Состав термитной смеси для сварки

ОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУбЛИК А ц В 23 К 23/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОРСК(71) Ленинградский ордена Октябрьской Революции и ордена ТрудовогоКрасного Знамени технологическийинститут им.Ленсовета(56) 1, Авторское свидетельство СССРУ 291491, кл. В 23 К 23/00,13.08.68.2, Авторское свидетельство СССРВ 747657, кл. В 23 К 23/00,20.06.78 (прототип).(54)(57) СОСТАВ ТЕРМИТНОЙ СМЕСИДЛЯ СВАРКИ, содержащий алюминий,железную окалину, графит, окись хроеталличе ский ма на окись никеля, полнитель и фтор ент отлича то, с целью улучш их свойстВ и изно содержащиию щ и й с яения механисостойкости тем, ес- метала шва при сварке вь талей, состав до сокомарганцполнительноанца, а в кампонента -истых одерестветориднии т двуокис орсодержащальция при марг его ко следующ мас.Хали Окись никеляОкись хромаДвуокись маргГрафитФторид кальциМеталлическийнаполнитель 5,ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНАВТ ОМУ30445 Остальное железа Эта смесь содержит легирующие30 элементы в виде ферросплавов Я,Однако такой способ введения лигатуры приводит к потерям легирующих элементов, достигающим 60-803 для марганца, ине позволяет полу- З 5 чить наплавленный металл с высокиМ содержанием легирующего компонента, поскольку в этом случае на плавление феррослава расходуется значительная часть тепла, образующегося при тер митиой реакции, что вызывает непровары и прочие дефекты сварных швов.Известна также термитная смесь следующего состава, мас,Х:Алюминий 20-26 45Графит 4-8Криолит 0,8-4Окись хрома 2-14Окись никеля 2-15РЭМ 0,5-0,50Лигатура:магнийкальций-железокремний 0,7-3,5Железная окалина ОстальноеВ смесь может быть введена желез-. 55 иая оболочка. Термитная смесь позволяет повысить тепловой эффект процесса восстановления за счет допол 1 11Изобретение относится к термитной сварке, в частности к составамтермитных смесей, дающим при своемсгорании расплавленные металлы в результате протекания реакций восстановления окислов металлов алюминием, и предназначено для сварки изделий из литой высокомарганцавистойстали, обладающих повышенной стойкостью к износу рельсов, крестовинжелезнодорожных путей и переводныхстрелок), а также применяется длянекоторых видов ремонтных работ,выполненных в полевых условиях, например ремонта сельскохозяйственной техники.В сварочном производстве широкоприменяются термитные смеси, содержащие в качестве основы алюминий,железную окалину, стальной наполнитель и легирующие добавки,Известна термитная смесь следующего состава мас.7:Ферросилиций 1 - 1,5Чугунный лом О. Графит 4-6Ферромарганец 1,2-1,5Алюминий и окись нительного тепловыделения при проте-"кании реакций между оксидами никеляи хрома с алюминием, а также снизитьзатраты, связанные с легированием 5 образующего металла 2.Недостатками известного составаявляются его нетехнологичность, выражающаяся в использовании в термитной смеси различных способов ле-.10 гирования, что приводит к неоднородности распределения лигатуры в наплавленном металле и значительным еепотерям на угар, лигатуры из группыРЗМ, кроме высокой стоимости, обладают пирофорностью, повышенной склонностью к окислению и, как следствие,низким коэффициентом использования.Кроме того, наплавленный металлобладает низкой износостойкостьюввиду того, что не содержит марганца, и поэтому не может быть использован для сварки высокомарганцовистой стали.Цель изобретения - повышение Механических свойств сварного шва присварке высокомарганцовистых сталей,выполненного термитной сваркой, и повьппение износостойкости.Поставленная цель достигаетсятем, что состав термитной смеси длясварки, содержащей алюминий, железную окалину, графит, окись хрома,окись никеля, металлический наполнитель и фторсодержащий компонент дополнительно содержит двуокись марганца, а в качестве фторсодержащего компо- нета - фотрид кальция при следующемсоотношении компонентов,массЛ.