Введение
Наплавка металлов износостойкими сплавами выполняется с целью
повышения их износоустойчивости и твердости.
Для наплавки деталей применяют литые сплавы в виде прутков, порошковые наплавочные смеси, металлические электроды с легирующим покрытием, керамические легирующие флюсы, порошковую проволоку, стальную наплавочную проволоку, трубчатые наплавочные электроды.
Для деталей, работающих при высоких температурах применяют
стеллиты. Сормайты применяют для деталей, которые работают при нормальных и слегка повышенных температурах.
Для наплавки твердых и износостойких сплавов применяют
электродуговую сварку, сварку угольным электродом, газовую сварку,токи высокой частоты, так же применяют специальные наплавочные электроды.
Цель наплавки — упрочнение и восстановление деталей (оборудования) посредством нанесения на поверхность покрытий, обладающих высокой износостойкостью (кислотостойкостью, термостойкостью). В этом разделе речь пойдет о нанесении защитного
покрытия именно с помощью сварки.
Процесс наплавки является основой и для изготовления
биметаллических изделий. В зависимости от того, какая форма изделия,
какие берутся исходные материалы, какие условия работы, наконец масса изделия, предполагают различные подходы в выборе технологии наплавки. Если невозможна механизация процесса сварки (наплавки), то лучше всего остановиться на наплавке покрытыми электродами. Глубина проплавления основного металла должна быть минимальной. Это достигается путем наклона электрода в сторону, обратную ходу наплавки. Диаметр электрода должен быть в пределах 2— 6 мм. Ток постоянный, обратной полярности (на электроде «плюс»). Сила тока — от 80 до 300А. Наплавка требует определенных навыков в работе. Надо при минимальном токе и напряжении, чтобы не увеличивать долю основного металла в наплавленном, оплавить оба компонента. Состав металла будет определять тип электрода, а толщина и форма — диаметр электрода
Напряжение дуги определяет форму наплавленного валика; при его
повышении увеличивается ширина и уменьшается высота валика, возрастает
длина дуги и окисляемость легирующих примесей, особенно углерода. В
связи с этим стремятся к минимальному напряжению, которое должно
согласовываться с током дуги. Обычно наплавку ведут при напряжении дуги
28—32 В и силе тока 300—450 А электродной проволокой диаметром 3—4
мм.
Техника наплавки предусматривает различные приемы ведения работ
при наплаве тел вращения, плоских поверхностей и деталей сложной формы.
Цель их одна — получение качественного наплавленного слоя заданных
свойств и минимальная деформация изделия.
При наплавке тел вращения это достигается ведением непрерывного
процесса по винтовой линии с перекрытием последующим валиком
предыдущего. Плоские детали целесообразно наплавлять электродными
лентами с минимальным проплавлением основного металла.
Применяемые в качестве наплавочных материалов хромоникелевые
аустенитные стали обладают высокими антикоррозионными свойствами.
Если в эту сталь добавить марганец, возрастет ее вязкость, что важно для процесса наплавки.
Когда хромоникелевые аустенитные стали используются для наплавки,
то использовать надо покрытые электроды одинакового с этой сталью
состава. Сама наплавка ведется в среде газа аргона или под флюсом.
Подогревать хромоникелевые стали не требуется.
Наплавочные материалы
Самыми распространенными наплавочными сплавами являются:
Порошковые смеси:
Сталинит М - применяется в виде порошка для наплавки
быстроизнашивающихся деталей из стали и чугуна. Сталинит М
содержит хром 24 — 26%, марганец 6 – 8,5%, углерода 7 – 10%, кремния
до 3%, фосфора до 0,5%, серы до 0,5%, остальное железо. Производят
Сталинит М из ферромарганца марки МН – 6, феррохрома марки ХР – 6,
нефтяного кокса и железной стружки которые смешиваются в
определенных пропорциях до получения сталинита. Твердость сталинита
после наплавки составляет не менее 75HRA или 52HRC.
