CC BY
126
106
С.О. Гордин, А.Н. Смирнов, В.Л. Князьков
УДК 621.791.75: [621.791.013]
С.О. Гордин, А.Н. Смирнов, В.Л. Князьков
СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ИЗНОСОСТОЙКОЙ НАПЛАВКИ
Для наплавки деталей, работающих в условиях преимущественного абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками, широко используются электроды марок Т-590 и Т-620. Однако, в современных условиях, когда каждое предприятие борется за конкурентоспособность -повышает качество сварочных материалов, данные марки электродов не являются привлекательными для потребителя в силу ряда причин. Основным недостатком получаемого покрытия является склонность к образованию трещин и низкий эксплуатационный ресурс восстановленных деталей.
Для противодействия воздействию абразивной среды металл должен иметь твердую составляющую. Такой составляющей могут быть карбиды, бориды, карбобориды, карбонитриды и интерметаллические соединения [1].
Повышение эксплуатационных свойств наплавленных покрытий возможно за счет введение в покрытие износостойкой составляющей твердой фазы, не уступающей по твердости и жаростойкости карбидам, но обладающей более высокой температурой плавления и пластичностью. Такими соединениями могут быть бескислородные тугоплавкие соединения, в том числе карбо-нитриды титана.
Развитие технологий изготовления ультрамел-коразмерных частиц порошков металлов и окислов, позволяет надеяться на решение данной проблемы за счет модификации металла шва введением в качестве одного из компонентов покрытия незначительного количества таких порошков. Эффективность модификации сварочной ванны при сварке конструкционных сталей показана в работе [2]. В настоящей работе использован модификатор, имеющий значительно меньшую стоимость, чем нанокарбиды вольфрама [3] и, в случае его применения незначительно повлияет на стоимость сварочных материалов.
Состав электродного покрытия для наплавки деталей, работающих в условиях преимущественно абразивного изнашивания, содержит ферромарганец, ферробор, графит, феррохром [4] или феррохром, графит, ферробор, ферромарганец, ферросилиций, плавиковый шпат, фторопласт [5].
В данной работе, с целью повышения износостойкости наплавленного покрытия, работающего в условиях абразивного износа, в состав электродного покрытия (электроды марки Т-590), содержащего феррохром, ферробор, мрамор, ферросилиций, плавиковый шпат, ферромарганец, графит, поташ дополнительно введен нанопорошок кар-бонитрида титана в количестве 2,0%.
Данный состав покрытия обеспечивает повышение пластичности обмазочной массы, получение наплавленного сплава с твердостью до 66 ИЯС с повышенной износостойкостью и длительной эксплуатационной стойкостью восстановленных деталей.
Частицы карбонитрида титана, являясь тугоплавким соединением (Тпл ~ 31000С), попадая в жидкую ванну расплава, повышают его вязкость, ускоряют процесс кристаллизации металла и позволяют получить прочный твердый раствор с мар-тенситно-карбидной или дендритной структурой, упрочненной твердыми износостойкими фазами.
Процесс изготовления электродов осуществлялся следующим образом.
Составляющие компоненты электродного покрытия в виде порошков с размером частиц не более 630 микрон (размер частиц карбонитрида титана составляет от 60 до 200 нм) в соответствии с рецептурой дозировали на установке автоматического дозирования электродной шихты.
Перемешанная и дозированная в специальные емкости шихта поступала на участок изготовления электродов, которую засыпали в смеситель обмазки, где, в определенной пропорции, смешивали с калиево-натриевым жидким стеклом.
Полученную обмазочную массу брикетировали на брикетировочном прессе. На электродооб-мазочном прессе обмазочную массу наносили на металлические стержни диаметром 4,0 мм из стали марки Св-08А. Опрессованные электроды передавали на зачистную машину для удаления покрытия с одного конца под электродержатель и зачистки торца другого. На зачищенный торец электрода наносили ионизирующее вещество для облегчения зажигания дуги.
Готовые электроды сушили при температуре 15-25°С в течение 24 часов и прокаливали в камерных печах при температуре 350°С в течение часа.
Затем проводили сравнительные испытания металла наплавленного серийными электродами и электродами с добавкой кабротитрида титана. Наплавку проводили на пластины, толщиной 16,0 мм из стали марки 45.
На рис. 1, где представлена микроструктура слоя наплавленного электродами без карбонитри-да титана, видна резкая граница раздела между наплавкой и стальной подложкой. Средняя и верхняя зоны состоят из дендритов, столбчато расположенных в направлении верхнего слоя наплавки.
