Состав термитной смеси

(19 51 4 В 23 К 23/00 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ится к области напларименяемых для ремонзношенных поверхносой сварки, в частности ей железнодорожного терлинь тнои смеси на и алюминиевого я яв цест 1 яется повышение ва наплавленного стальных деталей рмитной смеси учотекания экзотемических реакциератхра расплаже 1900 в 22ое тепловложентной поверхнос а те е п тер тем ни буе нта ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта(54) СОСТАВ ТЕРМИТНОЙ СМЕСИ (57) Изобретение относится к наплавочным материалам, применяемым для износостойИзобретение отно вочных материалов, п та и восстановления тей методом термитн для стальных детал подвижного состава. Известен состав основе железной ока порошка. Целью изобретени износостойкости и к на опорные поверхно металла,При выборе состав тывают, что в процес мических и углерод должна дости гаться ленного металла не чтобы обеспечить тре для расплавления кокой наплавки стальных деталей. Цель изобретения повышение износостойкости и качества наплавленного металла. В термитную смесь, содержащую железную окалину, алюминиевый порошок, графит и криолит, дополнительно вводят карбид кальция, борный ангидрид и порошок твердого сплава ПГ УСЧ. Термитная смесь образована алюминием и железной окалиной, Введение твердого сплава в количестве 5 - 8 мас.% обеспечивает в совокупности с 0,5 1,5 мас. %, графита и 1 - 6 мас.%, борного ангидрида оптимальное легирование наплавленного металла. Карбид кальция снижает склонность к образованик горячих трещин, а входящии в него кальций благоприятно влияет на рафинирование наплавленного металла. 3 табл. детали и оптимальное легирование. Учитывая, что в термитную сталь переходит 0,100,60 мас.% А 1, состав термитной смеси оптимизируют по уровню получения химсостава наплавленного металла, соответствующего среднеуглеролистой хромистой стали марки 45 ХЗ, которая имеет высокие механические свойства в указанных прелелах введения алюминия. Кроме того, такой химсостав стали обеспечивает оптимальное сочетание износостойкости и коэффициента трения в соответствии с требованиям и, предъявляемыми к опорным поверхностям несущих деталей железнодорожного подвижного состава.Оптимальное легирование наплавляемого металла реализуется введением в термитную смесь твердого сплава ПГ УСЧв количестве 5 8 мас.%, который солержит, С 44,5; Мп 2 - 2,5; Мо 1,5 - 1,8; Сг 45 - 50;2 4; 86 0,2- 0,3. Гранулометрический состав этого порошка определяется размером сита 1,25, что обеспечивает его равномерное распределение в шихте и, в конечном итоге в наплавленном металле при быстро- протекающем процессе наплавки. Наличие в твердом сплаве высокого содержания углерода препятствует окислению входящих в него хрома и молибдена.Для устранения растрескивания наплавленного металла в температурном интервале образования горячих трещин в термитную смесь вводится карбид кальция. Это позволяет предотвратить наводораживание расплавленного металла в результате перевода влаги, содержащейся в гигроскопичных окислах железа, в летучий углеводород в начале термитной реакции. Кроме того, кальций снижает растворимость серы в жидком железе, способствуя образованию сульфидных включений при высоких температурах и переводу их в шлак. Кальций также благоприятно влияет на рафинирование границ зерсн металла и образование неглобулярных неметаллических включений.Для улуч шения флюсующих свойств наплавляемого металла и повышения прочности его соединения с основным металлом в термитную смесь вводится обезвоженный борный ангидрид, который частично, вступдя в углеродотермическую реакцию, образует карбиды бора. Как известно, карбиды бора, равномерно распределяясь в металле, эффективно повышают его износостойкость.Существенность предлагаемых пределов содержания компонентов термитной смеси подтверждается результатами исследований состдвов, представленных в табл. 1. Результаты механических испытаний образцов, вырезанных из наплавленного металла указднньх составов, приведены в табл. 2. Они свидетельствуют о высоком уровне механических свойств наплавленного металла по предлагаемым составам (варианты 1- 9), удовлетворяющим требованиям РТМ 32 ЦВ 201 - 78; 68)600 МПа, Ь,)330 МПа, КС(:- ")25 Дж/см-, КС) ):70 Дж, см, Составы 10 и 13 не удовлетворяют предьявляемым требованиям по прочностным свойст. вам, а составы 1 и 12 по ударной вязкости. Испытания на износ проводят на машине при сухом трении скольжения образца в виде ролика толщиной 5 мм и диаметром 40 мм, выточенного из наплавленного металла, отно сительно контртела из стали 20 Л в виде колодки. Режим испытаний определяется величиной нормальной нагрузки 500 Н и пройденным путем трения 5000 м. Требования по износостойкости наплавленного металла регламентируется величиной износа, равной 1,5 г. Этому требованию не удовлетворяют составы 10 и 13.Составы термитной смеси сравниваются также по комплексному показателю качест ва наплавленного металла К, выраженномучерез произведение относительных показателей единичных свойств: К=К(о) К(и) Км где К(,= --Со)( О) у, ( Н ) ф, А(Ф - фактическое содержание внаплавленном металле кис лорода, водорода, остаточного алюминия;(О)=0,10 Я; (Н)=7,6100 г А 6=0,20 мас.