Вокар – это смесь из измельченного вольфрама и углерода. При
наплавке дает очень твердую смесь карбида вольфрама в железе его
твердость составляет: 1-й слой 50 – 58HRC, 2-й слой 61 – 63HRC. Применяется в основном для наплавки бурового инструмента, является дорогим сплавом.
Висхом – недорогой сплав, который не содержит вольфрама. В его
состав входят: углерод 6%, марганец 15%, хром 5%, остальное железная
или чугунная стружка. В основном применяется в сельхозмашиностроении, этим сплавом наплавляют плуги, лемеха, зубья
борон и т.д. Твердость наплавленного слоя достигает 250 – 320HB.
Боридная порошковая смесь – состоит из 50% боридов хрома, и
50% железного порошка. Наплавленный слой получается хрупким.
Применяется для деталей, работающих в абразивной среде. Твердость
наплавленного слоя 82 – 84HRA.
Литые износостойкие сплавы производятся в виде прутков
длинной 400 – 450мм:
Стеллит – состоит из растворенных карбидов хрома в кобальте.
Стеллит обладает большой коррозионной стойкостью, ударной
вязкостью, хорошие наплавочные свойства. Твердость при наплавке достигает до 46 – 48HRC.
Сормайт – состоит из растворенных карбидов хрома в никеле и
железе. Твердость достигает до 49 – 54HRC. Сормайт №1 после наплавки
не требует термообработки (можно сразу обрабатывать резцом). Сормайт
№2 менее хрупкий, чем Сормайт №1 может обрабатываться резцом только после отжига, после закалки снова приобретает высокую прочность.
Для деталей, работающих при высоких температурах применяют стеллиты. Сормайты применяют для деталей, которые работают при нормальных и слегка повышенных температурах.
Для наплавки твердых и износостойких сплавов применяют электродуговую сварку, сварку угольным электродом, газовую сварку, токи высокой частоты, так же применяют специальные наплавочные электроды.
Электроды для наплавки
Специальные электроды марок 03H-250, ОЗН-ЗОО, 03H-350, 03H-400 и
У-340 применяются для получения наплавки средней твердости деталей из
углеродистых и среднелегированных сталей (цифровые индексы показывают
среднюю твердость третьего слоя наплавки по Бринеллю).
Заданная твердость наплавки достигается введением в наплавленный
металл через покрытие одного или нескольких легирующих элементов (Mn,
Cr, Si и др.). Это способствует образованию закалочных структур и
упрочнению феррита. Покрытие наносится на обычную сварочную
проволоку. Углерод в таких электродах не является ведущим легирующим элементом. В зависимости от марки электрода содержание углерода в наплавленном металле колеблется в пределах 0,12—0,3%.
Износостойкость закаленного металла, наплавленного электродом
ОЗН-ЗОО, в 1,5 раза выше, чем закаленной стали марки 40Х. Электроды
ОЗН-ЗОО и 03H-250 следует рекомендовать для наплавки закаленных
деталей из среднеуглеродистых сталей марок 40 и 45, из хромистых сталей
марок ЗОХ, 35Х, 40Х и др. Эти электроды применимы для наплавки деталей
из малоуглеродистых сталей и сталей марок 35 и 40.
Хорошие результаты получают при наплавке закаленных деталей из
стали марки 40Х электродами У-340.
Металл, наплавленный электродами 03H-250, хорошо обрабатывается
режущими инструментами. Твердость металла, наплавленного электродом
ОЗН-ЗОО и другими, может быть снижена отжигом при 850° и охлаждением
вместе с печью.
При закалке наплавленный металл достигает твердости НВ 400-460.
Электродами ОЗН-ЗОО, 03H-250 и У-340 наплавка производится
постоянным током при обратной полярности. Ток для электрода У-340
диаметром 4 мм — 135—170 а, а для электрода ОЗН диаметром 5 мм — 210—240 а. Если в составе покрытия электрода ОЗН имеется поташ, сварку можно вести на переменном токе. После наплавки производят правку полуоси, протачивание шлицевой части и фрезерование шлицев. Затем полуось нагревают до 840—860°, закаливают в масле и отпускают при 250—300°.