Технология машиностроения
107
а) б)
Рис. 1 Микроструктура слоя наплавленного электродами без карбонитрида титана а) - зона сплавления с подложкой, б) - структура приповерхностного слоя
Рис. 2 Микроструктура слоя, наплавленного электродами с карбонитридом титана: а) - зона сплавления с подложкой, б) - структура приповерхностного слоя.
На рис. 2 представлена микроструктура слоя, наплавленного электродами с карбонитридом титана: а) - зона сплавления с подложкой, б) -структура приповерхностного слоя. Наплавленный слой отличается хорошей сплавляемостью с основным металлом, наплавленные валики формируются плотными по всему сечению с плавной
переходной зоной, высокой однородностью и бездефектностью структуры, наличием в ней мелкодисперсных карбонитридов титана. Повышенная твердость наплавок обусловила высокую абразивную износостойкость покрытия.
Износ покрытий определяли с помощью абразивных частиц (кварцевый песок). Образцы при-
б)
Рис.3 Микроструктура трехслойной наплавки, наплавленной электродами с карбонитридом титана в покрытии, с охлаждением каждого слоя в воде: а) - зона сплавления с подложкой,
б) - структура приповерхностного слоя.
108
С.О. Гордин, А.Н. Смирнов, В.Л. Князьков
жимали к роликам с усилием 44±0,25Н. В процессе испытания, абразивный материал непрерывно подавался в зону трения. Испытания проводили не менее чем для 3-х образцов каждого состава. Образцы взвешивали на весах с точностью до 0,01 мг.
Коэффициент износостойкости £ покрытия, выполненного электродами с нанопорошком кар-бонитрида титана в покрытии, выше коэффициента износостойкости £ покрытия, выполненного серийными электродами на 57%.
Для выявления термостойкости наплавленного слоя, полученного серийными и экспериментальными электродами, образцы после наплавки каждого слоя в разогретом состоянии охлаждались в воде. При осмотре в наплавленных слоях с кар-бонитридным упрочнением трещин и расслоений не выявлено.
На рис. 3 представлена микроструктура трехслойной наплавки, наплавленной электродами с карбонитридом титана в покрытии, с охлаждением каждого слоя в воде; а) - зона сплавления с подложкой, б) - структура приповерхностного слоя. Структура слоя характеризуется мелкодисперсно-стью, высокой однородностью, равномерным распределением частиц карбонитрида титана, отсутствием трещин, пор и отслаивания от основного металла.
На рис. 4 представлена макроструктура трехслойной наплавки электродами с серийным покрытием с охлаждением каждого слоя в воде -сквозные трещины на границе раздела с подложкой. В слоях наплавленных электродами с серийным составом, при охлаждении возникли сквоз-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лившиц Л.С., Хакимов А.Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. - М.; Машиностроение, 1989. - 336 с.
2. Соколов Г.Н., Трошков А.С., Лысак В.И., Самохин А.В., Благовещенский Ю.В., Алексеев Н.В., Цветков Ю.В. Влияние нанодисперсных карбидов WC и никеля на структуру и свойства наплавленного металла. // Сварка. Диагностика. 2011. № 3. С. 36 - 38.
3. Модифицирование наплавленного металла нанодисперсными карбидами вольфрама / Г.Н. Соколов, И.В. Лысак, А.С. Трошков и др. // Физика и химия обработки материалов, 2009. № 6. С. 41 - 47.
4. Рецептура электродов для электродуговой сварки и наплавки. Основные паспортные данные. Киев, ИЭС им. Патона. 1996
5. Патент RU № 2386525, В 23К 35/365, опубл. 2010. 04. 20.
Авторы статьи
Гордин Сергей Олегович
ведущий инженер ЦЗЛ ОАО «Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» Смирнов Александр Николаевич,
д.т.н.; профессор каф. технологии машиностроения КузГТУ, Князьков Виктор Леонидович,
к.т.н.; доцент каф. технологии машиностроения КузГТУ Поступило в редакцию 10.02.2015
ные трещины, берущие начало на границе раздела с подложкой и распространяющиеся через всю толщину слоя.
Рис.4 Макроструктура трехслойной наплавки электродами с серийным покрытием с охлаждением каждого слоя в воде
Выводы:
- введение в состав покрытия электродов для износостойкой наплавки незначительного количества нанопорошка карбонитрида титана существенно повышает эксплуатационные свойства наплавленного металла;
- стойкость к абразивному износу слоя покрытия, наплавленного электродами Т-590 модифицированных карбонитридом титана выше на 57% относительно выпускаемых в настоящее время электродов Т-590.
