Результат интеллектуальной деятельности: Состав для наплавки детали

Изобретение относится к области аргонодуговой наплавки и может быть применено для наплавки уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной и запорной арматуры из хромоникельмолибденовых сталей аустенитно-ферритного класса, работающей в условиях повышенного износа и коррозии.

Известен сплав для наплавки деталей (авт. св. СССР №464424 опубл.), содержащий следующие компоненты, мас.%:

Недостатком данного сплава является ограниченная область применения при использовании в условиях повышенного износа и коррозионного воздействия, что обусловлено низкой стойкостью к воздействию агрессивных сред (плава карбамида, аммиака газообразного и жидкого, аммиачной селитры) при нормальных и повышенных температурах.

Известен состав для сварки и наплавки коррозионно-стойких сталей (Патент RU №2000184 опубл.), содержащий следующие компоненты, мас.%:

Недостатком данного состава является его низкая стойкость при применении в условиях повышенного износа и коррозионного воздействия при нормальных и повышенных температурах, обусловленная тем, что при относительно низком содержании марганца не удается обеспечить сохранение содержания хрома (более 13%).

Прототипом изобретения является состав для наплавки уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной арматуры (ОСТ 26-07-2054-83), который содержит следующие компоненты, мас.%:

Недостатком данного состава является низкая стойкость наплавленного металла в условиях повышенного износа и коррозионного воздействия при нормальных и повышенных температурах, обусловленная повышенным содержанием углерода, который способствует возникновению межкристаллитной коррозии.

Задачей является создание состава для наплавки для аргонодуговой сварки, обеспечивающего повышение механических и эксплуатационных свойств наплавленного слоя в условиях повышенного износа и коррозионного воздействия.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности сцепления наплавленного сплава с основным металлом, а также повышение твердости, стойкости к межкристаллитной коррозии и износостойкости наплавленного металла.

Технический результат достигается тем, что состав для аргонодуговой наплавки содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, азот, железо, при этом дополнительно содержит кобальт, ниобий, церий и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Наличие в составе для наплавки углерода способствует эффективному образованию аустенита, содержание которого стабилизирует феррит, наличие которого достигается путем введения в состав для наплавки никеля.

Марганец в предлагаемом составе обеспечивает растворимость азота, что в свою очередь приводит к повышению твердости, износостойкости и коррозионной стойкости наплавленного слоя.

Введение комбинации хрома и молибдена способствует повышению устойчивости наплавляемого слоя к межкристаллитной коррозии, а также повышению его твердости и износостойкости. Это обусловлено тем, что легирование наплавленного металла молибденом и хромом способствует упрочнению матрицы карбидами молибдена и хрома, а также интерметаллидами, повышающих твердость и износостойкость наплавки. Кроме того, молибден, растворимый в феррите наплавленного металла, являясь поверхностно-активным элементом (по отношению к железу), препятствует выделению карбидов и интерметаллидов по границам зерен, что улучшает коррозионную стойкость наплавленного слоя.

Кремний в предлагаемом составе является раскислительным элементом, обеспечивающем низкий уровень кислородсодержащих вкраплений в наплавляемом слое. Его содержание в предлагаемом составе в указанном диапазоне позволяет достичь оптимальный уровень литейных и наплавочных свойств, что способствует повышению качества наплавленного слоя.

Введение ниобия в состав для наплавки обеспечивает связывание избыточного углерода с образование карбидов ниобия, характеризующихся высокой твердостью и коррозионной стойкостью. Хром также связывается с углеродом с образованием карбидов хрома. Карбиды ниобия и хрома легируют матрицу сплава, способствуя увеличению твердости и износостойкости. При этом дополнительное введение в состав для наплавки меди в заявляемом диапазоне позволяет при сохранении твердости и износостойкости, также увеличить стойкость наплавляемого слоя к межкристаллитной коррозии, так как соединения меди, хрома и ниобия способствуют образованию устойчивой коррозионностойкой пленки, которая препятствует проникновению коррозии во внутренние слои наплавленной детали.

Таким образом, в предложенном составе для наплавки деталей происходит связывание углерода в карбиды ниобия и карбиды хрома, что повышает стойкость наплавленного слоя к межкристаллитной коррозии в агрессивных средах.

Дополнительное введение в состав для наплавки кобальта, находящегося в твердом растворе, способствует упрочнению металлической основы, увеличению растворимости сложных высоколегированных карбидов, вследствие чего происходит обогащение основы наплавленного слоя углеродом, ниобием и хромом, вследствие чего повышается прочность сцепления наплавленного сплава с основным металлом, увеличивается эффект дисперсионного твердения, что обеспечивает повышение твердости износостойкости наплавляемого состава после термической обработки. Фактором, влияющим на повышение адгезии, является повышение проникающей способности сварочного состава в основу.

Введение в состав для наплавки церия обеспечивает связывание избыточного углерода, исключение неравномерного распределения хрома, т.е. уменьшение выделений хрома по границам зерен наплавляемого состава и обеднения пограничных участков при наплавке, что позволяет исключить возможность формирования неравномерной твердости, и обеспечить повышение износостойкости.

Таким образом, заявляемый состав для наплавки, с указанными диапазонами количественных показателей компонентов, характеризуется высокой прочностью сцепления наплавленного сплава с основным металлом, а также высокой твердостью, стойкостью к межкристаллитной коррозии и высокой износостойкостью наплавленного металла.

Для дальнейших исследований были изготовленные литые прутки диаметром 5 мм и длиной 270 мм, где использовался лом стали марки 03Х17Н13МЗТ и ферросплавы, химический состав которых представлен в таблице 1.

Из предлагаемого состава были изготовлены прутки, которые были наплавлены аргонодуговой сваркой запорные органы-седло, клапан дроссельной и запорной арматуры, работающие в условиях плава карбамида, при давлении до 20 МПа и температуре 200°С, аммиака газообразного и жидкого, аммиачной селитры. Также на деталь была осуществлена наплавка состава по прототипу.

Полученные образцы были подвергнуты испытаниям на стойкость к межкристаллитной коррозии, на износостойкость и твердость.

При этом испытания на стойкость к межкристаллитной коррозии осуществляли по методу ДУ (ГОСТ 6032-2003) - наплавляют цилиндрический образец на круг из стали марки 03Х17Р13М3Т диаметром 25-30 мм высотой 3-5 мм, затем термически обрабатывают и шлифуют.

Для исследования износостойкости наплавляют образец на круг из стали марки 03Х17Р13М3Т диаметром 25-30 мм высотой не менее 40-50 мм, затем разрезают на диски диаметром 20-25 мм и высотой 3-4 мм.

Испытания на твердость после наплавки 4-5 слоев после их термической обработки производят на пластину из стали марки 03Х17Н13М3Т размером 40×15×6 мм в количестве не менее трех образцов.

Результаты исследований представлены в таблице 2.

Таким образом, предлагаемый состав для наплавки позволяет повысить механические и эксплуатационные свойства наплавленного слоя в условиях повышенного износа и коррозионного воздействия, за счет повышения прочности сцепления наплавленного сплава с основным металлом, а также повышения твердости, стойкости к межкристаллитной коррозии и износостойкости наплавленного металла.