При применении электродов Т-590 и Т-620 благодаря большой степени легирования Сг, В и Ti наплавленный ими металл имеет структуру карбидной эвтектики на основе а-твердого раствора и большое количество первичных карбидов. Вследствие этого термическая обработка наплавленного металла дает снижение твердости, а механическая обработка возможна только абразивами.
Металл, наплавленный электродами Т-590 и Т-620, характеризуется
повышенной, хрупкостью и склонностью к образованию трещин; поэтому при большом износе рекомендуется наплавлять только верхние рабочие слои.
Нижние слои наплавляют более мягкими электродами.
Технология наплавки износостойкими сплавами
Перед наплавкой устанавливают высоту наплавочного слоя,
поверхность, подлежащая наплавке, должна быть очищена от грязи,
ржавчины, окалины, масла и влаги. При наложения первого слоя наплавки стремятся каждый предыдущий валик перекрывать на 25-30% его ширины, сохраняя при этом постоянство его высоты. При необходимости увеличить высоту наплавочного валика производят наплавку следующего валика, очистив наплавленный слой от неметаллических включений и шлака, образованных при наложении предыдущего слоя.
В зависимости от марки металла наплавка может выполняться без подогрева изделия и с предварительным подогревом.
Основными требованиями, предъявляемыми к качеству наплавки, являются: надежное сплавление основного металла с наплавленным, отсутствие дефектов в наплавленном металле, идентичность свойств наплавленного и основного металла.
Надежное сплавление наплавки с основным металлом обеспечивается подбором силы тока, что для наплавочных установок с постоянной скоростью подачи электрода соответствует подбору скорости подачи проволоки или ленты.
Металлы можно наплавлять при помощи электродуговой или газовой
сварки.
Электродуговой способ наплавки сормайтом более прост. В процессе наплавки первого слоя расплавленные основной металл детали и сормайт хорошо перемешиваются, в результате первый наплавленный слой получается комбинированным с пониженной твердостью. Для получения однородного слоя сормайта наплавку ведут в два и более слоев. Этот способ применяют при наплавке больших поверхностей, но этим способом трудно наплавлять острые кромки и малые детали. Чтобы предохранить от окисления стержень сормайта в процессе наплавки, для их покрытия применяют специальные обмазки. Наплавка сормайтом при помощи ацетилено-кислородного пламени осуществляется электродами диаметром от 2 до 3 мм.
Перед наплавкой ремонтируемую деталь нагревают до поверхностного
ее оплавления, после чего в эту зону вводят электрод сормайта. Чтобы
избежать окисления наплавленного слоя » выгорания углерода, вольфрама и
хрома, наплавку производят с избытком ацетилена. В процессе наплавки
электрод сормайта необходимо держать в пламени горелки, чтобы капли сплава попадали только на расплавленную поверхность ремонтируемой детали. Горелка должна находиться под углом на расстоянии» 18—20 мм от поверхности детали. Детали сложной конфигурации и больших размеров во избежание появления внутренних напряжений предварительно подогревают до температуры 650—700 °С.
Сормайт термически обрабатывается. Отжиг производится при температуре 890—900 °С с выдержкой при данной температуре в печи до 4 ч. После выдержки деталь вместе с печью охлаждается до температуры 720—740 °С и при повторной выдержке при указанной температуре в течение 4 ч с последующим охлаждением вместе с печью до 600 °С, а в дальнейшем на воздухе твердость доводится до HRC 30—35. Детали, наплавленные сормайтом, закаливают в масле, т. е. нагревают до температуры 940—960 °С и выдерживают в течение 40—50 мин с последующим охлаждением в масле.
Отпуск производится при температуре 250 °С и выше с выдержкой в течение 1 ч и охлаждением на воздухе. После отпуска твердость сормайта № 2. HRC 40-45. Если реставрируемая деталь имеет большой износ, то вначале наплавку нужно произвести металлическим электродом и только последний слой необходимо наплавлять твердым сплавом с последующим медленным охлаждением, чтобы предотвратить образование трещин. Сормайтом № 2 наплавляют ножи прессножниц (толщина слоя до 5 мм) и другие детали.