Підвищену зносостійкість наплавленого металу за різних умов експлуатації можна забезпечити за допомогою формування у ньому композитної структури. Така структура відповідає принципу Шарпі: розташування твердих частинок відносно м'якої матриці. В якості таких структурних складових можуть стати хромистий чавун у вигляді матриці і карбід кремнію, як зміцнююча фаза.

Хромистий чавун є досить поширеним матеріалом, що часто використовується як у ливарній, так і зварювальній практиці виготовлення зносостійких елементів. Карбід кремнію являє собою відносно дешеве тверде тугоплавке з'єднання з наступними теплофізичними властивостями: щільність – 3,2 г/см³, t_пл = 2827 °С, область температурної стійкості – до 2100 °С, мікротвердість 250-350 МПа (для порівняння мікротвердість карбіду хрому становить всього 165 МПа). За своїми властивостями карбід кремнію цілком може бути використаний при електрошлаковій наплавці (ЕШН), хоча його щільність близька до щільності шлаку (2,2-2,5 г/см³), що застосовується при наплавлені.

Метою роботи було одержання біметалевих заготовок електрошлаковим способом з наплавленним шаром композитного металу у двосекційному струмопідвідному кристалізаторі (ТПК) квадратного перерізу при відносно великій площі поверхні, що наплавляється – 250×250 мм.

Було прийнято наступну схему наплавлення. На робочу поверхню заготовки товщиною 14 мм укладали робочу наплавлену суміш, яка складається з гранул хромистого чавуну (26-28 % Cr), пропущених через сито діаметром 2 мм, з додванням у неї у певному співвідношенні порошку чорного карбіду кремнію (розмір F70) хлористого калію.

Останній служив поверхнево-активним компонентом для забезпечення змочування частинок карбіду кремнію рідким чавуном. В якості робочого флюсу використовували АНФ-29. Початок наплавлення здійснювали за допомогою рідкого старту, тобто. наведення шлакової ванни відбувалося в окремому пристрої, після чого вона заливалася в робочий об'єм кристалізатора.

Завдяки особливій конструкції ТПК шлакова ванна, що має температуру 1450-1500 °С, після заливання в кристалізатор відразу ж починала обертатися, створюючи рівномірне теплове поле в об'ємі ванни. Після чотирьох хвилинної витримки процес наплавлення припиняли.

В результаті був наплавлений шар товщиною 10 мм, проте він не сформувався по всій наплавленої поверхні заготовки, особливо в її центральній частині.

Порізка заготовки металу дозволила встановити отримання мінімального проплавлення основного металу. Макротвердість наплавленого металу за його товщиною становила 64-65 HRА.

Висновки:

1. Встановлено можливість отримання композитного металу (хромистій чавун + карбід кремнію) за допомогою ЕШЛ у ТПК.

2. Якість формування наплавленого шару та його сплавлення з основним металом по всій наплавленій поверхні визначається розмірами цієї поверхні.

3. Розміри шару, що наплавляється, можуть бути збільшені за рахунок прогріву її центральної частини шляхом введення в шлакову ванну додаткового невитратного електрода, наприклад графітового.

4. Твердість наплавленого металу можна регулювати за рахунок зміни маси частинок карбіду кремнію, що вводиться в наплавну суміш.