RU2339496C1 - Flux cored wire for details welding deposition - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy, processes.

SUBSTANCE: flux cored wire includes envelope made of low-carbon stee and filler in the form of powder at following content of components, wt %: tungsten carbide 50-60, titanium carbide 2-4, cobalt 4-6, chrome 4-6, ferroboron 8-12, nickel 2-5, fluorsilicate sodium 2-4, steel shell - the rest.

EFFECT: increased hardness and endurance of surfaced coat; increasing of operating resource of details and reduction of maintenance charges.

1 tbl

Description

Изобретение относится к материалам для наплавки на детали из конструкционных сталей, работающие в условиях абразивного или гидроабразивного изнашивания, в том числе, при наличии умеренных ударных нагрузок.The invention relates to materials for surfacing on parts made of structural steels, operating in conditions of abrasive or hydroabrasive wear, including in the presence of moderate shock loads.

Известна порошковая проволока [авт. свид. СССР №354961], содержащая вес.%:Known flux-cored wire [ed. testimonial. USSR No. 354961], containing wt.%:

Вольфрам 22-40Tungsten 22-40

Кобальт 24-26Cobalt 24-26

Ферротитан 2.6-2.8Ferrotitanium 2.6-2.8

Феррованадий 1-1.5Ferrovanadium 1-1.5

Стальная оболочка - остальное.The steel shell is the rest.

Однако твердость металла, наплавленного этой порошковой проволокой (50-52 HRC), не может обеспечить требуемой износостойкости деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного или гидроабразивного изнашивания.However, the hardness of the metal deposited with this cored wire (50-52 HRC) cannot provide the required wear resistance of parts operating in conditions of intense abrasive or hydroabrasive wear.

В большей степени отвечает предъявляемым требованиям порошковая проволока для износостойкой наплавки, выбранная за прототип [Патент РФ №2259266]. Она содержит карбиды вольфрама и титана, кобальт, а в качестве раскислителей порошок алюминия и кремнефтористый натрий при следующем соотношении компонентов, вес.%:To a greater extent meets the requirements of the flux-cored wire for wear-resistant surfacing, selected for the prototype [RF Patent No. 2259266]. It contains tungsten and titanium carbides, cobalt, and as deoxidants, aluminum powder and sodium silicofluoride in the following ratio of components, wt.%:

Карбид вольфрама 35-50Tungsten Carbide 35-50

Карбид титана 1-3.5Titanium carbide 1-3.5

Кобальт 2-6Cobalt 2-6

Порошок алюминия 0.2-2.5Aluminum powder 0.2-2.5

Кремнефтористый натрий 0.2-0.7Sodium silicofluoride 0.2-0.7

Стальная оболочка - остальное.The steel shell is the rest.

Недостатком этой проволоки является сравнительно низкая стабильность горения дуги, повышенное порообразование, а также не обеспечивается требуемый уровень износостойкости.The disadvantage of this wire is the relatively low stability of arc burning, increased pore formation, and the required level of wear resistance is not provided.

Задачей изобретения является повышение твердости и износостойкости наплавленных покрытий на деталях машин, механизмов и инструмента из конструкционных сталей при работе их в условиях абразивного или гидроабразивного изнашивания и умеренных ударных нагрузок при отсутствии в наплавленном металле трещин, скоплений пор и других недопустимых дефектов.The objective of the invention is to increase the hardness and wear resistance of the deposited coatings on machine parts, mechanisms and tools made of structural steels when working under conditions of abrasive or hydroabrasive wear and moderate shock loads in the absence of cracks, pore accumulations and other unacceptable defects in the deposited metal.

Предложена порошковая проволока для наплавки деталей, состоящая из оболочки из малоуглеродистой стали и наполнителя в виде металлокерамических сплавов на основе карбидов вольфрама и титана, содержащего также кобальт и кремнефтористый натрий. Наполнитель дополнительно содержит порошки хрома, ферробора и никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%:A flux-cored wire for surfacing parts is proposed, consisting of a shell of mild steel and a filler in the form of cermet alloys based on tungsten and titanium carbides, which also contains cobalt and sodium silicofluoride. The filler additionally contains powders of chromium, ferroboron and nickel in the following ratio of components, wt.%:

Карбид вольфрама 50-60Tungsten Carbide 50-60

Карбидтитана 2-4Carbide titanium 2-4

Кобальт 4-6Cobalt 4-6

Хром 4-6Chrome 4-6

Ферробор 8-12Ferroboron 8-12

Никель 2-5Nickel 2-5

Кремнефтористый натрий 2-4Sodium silicofluoride 2-4

Стальная оболочка - остальное.The steel shell is the rest.

