Винахід може бути використано при механізованої наплавленні і зварюванні низьковуглецевих і низьколегованих сталей з використанням керамічних флюсів. Флюс містить компоненти в наступному співвідношенні, мас.%: Карбонат кальцію 20-25, плавиковий шпат 50-60, глинозем 10-20, польовий шпат 3-6, магнезит 1-3, феромарганець до 1, комплексна лігатура 3-15. Комплексна добавка складається з нікелю 50-70 мас.% І впроваджених в його поверхню нанодисперсних тугоплавких компонентів 30-50 мас.%. Як тугоплавких компонентів використовують елементи перехідних металів IV, V і VI груп або їх тугоплавкі хімічні сполуки з вуглецем або азотом, або бором. Застосування даного складу флюсу при зварюванні низьковуглецевих і низьколегованих сталей забезпечує підвищення пластичності і ударної в'язкості наплавленого металу і металу зварних швів. 1 з.п. ф-ли, 4 іл. 1 табл.
Винахід відноситься до зварювальних матеріалів, зокрема до керамічних флюсів для механізованого наплавлення і зварювання низьковуглецевих і низьколегованих сталей.
Так само додатково введений гематит (Fe2 O3) легко дисоціює в умовах зварювання з утворенням нерозчинної в металі закису заліза FeO і кисню, що погіршують властивості зварного шва, особливо при низьких температурах. Марганцева руда в залежності від родовища містить переважно такі, що забруднюють метал шкідливими домішками (Н2 O, ОН, SO2) мінерали: пиролюзит, магнезит, брауніт, родохрозит.
Технічним результатом пропонованого винаходу є підвищення пластичних властивостей і ударної в'язкості наплавленого металу і металу зварних швів при зварюванні низьковуглецевих і низьколегованих сталей.
Технічний результат досягається тим, що керамічний флюс, що містить карбонат кальцію, плавиковий шпат, глинозем, магнезит, феромарганець, додатково містить карбонат кальцію, польовий шпат, і комплексну лігатуру, яка містить нікель 50-70 мас.% І тугоплавкі компоненти у вигляді нанорозмірних частинок 30 -50 мас.%, при наступному співвідношення компонентів, мас.%:
При цьому в якості тугоплавких компонентів лигатура містить компоненти, вибрані з групи: елементи перехідних металів IV, V і VI груп, їх тугоплавкі хімічні сполуки з вуглецем або азотом або бором.
Введення до складу комплексної лігатури пропонованого керамічного флюсу нанорозмірних тугоплавких компонентів є ефективним засобом підвищення механічних властивостей металу зварних з'єднань і наплавленого металу. Як тугоплавких компонентів використовують елементи перехідних металів IV, V і VI груп, а так само їх хімічні сполуки з вуглецем або азотом або бором, що володіють високою температурою плавлення і стійкістю в розплавах сталей і шлаків.
Ці компоненти, що володіють високою термодинамічною стійкістю, піддаючись незначного розчинення, переходять з флюсу в розплав зварювальної ванни і є готовими центрами кристалізації, що забезпечує зміну металу зварного шва. Висока дисперсність порошку тугоплавких частинок багаторазово підсилює модифікує ефект. В результаті структура металу значно подрібнюється (номер зерна збільшується з 8 до 13), що підвищує його пластичність, ударну в'язкість і тріщиностійкість. Кількість неметалевих включень в металі шва скорочується на величину до 20%. При цьому включення набувають глобулярную форму і більш рівномірно розподіляються в обсязі металу, що також покращує його пластичні властивості.
Частинки порошку нікелю служать матеріалом, що транспортує нанорозмірні тугоплавкі компоненти, сприяючи рівномірному їх розподілу за обсягом керамічного флюсу, тим самим підвищуючи однорідність розподілу модифікатора по довжині зварного шва. Раціонально використовувати композиційні мікрогранули нікелю, в які при спільній обробці в планетарної млині механічно впроваджуються нанорозмірні тугоплавкі компоненти. Нікель, що має порівняно низьку температуру плавлення, розплавляється в дузі і розчиняється в зварювальної ванні, легіруя наплавлений метал, що підвищує його пластичність і стійкість зварного з'єднання до руйнування в умовах низьких температур. При цьому високий коефіцієнт переходу нікелю в метал при дуговому процесі гарантує мінімальні втрати цього легуючого елемента.
При дотриманні зазначеного діапазону змісту комплексної лігатури при зварюванні низьколегованих сталей забезпечується отримання структури металу зварного шва, що володіє оптимальним комплексом механічних властивостей для роботи в умовах низьких температур.