Я - соответственно номинальные значения содержания в напдавленном металле кислорода, водорода и алюминия.Рассчитанные значения показателей ка чества приведены в табл. 3. Они показывают, что состав 1 - 9, соответствующие предлагаемым пределам состава термитной смеси, превосходят составы 10- 14 по величине комплексного показателя качества К.При.иер. Предлагаемый состав термитной 30 смеси используется для ндплавки трущихсяповерхностей клиньев гасителя колебаний тележки грузового вагона, изготовленных из стали 20 Л. Толщина стенки составляет 15 мм, а наплавляемого слоя 10 мм. Перед наплавкой клин нагревается до 950 К, а на 35 наплавляемую поверхность устанавливаетсяпо контуру медный кондуктор для формирования слоя требуемых размеров, Используется термитная смесь оптимального состава (состав 3). Термитная реакция проводится 40 в футерованном огнеупорным составом тиглеемкостью 1 О дм. После завершения термитной реакции делается выдержка в течение 1 мин, необходимая для разделения ее продуктов на металл и шлак. Заливка расплавленного металла производится сканиро ванием выпускного отверстия тигля относительно наплавляемой поверхности до заполнения полости кондуктора. Контроль температуры металла при заливке осуществляется оптическим пирометром. В конкрет.ном примере температура термитной стали со 50 ставляет 2150 К. Г 1 ри металлографическомисследовании наплавленного металла установлено соответствие показателей качества требованиям РТМ 32 ЦВ 20 - 78.Сравнительный анализ полученных данных по предлагаемому техническому решению с известным материалом показывает полное отсутствие в наплавленном металле трещин и пор, хорошую сплошность металла в переходном слое (наплавленный металла - ос1526942 лит, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и качества наплавленного металла при использовании смеси для тер митной напл а вки, смесь допол н и. тельно содержит карбид кальция, борный ангидрид и твердый железохромистый сплав ПГ УСЧпри следующем соотношении компонентов смеси, мас.Я: новной металл), высокую износостойкость наплавленного металла, соответствие свойств эксплуатационным требованиям по коэффициенту трения и невысокую себестоимость термитной смеси. 5Экономический эффект при использовании предлагаемого технического решения образуется за счет изготовления термитной смеси непосредственно в условиях производства деталей, так как ее основу составляют собственные отходы в виде железной окалины. Дополнительный экономический эффект образуется в эксплуатации за счет повышение долговечности деталей в 1,2 раза,формула изобретенияСостав термитной смеси, содержащий 15 алюминий, железную окалину графит и криоАлюминийГрафитКриолитКарбид кальцияБорный ангидридТвердый железохромистыйсплав ПГ УСЧ Железная окалина 20 - 26 0,5 - 1,5 0,4 - 1,0 0,2 - 1,2 1 - 6Табли ца 1 Содержание компонентов, мас.4 Состав Алюминий Графит Криолит Карбид Борный Сплав Железнаякальция ангидрид ПГ УСЧокалина 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 23 23 23 26 20 23 23 20 26 23 23 23 23 23 1,0 1,0 1,0 0,5 1,5 1,0 1,0 0,5 1,5 0,4 1,61,0 1,0 1,0 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,4 1,0 0,4 1,0 1,1 0,3 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 1,20,2 0,2 1,2 0,1 1)3 0,1 1,3 0,1 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 6,0 1,0 1,0 6,0 0,9 6,2 6,2 0,9 3,5 8,0 5,0 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 5,0 З,О 6,5 6,5 8,2 4,9 6,5 63,1 66,1 64,6 62,1 67,1 61,9 67,3 72,9 56,3 68,0 61,1 60,8 68,2 65,21526942 Та бли ца 2 Механические свойства (средние значения) Состав Временное соУдарна вязкость Джlсм Пределтекучестит)МПа УдарнаявязкостьКСН 9 зкДж/см 2 Износ,г,при нагрузке500 Н и пройденном пути5000 м противлениеб ) МПа 26,8 74,1 1,2 29,2 77,7 1,7 28,7 78)4 1,3 371 294 336 660 588 621 12 13 14 Табли ца Содержание газов СодержаниеА 1, мас,1 Состав Показатели качества смзН,100 г К(0)(И) КОЕ) О, l Составитель Т. АрестРедактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор Т. ПалийЗаказ 7451/18 Тираж 894 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, )1 осква, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно. издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина, 1 О 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1)0 11 0,09 0,10 0,10 0,09 0,12 0,10 0,11 0,12 0,09 0,12 0,12 0,11 0,13 0,12 665 618 630 624 628 632 637 612 668 582 653 7,0 7,1 7,2 6,8 7,6 6)9 7,2 8,1 6,5 8,2 8,2 8,0 7,7 8,2 376 334 340 332 339 344 351 333 389 292 365 0,13 0,16 0,17 0,18 0,13 0,14 0,19 0,10 0,26 0,17 0,18 0,20 О, 17 0,25 27,6 79,2 1,2 28,4 79,8 1,4 27,9 80,3 1,3 28 8 81,0 1,5 27,9 79,7 1,1 27) 2 78,9 1,3 26,9 78,1 1,4 29,8 79,4 1,5 26,6 78,0 0,9 29,9 78,3 1,7 26,4 73,4 1,5 1,11 1,09 1,11 1,34 1,00 1,07 1,25 1,34 1,00 1,06 1,18 1,25 1,11 1,12 1,11 1,38 0,83 1,00 1,54 1,28 1,00 1,10 1,43 1,57 0,91 1,06 1,05 1,01 0,83 0,94 2,00 1,56 1,11 1,17 0,77 1,00 0,83 0,93 1,18 0,91 0,83 0,93 1,11 0,86 0,91 0,95 1,00 0,86 0,77 0,99 1,18 0,90 0,83 0,93 0,80 0,62