Алюминий 19-22Железная окалина 37-45Окись никеля . 2,0-2,3Окись хрома 1 0 1 2Двуокись марганца 13,5-19,6Графит 0,5-0,8Фторид кальция 4,9-5,8Металлический наполнитель 10,7-15,1Термитная смесь может быть применена для сварки высокомарганцовистых сталей типа Г 13 Л и ЗИ, причемпри сварке стали Г 13 Л, не легированный хромом и никелем, окись никеляи окись хрома могут быть исключеныиэ состава термитной смеси.Оптимальными для сварки сталейГ 13 Л и ЭИявляются частные составы термитных смесей, отраженные втабл45 50 55 В состав термитной смеси для сварки высокомарганцовистой стали входят двуокись марганца, восстанавливающаяся алюминием до металлического марганца, который, растворяясь в избытке железа, обеспечивает требуемое содержание марганца в восстановительном металле, фторид кальция, снижающий температуру затвердевания шлаков и повышающий тем самым степень извлечения марганца, хрома и никеля из шлаков, металлический наполнитель, необходимый для увеличения выхода металла и снижения его температуры ниже точки кипения марганца.Принятое соотношение между алюминиевыь порошком и окислителями, железной окалиной, двуокисью марганца, оксидами никеля и хрома обеспечивает полноту протекания реакций восстановления и соответствует минимальному переходу легирующих элементов в металл. При содержании алюминия и окислителей выше 257 и 457. в составе термитной смеси для сварки стали марки Г 13 Л или содержании алюминия ниже 197, а железной.окалины и двуокиси марганца ниже 427 и 14,37 нарушается стехиометрическое равновесие в системе окислитель-восстановитель и наблюдается либо переход алюминия в образующуюся стапь, что ухудшает ее прочностные свойства, либо, при недостатке алюминия, часть окислов остается не- восстановленной и теряется в шлаках. Аналогичные явления происходят при превышении верхних указанных пределов для алюминия 217., железной окалины 437; двуокиси марганца 8,47 окиси никеля 2,37., окиси хрома 1,27 в составе термитной смеси для сварки стали марки ЭИ, или при переходе через нижний предел, составляющий 19,47 для алюминия, 377 для железной окалины, 13,5 Х для двуокиси марганца, 27. для окиси никеля и 17 для окиси хрома. Содержание двуокиси марганца в указанных пределах обеспечивает содержание марганца в восстановленном металле 11-147, что обеспечивает износостойкость металла на уровне требований, предьявляемых к высокомарганцовистым сталям марок Г 13 Л и ЭИ.1Содержание оксидов никеля в пределах 2,0-2,37 и хрома в пределах 5 О 15 20 25 30 35 40 1,0-1,27 обеспечивает содержание никеля в стали в пределах 3,0-3,57 и хрома в пределах 0,5-0,73, что соответствует требованиям, предъявляемых к высокомарганцовистой стали марки ЭИ,Содержание графита в составе смеси для сварки стали марки Г 13 Л в пределах 0,5-0,8 Ж и 0,5-0,7 Х н составе смеси для сварки стали ь.арки ЭИобеспечивает его растворение в стали с учетом 30 Х потерь на угар и соответствует содержанию углерода в стали 0,65-1,0 Х .Содержание металлического наполнителя в указанных пределах выбрано исходя из необходимости увеличения выхода восстановленной стали и снижения ее температуры ниже температуры кипения марганца, составляющей 2000 С, с тем,.чтобы исключить потери марганца на испарение, При содержании металлического, наполнителя ниже 10,7 Ж в составе термитной смеси для сварки марки Г 13 Л и ниже 13,97. в составе смеси для сварки стали марки ЭИ, потери марганца в результате испарения становятся значительными и могут достигать 607, а при содержании металлического наполнителя выше 15,1 Ж и 15,7 Ж для указанных составов смесей температура восстановленной термитной стали снижается настолько, что она теряет жидкотекучесть и становится непригодной для целей сварки. В качестве металлического наполнителя необходимо брать нелегированную сталь, например 3, с тем, чтобы не вносить существенных изменений в химический состав наплавляемого металл а.