Легирующими компонентами в порошковой проволоке, обеспечивающей высокую твердость и износостойкость наплавленного металла, являются карбиды вольфрама и титана, хром и ферробор. Хром и ферробор, соединяясь с углеродом из расплавившихся частиц порошка карбидов вольфрама, а также с углеродом из расплавленного металла изделия и стальной оболочки порошковой проволоки, образуют карбиды хрома, карбобориды, а также бориды вольфрама и хрома, что дополнительно повышает твердость матричного сплава и обеспечивает высокий уровень износостойкости металла, наплавленного этим составом. При наплавке часть порошка карбидов вольфрама и титана переходит в расплав с последующим образованием вторичных, в том числе сложных карбидов типа (Fe, W)C, a часть остается в наплавленном металле в виде нерасплавившихся армирующих его частиц, которые благодаря своей высокой твердости (88-91 HRA) обеспечивают повышенную износостойкость наплавленного покрытия. Никель повышает пластичность сплава и предотвращает выкрашивание твердых частиц карбида вольфрама.The alloying components in a flux-cored wire, providing high hardness and wear resistance of the deposited metal, are tungsten and titanium carbides, chromium and ferroboron. Chrome and ferroboron, combining with carbon from the molten particles of tungsten carbide powder, as well as carbon from the molten metal of the product and the steel shell of the flux-cored wire, form chromium carbides, carboborides, and also borides of tungsten and chromium, which additionally increases the hardness of the matrix alloy and provides high the level of wear resistance of the metal deposited with this composition. During surfacing, part of the powder of tungsten and titanium carbides passes into the melt with the subsequent formation of secondary, including complex carbides of the type (Fe, W) C, while part remains in the deposited metal in the form of unmelted particles reinforcing it, which due to their high hardness (88- 91 HRA) provide increased wear resistance of the deposited coating. Nickel increases the ductility of the alloy and prevents chipping of solid particles of tungsten carbide.

Кобальт в нерасплавленных частицах порошка обеспечивает их высокую термоциклическую прочность, препятствуя образованию микротрещин и способствуя образованию аустенитной составляющей в структуре наплавленного металла, обеспечивает повышенную стойкость его против ударных нагрузок. Для снижения склонности к образованию пор, повышения стабильности горения дуги, обеспечения высокого качества наплавленного металла в состав шихты именно в указанном количестве введен кремнефтористый натрий. Благодаря наличию в наплавленном металле большого количества упрочняющей твердой фазы из карбидов, карбоборидов и боридов, а также нерасплавленных частиц порошка из твердого металлокерамического сплава на основе карбидов вольфрама последние армируют матричный сплав и служат барьером на пути абразивных частиц. Стойкость наплавленных покрытий против ударных нагрузок обеспечивается наличием в матричном сплаве аустенитной составляющей. Оптимальная толщина наплавленного порошковой проволокой высокоизносостойкого покрытия составляет 2-4 мм. За счет перемешивания расплавленного основного металла детали и частиц порошка из карбидовольфрамового сплава, обладающих высокой плотностью, 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 снижается. Таким образом, существенными признаками, характеризующими изобретение, являются определенное соотношение компонентов и дополнительное содержание хрома, ферробора и никеля.Cobalt in the unmelted particles of the powder provides their high thermocyclic strength, preventing the formation of microcracks and contributing to the formation of an austenitic component in the structure of the deposited metal, provides its increased resistance to shock loads. To reduce the tendency to form pores, increase the stability of arc burning, and ensure high quality of the deposited metal, sodium silicofluoride was introduced into the composition of the mixture in the specified amount. Due to the presence in the deposited metal of a large amount of hardening solid phase from carbides, carboborides and borides, as well as unmelted powder particles from a hard metal-ceramic alloy based on tungsten carbides, the latter reinforce the matrix alloy and serve as a barrier to the abrasive particles. The resistance of the deposited coatings against shock loads is ensured by the presence of an austenitic component in the matrix alloy. The optimum thickness of the highly wear-resistant coating deposited with flux-cored wire is 2-4 mm. Due to the mixing of the molten base metal of the part and powder particles of tungsten carbide alloy having a high density, the number of alloying elements in the lower layers of the deposited metal is not lower than in the upper layers. For this reason, the hardness and wear resistance of the deposited coating does not decrease as it wears out. Thus, the essential features characterizing the invention are a certain ratio of components and an additional content of chromium, ferroboron and nickel.