Зазначені діапазони змісту нікелю (50-70 мас.%) І тугоплавких компонентів (30-50 мас.%) Обумовлені особливостями отримання порошку з композиційних мікрогранул, що містять рівномірно розподілені по їх поверхні нанорозмірні частинки. При збільшенні вмісту тугоплавких складових вище вказаної межі порошок виходить неоднорідним, а при меншому вмісті - кількість модифікатора недостатнє, що вимагає істотного збільшення кількості введеної у флюс комплексної лігатури.
Введення до складу флюсу 3-6 мас.% Польового шпату, основним компонентом якого є оксид кремнію, сприяє зменшенню вмісту в металі зварного шва водню, що знижує його схильність до холодних тріщин. Оксид кремнію вступає у взаємодію з іншим компонентом шлаковой системи - фторидом кальцію (основним компонентом плавиковогошпату) з супутнім утворенням газу фтороводорода, що виділяється з зварювальної ванни. При утриманні польового шпату менш як 3 мас.% Зниження вмісту водню незначно, а при збільшенні понад 6 мас.% Підвищується ступінь забруднення металу шва неметалевими силікатними включеннями.
Невелика (1-3 мас.%) Добавка магнезиту, впливаючи на в'язкість шлакового розплаву, в сукупності з іншими шлакоутворювальні компонентами флюсу забезпечує його високі зварювально-технологічні властивості.
Введення до складу флюсу невеликого (до 1 мас.%) Кількості феромарганцю сприяє раскислению металу зварювальної ванни і зниження вмісту в ній кисню, що знижує хладостойкость металу зварного шва.
Суть винаходу пояснена малюнками.
На фіг.1 зображена мікроструктура металу, наплавленого під флюсом без комплексної лігатури, а на фіг.2-з добавкою комплексної лігатури.
На Фіг.3 зображено розподіл неметалевих включень в металі, наплавленому під флюсом без комплексної лігатури, а на фіг.4 - з добавкою комплексної лігатури.
Використання пропонованого керамічного флюсу з комплексної лигатурой, що містить нанорозмірні тугоплавкі компоненти, при зварюванні сталей дозволяє істотно подрібнити структуру металу зварного шва (фіг.1, фіг.2), що значно підвищує його пластичні властивості. При цьому в металі шва знижується кількість неметалічних включень і спостерігається їх глобулярізація (фіг.3, фіг.4), що також сприяє підвищенню пластичності.
Виготовляли керамічний флюс, що містить наступні компоненти, мас.%: Карбонат кальцію - 23, плавиковий шпат - 55, глинозем - 15, польовий шпат - 5, магнезит - 3, феромарганець - 1, комплексна добавка - 10. Комплексна добавка представляла собою композиційний порошок з мікрочастинок нікелю розміром до 50 мкм з впровадженими в них нанорозмірними (менше 100 нм) частинками карбіду вольфраму, отриманого методом плазмохімічного синтезу, при наступному змісті компонентів, мас.%: нікель - 70, карбід вольфраму - 30.
Здійснювали механізоване зварювання пластин зі сталі 20 дротом Св-08А під пропонованим керамічним флюсом при наступних параметрах режиму: ток 230-240 А, напруга 24-26 В. З металу зварного шва вирізали зразки для випробувань на ударну в'язкість при негативних температурах (-60 ° С °) по ГОСТ 9454-78 (тип надрізу U-образний). Середнє значення ударної в'язкості склало 49 Дж / см 2. Металографічні дослідження показали, що метал має дрібнозернисту структуру і являє однорідний розчин з рівномірно розподіленими в ньому нанорозмірними частинками WC.
Використання пропонованого керамічного флюсу для зварювання низьковуглецевих і низьколегованих сталей в порівнянні з відомими флюсами дає наступний позитивний ефект:
1. Підвищення пластичних властивостей наплавленого металу і металу зварного шва за рахунок одночасного його легування нікелем і модифікування тугоплавкими компонентами через керамічний флюс.
2. Можливість введення великої кількості нанорозмірних тугоплавких компонентів в розплав зварювальної ванни, що призводить до значного подрібнення структури металу при його кристалізації, зниженню кількості неметалевих включень і їх глобулярізаціі.
формула винаходу
1. Керамічний флюс, що містить карбонат кальцію, плавиковий шпат, глинозем, магнезит, феромарганець, який відрізняється тим, що він додатково містить польовий шпат і комплексну лігатуру, яка містить нікель 50-70 мас.% І тугоплавкі компоненти у вигляді нанорозмірних частинок 30-50 мас .%, при наступному співвідношенні компонентів флюсу, мас.%: