Наплавка металла

При дуговой наплавке плавящимся или неплавящимся электродом, в среде защитных инертных газов, плазменной, электрошлаковой наплавке химический состав наплавленного металла по всем основным легирующим элементам примерно соответствует химическому составу электродного материала. Дополнительного устойчивого легирования наплавленного металла в результате металлургических взаимодействий наплавляемого металла с газовой фазой (например, азотом или кислородом, которые можно добавлять к инертному газу, как правило, аргону) обычно достичь не удается.

При использовании дуги с неплавящимся электродом (угольным без защиты от воздуха или вольфрамовым с защитой инертными газами) легирование обеспечивается в основном только наплавляемым материалом и его перемешиванием с основным металлом. При ручном процессе можно применять стержни из проволок сплошного сечения (согласно ГОСТ 10543-75 или 2246-70 или другого состава), литые прутки из недеформируемых сплавов (высокохромистый чугун - сормайт, а также кобальтовые стеллиты типа В3К и др.); порошковые присадки (трубка с сердечником из твердых термически стойких карбидов - ликар), а также порошкообразные (размером 100...750 мкм) и зернистые наплавочные материалы (сталинит - смесь феррохрома, ферромарганца, чугунной стружки и нефтяного кокса).

В ряде случаев механизированной наплавкой аргонодуговым методом вольфрамовым электродом можно расплавлять уложенные на место наплавки заготовки наплавочного материала, выполненного в виде литья или из прессованных порошков. При достаточно хорошо подобранном режиме наплавки такая наплавочная заготовка (брикет, кольцо и пр.), расплавляясь, нагревает лежащую под жидким металлом поверхность до оплавления, в результате чего расплав соединяется с основным металлом.

По такой схеме можно получать наплавленные слои любой композиции, хотя при этом необходимо учитывать и возможность образования трещин в слое или по зоне сплавления. В качестве присадки при аргонодуговой наплавке можно использовать спеченные из порошков прутки.

Аналогично получается соединение и при плазменной наплавке при горении дуги на проволоке из наплавляемого сплава (например, медной или бронзовой). В этом случае перегретый металл расплавленной проволоки осуществляет необходимую тепловую подготовку к оплавлению поверхности, не включенной в цепь дуги наплавляемой детали.

Имеются плазмотроны, в которых через дугу, горящую между электродом и соплом плазмотрона, вдувается мелкий порошок (обычно с размером частиц до 100 мкм) наплавляемого материала. Он расплавляясь, перегревается до необходимой температуры и, поступая на наплавляемую поверхность в виде капель, приводит к оплавлению основного металла и установлению металлической связи (свариванию) наплавляемого металла с основным. Возможности регулирования химического состава наплавляемого металла при таких способах очень широки.

При наплавке плавящимся электродом в углекислом газе приходится считаться с потерями легирующих элементов за счет их окисления. Легирование наплавленного металла достигается в основном выбором соответствующего присадочного металла (электродная проволока сплошного сечения, порошковая и др.) или применением дополнительных наплавочных материалов (паст, перед наплавкой наносимых на кромки; присадочных прутков, порошков, засыпаемых на поверхность перед наплавкой или вдуваемых в сварочную ванну; дополнительных проволок, прутков, укладываемых на поверхность или подаваемых в сварочную ванну и др.).

Наплавка электродами, имеющими специальные покрытия, позволяет получать довольно значительное легирование через составляющие электродного покрытия (обычно вводимые в покрытия в виде порошков металлов, сплавов или углеродистых составляющих) или посредством выбора состава металлического стержня электрода.

Переход легирующих элементов из стержня и покрытия электрода зависит от свойств элемента (его сродства к кислороду, температуры испарения и др.), от композиции электродного покрытия металла стержня электрода, а также от коэффициента массы покрытия. Варьируя составы электродного стержня, количество и состав покрытия, можно получить множество составов наплавленного металла, легированных различными элементами и, следовательно, обладающими различными свойствами в исходном состоянии после наплавки или после последующей термообработки.

При наплавке покрытыми электродами состав наплавленного металла весьма незначительно зависит от режима наплавки (главным образом усиливается выгорание углерода при значительном увеличении силы сварочного тока и напряжения дуги).

Таким образом, в различных случаях при наплавке необходимо комплексно решать ряд сложных вопросов: выбор материала, обеспечивающего свойства соответствующие условиям эксплуатации; возможность наплавки этого материала непосредственно на основной металл детали или подбор материала для наплавки подслоя; выбор способа и режима наплавки, формы и методов изготовления наплавочных материалов; выбор термического режима для выполнения наплавки (сопутствующий подогрев для исключения хрупких подкаленных зон в металле детали); интенсификации охлаждения наплавляемой детали, когда для детали нежелательно длительное пребывание при высоких температурах; установление необходимости последующей термообработки (общей или местной) для получения необходимых эксплуатационных характеристик.

