Сталь

(5 ц В 23 К 35/30; С 22 С 38/ ОПИСАНИЕ ИЗОБ ЕТЕИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 5 ций, церий, о т л и чтем, что, с цельв улучно-технологических свои повышения износостойленного металла при равиях кавитационно-абраонного износа, сталь дсодержит ниобий при слношении компонентов, вУглеродХромНикельМолибденТитанАлюминийВанадийАзотКальцийЦерийНиобийЖелезо2. Сталь по и. 1, ои ш а я с я тем, чтоона содержит иттрий. Бнл, М 4анов, Л. Н н,сев,ановов,М. А Г Ж Мас ски в и и п д в, К, Л. Н. Мурахо ономар ич,К.В. БойА. Уга- Лойй политехнический ин М, Кирова и Уральск шин нм. Я, М. Свердлдетельство СССР 35/30, 29.06.71. тельство СССР 38/50,2, Ав 9 655744 04,11.76 (54)(57) для напл углерод, титан, а еимущественношая железо,молибден,дий, азот, кальличасто церия,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП(РЫТИЙ(71) Уральски ститут им, С завод гидрома нщаяся шения сварочств стали ости наплавоте в усло- вно-коррозиолнительно ующем соотс.%:0,05-0,09 8,85-15,00 3,25-5,65 0,50-3,28 0,05"0,380,02-0,09 0,05-0,55 0,02-0,12 ,001-0,10 ,001-0,20 0,05-0,35 стальноеПредлагаемое изобретение относится к области изыскания сварочнонаплавачных материалов, предназначенных для получения наплавкой защитного слоя, стойкого в условиях кавитационно-абраэивно-коррозионного 5 износа, причем требуемые свойства достигаются уже в состоянии после наплавки без дополнительной термообрабОтки.Потребность в разработке такого 10 материала визвана необходимостью восстановления, например, изношенных рабочих поверхностей колес гидротурбин, рабочим колес крупных насосов и других крупногабаритных 15 деталей непосредственно на месте их эксплуатации, где проведениетермообработки после наплавки затруднено, Возникающие в связи с этим преимущества могут быть испальзова ны и при изготовлении новых деталей.Внастоящее время для восстановительного ремонта наплавкой широко используются материалы, дающие наплавленный металл с аустенитной 25 структурой типа 25-20, 20-10, 18-8 и йерритно-мартенситной структурой типа 1 Х 13, Наплавленный металл аустенитного типа не обеспечивает кави" тационно-абразивной стойкости (твердость его 15-18 ННС), а йерритно-мартенситный - корроэионной стойкости и к тому же требует после наплавки обязательной термообработки для снятия напряжений. 35 Известен мартенситно-стареющий сплав для наплавки, в котором упрочнение достигается за счет образования дисперсных интерметаллидных Фаз при старении.Этот сплав имеет следующий состав, вес.Ъ;Углерод 0,01-0,10Азот 0;01-0,15Хром 10,0-13,5 45Никель 4-10Молибден 0,5-2,5Титан 0,05-1,5Железо Остальное Ц .50Сварочние материалы из этого сплава рекомендованы для восстановительного ремонта деталей без последующей термообработки. Однако попытка получения повышенной твердости (более 38-41 НБС) предполагает весьма высокое содержание в сплаве титана и алюминия (в сумме до 0,9), что приводит к заметному снижению технологической прочности, проявляющемуся в образовании горячих трещин (по нашим данным в металл, наплавленном проволокой с 0,12 А 1).Другие материалы, преимущественно стали, близкие по содержанию элемен- б 5 тов к нержавеющим и представляющиеинтерес при решении поставленной задачи, предназначены, в основном,для деталей, подверженных преимущественно одному виду износа, например кавитационному, коррозионному .или абразивному. Они не могут бытьприменены для наплавки деталей, работающих в условиях кавитационноабразивно-коррозионного износа,а тем более без предварительной термообработки.Известна, например, сталь, которая может быть применена для изготовления деталей, работающих в условиях воздействия высоких давлений,температур,и агрессивныхсил.Эта сталь имеет следующий состав,вес.Ъ:Углерод 0,15-0,25Кремний 0,35-0,70Марганец 0,40-0,60Хром 4,00-6,5Молибден Ор 4-0,65Никель 0,10-0,50Медь 0,10-0,30Алюминий 0,01-0,1Ванадий 0,001-0,2Титан 0,01-0,1Кальций 0,005-0,08Магний 0,005-0,05РМЗ 0,01-0,1Азот 0,005-0,06Железо Остальное Ц ,Однако эта сталь, несмотря наширокий спектр легирования, не может быть применена для наплавки деталей, работающих в условиях кавитационно-абразивно-коррозионногоизноса без теромообработки посленаплавки,Целью предлагаемого изобретенияявляется разработка стали для наплавки, обеспечивающей достаточно высокую пластичность и прочность(т,е, после охлаждения от температуры кристаллизации) и способнойвследствие термодинамической неустойчивости к дополнительному упрочнению беэ термообработки под действием тепла сварочной дуги при наложении последующих слоев при весьмавысокой технологической прочностии високой стойкости в условиях кавитационно-абразивно-коррозионногоизноса. Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что термодинами" ческая неустойчивость предлагаемой стали, а следовательно, способность ее к упрочнению в интервале температур дисперсионного твердения от воздействия тепла сварочной дуги при наложении последующего валика достигается снижением содержания826645 10 15 20 Составы сплава Условный Содержание элементов, вес.Ъ сплава С Сг Б 1 Мо Ч МЬ , Т А 1 Б Мп 8 1 (ЛН) 0,05 15,00 3,25 3,28 0,05 0,35 0,05 0,09 0,02 0,52 0,55 2 (ЛН) Ок 08 13 ю 44 455 1 к 14 Ою 35 Ок 07 025 ОюОЭ Ос 07 Ок 32 Оф 25 3 (ЛН 40 ) Ог 09 885 5 к 65 Ою 5 Оф 55 Ою 05 Ог 38 Оф 02 012 Ок 73 Ок 36 4 (ЛНА) 0,09 13,79 4,95 1,35 0,28 0,20 0,14 0,09 0,05 0,52 0,55 Продолжение табл. 1 Условныйномерсплава элементов вес, Ъ Твердость металла в г исходномБ Сц Ре поле наплавки, НВС43 СаСе Р 0,001 0,16 - 0,012 0,0150,008 0,06 - 0,024 0,02 0,1 0,01 - 0,02 0,022 0,005 - 0,03 0 0010 0017 0,11 76,4920,17 79,128 0,21 82,33877,937 1 2 3 4 45-46 42 44 углерода, повышением содержания хрома, никеля.Это обеспечивает, с одной стороны, комбинированное сложное карбонитридно-интерметаллидное упрочнение, дающее достаточно высокую исходную прочность (твердость), а с другой стороны, значительное снижение склонности к образованию горячих трещин.Для достижения указанной цели в сталь дополнительно введен ниобий в количестве 0,05-0,35, а остальные компоненты взяты в следующем соотношении:Никель 3,25-5,65 Хром 8,85-15,0 Углерод О, 05-0, 09 Азот ,0,02-0,12 Лолибде н 0,50-3,28 Титан 0,05-0,38 Алюминий 0,02-0,09 Ванадий 0,05-0,55 Кальций 0,001-0,10 Церий 0,001-0,20 Железо Остальное Комплексное легирование такой стали позволяет получать наплавленный металл с пластичной мартенситной структурой, твердость которого в исходном состоянии 42,0-46 ННС. Металлу после наплавки не требуется термическая обработка, при этом обеспечиваются высокие свойства по кавитационно-абразивно-коррозионной стойкости. 35Легирование металла иттрием (или церием) и молибденом способствует очищению и укреплению границ зерен, уменьшению структурной неоднородности, упрочнению без снижения пластичности, а также повышению технологической прочности и коррозионнойстойкости.Введение в состав сплава хромаи сильных карбидо- и нитридообразующих элементов (титана, ванадия,ниобия и алюминия), а также присутствие молибдена, способствует упрочнению металла в процессе наплавки.,Наличие азота в сплаве улучшаеттехнологические свойства, в частности исключается пористость и повышается пластичность наплавленногометалла.Примеры составов сплава для наплавки, характеризующие свойстваметалла в исходном после наплавкисостоянии, приводятся в табл. 1 и 2.Кавитационная стойкость сплава(см. табл. 2), оцениваемая по потере массы образцов при испытании по,известной методике на струеударнойустановке по сравнению с применяемыми в настоящее время сплавамиувеличивается в 2-5 разПо кавитационно-коррозионнойстойкости предлагаемый сплав (табл. 1и 2) при испытании на магнитнострикционном вибраторе с амплитудой50 мкм в специальной среде, имитирующей воду реки Аму-Дарьи, имеетрезультаты в 1,8 раза выше по сравнению с известными материалами.Абразивная стойкость предлагаемого сплава (табл, 1 и 2), оцениваемая по потере массы образцов,при испытании на специально предназначенной для этой цели установкевозросла в 1,6 раза.Таблица 1для наплавки826645 Таблица 2 Основные виды стойкости наплавленного металла Названиесплава Кавитафионная Гидроабраэи вная отери Относительассы, ная износомг стойкость Потери Относительмассы, ная износомг стойкость Потери массы, мг ЛНЛНА Редактор Е, Зубиетова Заказ 10747/4 Тира:к 1106 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета С 7:СР по делам изобретений и оТкрытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5