РАЗРАБОТКА ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ ОСНОВЫ ПОКРЫТИЙ ЭЛЕКТРОДОВ ОСНОВНОГО ТИПА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ С ВЫСОКОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ В УСЛОВИЯХ ТРЕНИЯ МЕТАЛЛА О МЕТАЛЛ

АННОТАЦИЯ

Цель статьи состоит в разработке электродов для получения слоя низколегированной стали с высокой износостойкостью в условиях трения металла о металл. Проведен анализ применения   минеральных   ресурсов Республики Узбекистан (мела, доломита, пегматита) для разработки и промышленного производства покрытий электродов. Установлено, что основным источником оксида кальция является мел Самаркандского месторождения, оксида магния – доломит Гузарского месторождения, оксида кремния – пегматит Чирокчийского месторождения. Определен состав шлакообразующих компонентов наплавочных электродов из местных рудно-минеральных материалов, выбранный по тройной диаграмме шлаковой системы СаO-MgO-SiO₂, имеющей область расплавов с температурой плавления, не превышающей 1500°С.  Разработанные электроды обеспечивают  восстановление деталей, работающих в условиях трения металла о металл с типичной  твердостью наплавленного металла 59-62 HRC.

ABSTRACT

The purpose of the article is to develop electrodes for obtaining a layer of low-alloy steel with high wear resistance under conditions of metal-to-metal friction. An analysis of the use of mineral resources of the Republic of Uzbekistan (chalk, dolomite, pegmatite) for the development and industrial production of coated electrodes was carried out. It has been established that the main source of calcium oxide is the chalk of the Samarkand deposit, magnesium oxide – dolomite of the Guzar deposit, silicon oxide – pegmatite of the Chirokchi deposit. The composition of the slag-forming components of surfacing electrodes from local ore-mineral materials was determined, selected according to the ternary diagram of the CaO-MgO-SiO₂ slag system, which has a melt region with a melting point not exceeding 1500°C. The developed electrodes provide restoration of parts operating in conditions of metal-to-metal friction with a typical hardness of the deposited metal of 59-62 HRC

Ключевые слова: наплавка, покрытые электроды, минерально-сырьевые ресурсы, мел, доломит, пегматит.

Keywords: surfacing, coated electrodes, mineral resources, chalk, dolomite, pegmatite.

Введение. В мире на сегодняшний день ресурсосбережение за счёт обеспечение возможности нанесения металлического слоя достаточно большой толщины на восстанавливаемую деталь имеет особую значимость в виду возможности получения самого разнообразного состава наплавленного металла и уменьшения износа поверхности деталей. Применение ручной дуговой наплавки, имеющей широкую область применения в различных отраслях промышленности и эффективность по технико-экономическим показателям приобретает особую важность  [1,6]. В настоящее время основные производители сварочных электродов в Республики Узбекистан ПО «Навойиский машиностроительный завод» ГП НГМК», СП ООО «Ташкентский трубный завод», ИП ООО «Monolit Asia»  не производят электроды для износостойкой наплавки. В то время как потребность Узбекистана в наплавочных электродах широко используемых в ремонтном производстве постоянно возрастает.

Результаты и обсуждение. Во всем мире особое внимание уделяется научно-исследовательским работам по повышению качественных характеристик наплавочных электродов для получения слоя низколегированной стали с высокой износостойкостью в условиях трения металла о металл на основе совершенствования состава шихты покрытий для снижения их себестоимости. В России и Узбекистане разрабатывают новые технологии для повышения качественных характеристик наплавленного металла за счет оптимизации состава шихты покрытия электродов [3].

Российские ученые (Г.Л. Петров, В. Макиенко, Ю. Чеканова, Ю. Брусницин) исследовали формирование поверхности шва, отделимость шлаковой корки, возможность наплавки в различных пространственных положениях и др. Узбекские ученые М.А. Абралов, Н.С. Дуняшин, З.Д. Эрматов, Ж.Н. Садиков, Юсупов Б.Д.  разработали составы покрытия электродов для ручной дуговой наплавки [2]. З.Д. Эрматовым предложена физическая модель процессов взаимодействия, протекающих в шлаковой и металлической ваннах при ручной дуговой наплавке на базе классификационной схемы компонентов шихты электродных покрытий [4].  Ж.Н. Садиковым предложен состав газообразующих компонентов покрытия электродов для наплавки слоя высокохромистого чугуна понизивший содержание азота, кислорода и водорода в  металле сварного шва на 8-10% [5]. Б.Д. Юсуповым разработана технология приготовления покрытий электродов для наплавки слоя низколегированной стали, способствующая повышению износостойкости наплавленного металла на 11-13%. Несмотря на большие успехи в области разработки составов покрытия наплавочных электродов основного типа,  существует немало нерешенных научно-исследовательских задач при наплавке слоя низколегированной стали, определивших актуальность настоящей работы.

Восстановительная наплавка применяется для восстановления первоначальных размеров изношенных или поврежденных деталей. В этом случав наплавленный металл может быть близок по составу и свойствам основному металлу (восстановительная размерная наплавка) или отличаться от них (восстановительная износостойкая наплавка) [5,6].