Фторид кальция является технологической добавкой, снижающей температуру затвердевания шпаков, состоящих в основном иэ окиси алюминия, с целью более полного извлечения лигатуры, часть которой остается в шлаках в виде корольков металла. При содержании фторида кальция ниже 5,2 Х в составе термитной смеси; Г 13 Г и ниже 4,93 в составе термитной смеси длясварки марки ЭИ; наблюдается резкое снижение выхода марганца, атакже хрома и никеля соответственно,а при содержании фторида кальция выше 5,8 Ж и 5,5 Х для указанных смесей соответственно, его влияние на1130445 Таблица Состав стали для сварки, мас.З Компоненты смеси ЭИГ 13 Л 19-22 42-4514,3-19,6 19,4-21,037-4313,5-18,41,0-1,22,0-2,34,9-5,50,5-0,7 АлюминийЖелезная окалина Двуокись марганца Окись хрома Окись никеляФторид кальцияГрафитМеталлическийнаполнитель 5,2-5,80,5-0,8 10,7-15,1 13.,9-15,7 о, степень извлечения лигатуры из шлаков перестает сказываться.П р и м е р, Для приготовления термитной смеси сухие ингредиенты просеивают через металлическую сетку 5 с четырьмя отверстиями на 1 см, а затем смешивают в смесителе в течение трех-четырех мин. Готовая термитная смесь помещается в специальную гра,Фитовую Формуу 1 которая для удобства " 1 монтажа выполнена разъемной. Верхняя часть формы, в которую помещают порошкообразную термитную смесь сообщается с частью Формы, в которой происходит формирование отливки, 15 метниковым каналом, закрытым металлической пластинкой определенной толщины. Реакция горения инициируется специальными термитными сличками,фо имеющими температуру горения 1500 С. 211 После протекания экзотермической реакции в верхней части формы происходит отделение металла от шлака за счет разницы их плотностей и перегретый металл, имеющий температуру около 1800 С, расплавляет металлическую0запорную пластинку и поступает в нижнюю часть формы, где кристаллиэуясь, приобретает требуемую конфигурацию. ЗО Для приготовления термитных смесей используют компоненты, удовлетворяющие требованиям следующих технических условий и нормалей: алюминиевый порошок марки АПВ(ТУ 48-5-152-78), железная окалина прокаленная ПО 5207-66, двуокись марганца (ТУ 6-09-2962-78), окись никеля (ТУ 6-09-4125-75), окись хрома (ТУ 6-09-4272-76), графит (ТУ 01-06-67), фторид кальция ГОСТ 7167-68), металлический наполнитель - ст.3.Результаты химического анализа образцов металла, полученного при сжигании различных рецептур термитных смесей, представлены в табл.2, а результаты исследования механических свойств иэносостойкости в условиях трения сухого качения - в табл. 3.1 Составами 1,2,3,9 и 1 О сваривают сталь Г 13 Л, составами 4,5,6,7 и 8 - сталь ЭИ.Технико-,экономическая эффективность изобретения в сравнении с известным составом заключается в увеличении срока службы сварных соединений, подвергающихся износу.3130445 Т аблица 2 Состав термитной смеси, Х МПОйСГ 09 А ГеО,Графит СаГ Ст.З МО нп С Сг й 11 0,6513 0,9 19 45 20 44 0,5 5,8 15,1 14,5 16,5 0,7 42 19,6 14 22 0,8 39,4 43 20,5 40 11 0,65 0,5 3,0 13,5 1,0 2,0 0,5 0,6 3,3 0,7 3,5 2,2 0,65,2 14,4 13 0,8 14 0,9 16,0 1,1 18,4 . 1,2 5,5 13,9 21,019 2,3 0,7 16 эО 1 эО Оэ 8 Зэ 5 2 эО Оэ 8 5 э 8 14 э 7 37 11,5 0,65 0,7 3,4 22 20 2,2 0,5 10 э 5 0,917,0 1,0 0,7 22 0,8 Таблица 3 звестный Показатели механических свойств образцов4 Образцы, полученные при сжигании термитных смесей2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 Предел текучести,кг/мм 2 38 42 48 40 42 44 45 40 36 50 Предел прочностипри растяжении,кг/мм 60. 70 80 59 62 65 68 58 56 84 52-58 Ударная вязкостьпри 25 С, кгм/см 14 16 20 14,5 16 17,5 18 14 15 20 0,5-0,6 Твердость по Бриннелю 170 385 200 .170 180 190 200 170 180 210 22 27 30 18 21 33 35 20 25 28 0,35 0,17 0,16 0,05 0,06 0,08 156-255 Относительное удлинениеэ 2-3 Износостойкость 33 НИИПИ Заказ 9493/14 Тираж 1036 Поддисиое Фщеаи 3 ВП э 3 Ьфефтээ, е.Ужгород, ул.Проектиая, 4 45 45 37 39,6 1,1 13,5 3,2 13,519,6 5,5 13,3 4,9 10 7 4,9 15,7 4,9 10,7 5,8 15,0 4,9 15,7 Содержание легирующих элементов в металле, Х