.4 mm, option 1 3.4 mm, option 5 2.9 mm. In this case, the nature of wire breakage of option 1 differs from option 5. In the first case, the breakage occurred first along the sheath, and in the second, along the core. The goal of obtaining small diameters (1.2 2.0 mm) was achieved on the wires of options 2, 3, 4, the technological properties of which made it possible to stretch them to diameters of 1.4 respectively; 1,2; 1.4 mm. When drawing wires of options 2 and 4 from 1.6 mm to 1.2 mm, breaks were observed, so the degree of deformation was reduced to obtain a diameter of 1.4 mm. Without breaking, the wire of option 3 was stretched to the minimum diameter of 1.2. It follows that the total degree of deformation during drawing of options 2, 3, 4 exceeded option 6 (prototype) by 4.6 3.5 times.

Исследование микроструктуры вдоль и поперек проволок показало равномерную толщину оболочки относительно сердечника. The study of the microstructure along and across the wires showed a uniform thickness of the sheath relative to the core.

Исследование влияния компонентов, содержащихся в стали оболочки, кроме молибдена, не проводились, так как эти компоненты не оказывают влияния на процесс металлургического передела. Соотношение размеров оболочки и сердечника вторичный признак, который будет определяться содержанием в них молибдена. The study of the influence of the components contained in the shell steel, except for molybdenum, was not carried out, since these components do not affect the metallurgical process. The ratio of the size of the shell and core is a secondary sign, which will be determined by the content of molybdenum in them.

Изготовлена промышленная партия плавящихся электродов из композитной цельнотянутой проволоки малых диаметров от 2,0 до 1,2 мм по вариантам 2, 3, 4. Проведены опытные наплавки под слоем флюса в среде аргона и углекислого газа, воздуха (без защиты). Наплавленный металл имеет хорошее формование, без пор и шлаковых включений. An industrial batch of melting electrodes was made from composite seamless wire of small diameters from 2.0 to 1.2 mm according to options 2, 3, 4. Experimental surfacing was carried out under a flux layer in an atmosphere of argon and carbon dioxide, air (without protection). The weld metal has a good molding, without pores and slag inclusions.

Предполагаемый экономический эффект от использования заявляемого плавящегося электрода для износостойкой наплавки мартенситностареющей стали составляет 54 тыс. рублей за счет повышения технологичности в металлургическом переделе. ТТТ1 The estimated economic effect of using the inventive consumable electrode for wear-resistant surfacing of maraging steel is 54 thousand rubles due to the increase of manufacturability in the metallurgical redistribution. TTT1

Claims (1)

Плавящийся электрод, выполненный виде проволоки из стальной оболочки и молибденового сердечника, отличающийся тем, что, с целью повышения технологических свойств при изготовлении проволоки для износостойкой наплавки мартенситностареющей стали, оболочка выполнена из стали, содержащей, мас. A consumable electrode made in the form of a wire from a steel sheath and a molybdenum core, characterized in that, in order to improve technological properties in the manufacture of wire for wear-resistant surfacing of maraging steel, the sheath is made of steel containing, by weight. Углерод 0,03 0,18
Кремний 0,2 0,4
Марганец 0,4 0,6
Хром 1,0 3,0
Никель 7,0 9,0
Молибден 5,0 7,0
Ниобий 0,6 2,5
Железо Остальное
а сердечник составляет 6% от веса проволоки.Carbon 0.03 0.18
Silicon 0.2 0.4
Manganese 0.4 0.6
Chrome 1.0 3.0
Nickel 7.0 9.0
Molybdenum 5.0 7.0
Niobium 0.6 2.5
Iron Else
and the core is 6% of the weight of the wire.

Images