Электроды для получения слоя низколегированной стали с высокой износостойкостью в условиях трения металла о металл в основном имеют основные покрытия, обеспечивающие пониженное содержания водорода в наплавленном металле, лучшую сопротивляемость образованию трещин при использовании сталей с повышенным содержанием углерода [7,8].

Применение   минеральных   ресурсов   Республики  Узбекистан   для разработки и промышленного производства покрытий электродов для наплавки слоя низколегированной стали с высокой износостойкостью в условиях трения металла о металл является актуальной задачей.

В настоящее время в качестве источника оксида кальция широко используются мел Самаркандского месторождения (табл. 1), содержащий 54,53-54,86% оксида кальция.

Таблица 1.

Химический состав мела самаркандского месторождения

Месторождения доломита имеются в Узбекистане в Ташкентской, Бухарской, Самаркандской, Навоинской, Ферганской, Наманганской и Кашкадарьинской областях. В настоящее время в качестве источника доломита, являющегося минералом из класса карбонатов, широко используется запасы Гузарского месторождения Кашкадарьинской области (табл. 2). Содержание оксида кальция 31,22%, оксида магния 20,45%

Таблица 2.

Химический состав доломита гузарского месторождения

В результате анализа сведений по пегматиту (табл. 3),  представляющего собой по  химическому  составу  алюмосиликаты  калия, натрия выявлено, что в Узбекистане основными источниками являются  гранитные  пегматиты Чирокчийского   месторождение Кашкадарьинской области. Содержание оксида кремния составляет 68,11%.

Таблица 3.

Химический состав пегматита Чирокчийского месторождения

В качестве стандартных материалов (табл. 4) электродных покрытий выбран ферросилико-марганец марки МнС17 по ГОСТ 4756-91, ферротитан  марки ФТи70С08 по ГОСТ 4761—91, феррохром марки  FeCr70 по ГОСТ 4757—91, плавиково-шпатовый концентрат марки ФФС-97А  по ГОСТ 4421-73

Таблица 4.

Усредненный химический состав стандартных материалов электродных покрытий

В системе СаО-MgO-SiO₂ (рис.1.) температура плавления 1300° С имеет место при составах 25-35% СаО,  25-30% MgО  и ~40-45% SiO₂ .

Рисунок 1. Диаграммы состояния тройной системы CaO-MgO-SiO₂

В данной системе образуется ряд химических соединений, в том числе тройное: CaO· MgО·2SiO₂, содержащее 24% CaO, 34% MgО и 42% SiO₂ и плавящееся при 1391°С. В  системе СаО-MgO-SiO₂ имеется область расплавов с температурой плавления, не превышающей 1500°С, что обеспечивает их применение при наплавке.

Разработанный состав электродного покрытия для износостойкой наплавки содержит следующие компоненты, мас.%: мел Самаркандского месторождения– 42,0–45,0%, доломит Гузарского месторождения 12,0-15,0%, пегматит  Чирокчийского месторождения  – 8,0–11,0%, плавиковый шпат  – 12,0–16,0%, поташ– 1,8–2,0%,  ферросилико-марганец –9,5–10,5%, ферротитан – 5,0–6,0%, феррохром – 3-5%.

Заключение

Разработанные электроды для наплавки слоя низколегированной стали с высокой износостойкостью в условиях трения металла о металл обеспечивают:

- восстановление деталей, работающих в условиях трения металла о металл с типичной твердостью наплавленного металла 59-62 HRC;

- наплавку в нижнем и наклонном положениях постоянным током обрат-ной полярности, коэффициент наплавки 9,2 г/А·ч , расход электродов на 1 кг наплавленного металла – 1,2 -1,4 кг

Список литературы:

1. Закс И.А. Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов: Справочное пособие. – СПб.: «WELCOME», 1996. – 384 с
2. Дуняшин Н.С. Разработка многокомпонентного покрытия электродов для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. – Т.: Fan va texnologiya, 2019 – 160 c.
3. Костин А.М. Сварочные материалы. – Миколаïв: НУК, 2004. – 225с.
4. Ermatov Z.D., Dunyashin N.S., Yusupov B., Saidakhmatov А.S., Abdurakhmonov M. Modelling the chemical composition process concerning formation of metals from manual arc surface on the basic of the electrode coating charge components classification// International Journal Of  Mechatronics and Appled Mechanics – Romania, 2022. – № 12  – pp. 170 – 176
5. Садыков Ж.Н.,  Саидахматов А.С. Исследование  и  разработка  шлакообразующей  основы  покрытий  электродов  для износостойкой наплавки на базе минерально-сырьевых ресурсов Республики Узбекистан// Композиционные материалы, 2020. – Специальный выпуск - С.114-119
6. Походня И.К. Металлургия дуговой сварки. Процессы  в дуге и плавление электродов  – Киев: Наукова думка, 1990. – 223 с.
7. Палиевская Е. А., Сидлин З. А. Проблемы сырьевой базы производства сварочных материалов// Сварочное производство. 2009. №9. С. 25―31.
8. Игнатов М.Н., Ханов А.М. Основы технологии электродного производства. –Пермь, 1997. – 112 с.