Оптимальное соотношение компонентов было установлено экспериментально. Содержание карбидов вольфрама и титана принято 50-60 мас.% и 2-4 мас.% соответственно, что обеспечивает наиболее высокие показатели твердости и износостойкости наплавленных покрытий. Содержание хрома и ферробора принято 4-6 мас.% и 8-12 мас.% соответственно, что увеличивает содержание в матричном сплаве упрочняющих частиц в виде карбидов, карбоборидов и боридов, дополнительно повышая твердость и износостойкость наплавленных покрытий. Содержание кобальта принято 4-6 мас.%, что обеспечивает высокую термоциклическую прочность твердых частиц в наплавленном металле. Содержание никеля в порошковой проволоке принято в пределах 2-5 мас.%, что достаточно для обеспечения стойкости наплавленных покрытий против умеренных ударных нагрузок. Содержание в порошковой проволоке кремнефтористого натрия установлено в пределах 2-4 мас.%. Более низкое содержание этого компонента не обеспечивает защиты металла, вызывая появление пористости и шлаковых включений в наплавленном металле и снижая его износостойкость, в том числе за счет уменьшения устойчивости дугового процесса.The optimal ratio of the components was established experimentally. The content of tungsten and titanium carbides is taken to be 50-60 wt.% And 2-4 wt.%, Respectively, which provides the highest hardness and wear resistance of the deposited coatings. The content of chromium and ferroboron is taken to be 4-6 wt.% And 8-12 wt.%, Respectively, which increases the content in the matrix alloy of reinforcing particles in the form of carbides, carboborides and borides, further increasing the hardness and wear resistance of the deposited coatings. The cobalt content is assumed to be 4-6 wt.%, Which provides high thermal cyclic strength of solid particles in the weld metal. The nickel content in the cored wire is accepted in the range of 2-5 wt.%, Which is sufficient to ensure the resistance of the deposited coatings against moderate impact loads. The content in the flux-cored wire of sodium silicofluoride is set within 2-4 wt.%. The lower content of this component does not protect the metal, causing the appearance of porosity and slag inclusions in the weld metal and reducing its wear resistance, including by reducing the stability of the arc process.

Экспериментальное опробование предложенного состава порошковой проволоки проводилось при использовании следующих исходных компонентов:Experimental testing of the proposed composition of the cored wire was carried out using the following starting components:

- порошка, полученного размолом пластинок из твердых сплавов ВК6 и Т5К10 (ГОСТ 3882-74). Размол выполняли в шаровой мельнице до частиц размером 315-800 мкм,- powder obtained by grinding plates of hard alloys VK6 and T5K10 (GOST 3882-74). The grinding was performed in a ball mill to particles with a size of 315-800 microns,

- порошка металлического хрома марки X1 по ГОСТ 5905,- metal chromium powder brand X1 according to GOST 5905,

- порошка ферробора марки ФБ-1 по ГОСТ 14848,- FB-1 brand ferroboron powder in accordance with GOST 14848,

- порошка никеля марки НП-1 по ГОСТ 9722.- Nickel powder grade NP-1 according to GOST 9722.

- порошка кремнефтористого натрия по ТУ-6-09-1461,- sodium silicofluoride powder according to TU-6-09-1461,

- стальной ленты для изготовления оболочки порошковой проволоки из стали марки Ст08кп толщиной 0.6 мм по ГОСТ 503-81.- steel tape for the manufacture of a cored wire sheath made of steel grade St08kp 0.6 mm thick according to GOST 503-81.

Изготовленная порошковая проволока диаметром 4.2 мм имела коэффициент заполнения 60-70%. Под наплавку использовали пластины из стали Ст3сп размерами 15×100×200 мм. Наплавку выполняли предлагаемой порошковой проволокой аргонодуговым способом неплавящимся электродом на токе 120-130А с перекрытием каждого предыдущего наплавленного валика следующим до 50% его ширины. Толщина наплавленного покрытия составила 3.0-3.5 мм.The manufactured flux-cored wire with a diameter of 4.2 mm had a fill factor of 60-70%. For surfacing, plates made of St3sp steel with dimensions of 15 × 100 × 200 mm were used. Surfacing was carried out by the non-consumable electrode using a flux-cored wire using an argon-arc method at a current of 120-130 A with overlapping of each previous weld bead following up to 50% of its width. The thickness of the deposited coating was 3.0-3.5 mm.

Состав порошковых проволок и свойства наплавленного металлаThe composition of cored wires and the properties of the weld metal

ТаблицаTable Характерные признаки порошковых проволокCharacteristic features of cored wires Предлагаемый состав, мас.%The proposed composition, wt.% Прототип, мас.%Prototype, wt.% 1one 22 33 Содержание карбидов вольфрамаTungsten Carbide Content 50fifty 5555 6060 4646 Содержание карбидов титанаTitanium carbide content 22 33 4four 22 Содержание кобальтаCobalt content 4four 55 66 4four Содержание хромаChromium content 4four 55 66 -- Содержание ферробораFerroboron Content 88 1010 1212 -- Содержание порошка никеляNickel Powder Content 22 3,53,5 55 -- Содержание порошка алюминияAluminum powder content -- -- -- 1.51.5 Содержание кремнефтористого натрияThe content of sodium silicofluoride 22 33 4four 0.50.5 Стальная оболочка проволокиSteel wire sheath ОстOst ОстOst ОстOst ОстOst Твердость наплавленного металла, HRCHardness of weld metal, HRC 6565 6666 6767 6262 Относительная износостойкость наплавленного металла, εRelative wear resistance of deposited metal, ε 8.88.8 10.710.7 11.511.5 7.27.2 (эталон Ст45)(standard St45)        

Приведенные в таблице данные подтверждают правильность технического решения и выбранных интервалов по составу порошковой проволоки.The data in the table confirm the correctness of the technical solution and the selected intervals for the composition of the cored wire.

Порошковая проволока для наплавки деталей обладает повышенной твердостью и износостойкостью наплавленных покрытий. Экономический эффект выразится прежде всего в повышении в 1.5-1.8 раза ресурса работы деталей, подвергающихся в процессе эксплуатации интенсивному изнашиванию при наличии умеренных ударных нагрузок (детали бурового и горнорудного оборудования, детали дорожно-строительных машин, оборудование доменных печей, детали мельниц и дробилок, оборудование для производства цемента, асфальтобетонной смеси и др.) Наряду с этим снижаются эксплуатационные расходы, связанные с остановкой оборудования и заменой вышедших из строя деталей на новые.Flux cored wire for surfacing parts has increased hardness and wear resistance of deposited coatings. The economic effect will be expressed primarily in the 1.5-1.8-fold increase in the service life of parts subjected to intensive wear during operation in the presence of moderate shock loads (parts of drilling and mining equipment, parts of road-building machines, equipment of blast furnaces, parts of mills and crushers, equipment for the production of cement, asphalt concrete mix, etc.) Along with this, operating costs associated with shutting down equipment and replacing failed parts with new ones are reduced.

Claims (1)

Порошковая проволока для наплавки деталей, состоящая из оболочки из малоуглеродистой стали и наполнителя в виде порошка, содержащего металлокерамические сплавы на основе карбидов вольфрама и титана, кобальт и кремнефтористый натрий, отличающаяся тем, что наполнитель дополнительно содержит хром, ферробор и никель при следующем соотношении составляющих компонентов проволоки, мас.%:A flux-cored wire for surfacing parts, consisting of a shell of mild steel and a filler in the form of a powder containing cermet alloys based on tungsten and titanium carbides, cobalt and sodium silicofluoride, characterized in that the filler additionally contains chromium, ferroboron and nickel in the following ratio of components wire, wt.%: Карбид вольфрамаWolfram carbide 50-6050-60 Карбид титанаTitanium carbide 2-42-4 КобальтCobalt 4-64-6 ХромChromium 4-64-6 ФерроборFerroboron 8-128-12 НикельNickel 2-52-5 Кремнефтористый натрийSodium silicofluoride 2-42-4 Стальная оболочкаSteel sheath ОстальноеRest