При наплавке мартенситных и аустенитных сталей на низкоуглеродистые или низколегированные стали возможно образование хрупких прослоек промежуточных составов и возможны хрупкие разрушения, образование трещин, отслаивание слоя от основного металла (при наплавке медных сплавов на ряд сталей). Поэтому применяется усложненная технология наплавки – предварительно наплавляется подслой из другого наплавочного материала, а затем тот материал, который требуется на поверхность наплавляемой детали по условиям ее надежной эксплуатации. Такой подслой ограничивает развитие диффузионных прослоек, обезуглероживание в углеродистой стали и появление карбидной прослойки в более легированной аустенитной стали возле линии сплавления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
4. Характеристика материалов для  наплавки поверхностей деталей 

Современное машиностроение предъявляет повышенные требования к наплавочным электродным материалам. Однако часто сложный состав стержней штучных электродов или проволок для автоматической наплавки таков, что их изготовление стандартными методами прокаткой, волочением) существенно затруднено, а часто и вообще невозможно. В связи с этим, разработка электродов как с легированным стержнем и дополнительным легированием наплавленного металла через покрытие, так и порошковых проволок для механизированных видов сварки и наплавки предусматривает введение легирующих элементов в требуемых количествах.

Состав и свойства наплавленного металла (слоя) зависит от условий службы изделия и его выбор является сложной задачей, так как износ протекает по-разному в зависимости от условий работы. При эксплуатации выбирается главный вид износа и ему уделяется основное внимание. В связи с необходимостью поддержания оптимальной температуры при проведении металлургических реакций в процессе наплавки требуется подвод тепла от дугового разряда при дуговых видах наплавки или за счет генерирования теплоты при прохождении тока по расплавленному шлаку в процессе электрошлаковой наплавки.

Некоторые из наиболее распространенных наплавочных материалов, в частности, электродов, для тяжелых условий эксплуатации и восстановления быстроизнашиваемых деталей и для специфичных условий наплавки деталей железнодорожного транспорта.

Электроды для наплавки следует рассматривать в связи с технологией наплавки и условиями работы наплавленного металла. Свойства наплавленного металла зависят от предварительного подогрева, методов наплавки, погонной энергии, условий охлаждения, массы и химического состава, термической обработки. Поэтому при наплавке одними и теми же электродами, порошковыми проволоками с использованием флюсов одного и того же состава можно получить металл, обладающий различными свойствами.

Электроды ОМГ-Н предназначены для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания и высоком давлении, а также для заварки небольших дефектов изделий из стали Г13. Используются как при однослойной, так и при двухслойной наплавке. Отношение хрома к углероду в пределах 15…20. Структура наплавленного металла доэвтектическая: мартенсит с продуктами распада аустенита при небольшом количестве карбидной фазы. Из-за феррита в матрице износостойкость относительно невелика, но сопротивление ударным нагрузкам достаточно высоко. Без термической обработки может применяться в условиях абразивного воздействия. После термической обработки (закалка + низкий отпуск) повышается сопротивление изнашиванию, но понижается ударостойкость.

Электроды Т-620 предназначены для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания без значительных ударов. Благодаря наличию титана и марганца (до 1,5%) содержание углерода без ущерба для износостойкости можно было бы уменьшить до 0,2%.

Электроды Сормайт С27 предназначены для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками при температуре до 500 оС и наличии коррозионной среды(била углеразмольных мельниц, зубья ковшей экскаватора, била дробилок).

Электроды 13КН/ЛИВТ предназначены для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания при отсутствии ударов или при слабых ударах. Обеспечивают получение заэвтектоидной структуры наплавленного металла с мартенситом и небольшим количеством вторичных карбидов цементитного типа. При низком отношении хрома к углероду дополнительных карбидов хрома не образуется. Наплавленный металл имеет умеренную износостойкость и небольшую ударостойкость из-за содержания в структуре мартенсита. Содержание углерода должно быть больше для получения специальных карбидов и более высокой износостойкости.

Система легирования C-Cr-В используется для наплавки быстроизнашиваемых стальных и чугунных деталей, работающих при абразивном воздействии. Наплавка производится на постоянном токе при обратной полярности в нижнем положении. Наплавочный металл термической обработке не подвергается и наплавку следует производить не более чем в два слоя на стальных изделиях и в один слой на чугунных. Наплавленный металл склонен к образованию трещин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Таким образом, одним из главных методов восстановления и упрочнения деталей является наплавка.

Наплавка это нанесение слоя металла на поверхность заготовки или изделия посредством сварки плавлением. Различают наплавку восстановительную и изготовительную. Восстановительная наплавка применяется для получения первоначальных размеров изношенных или поврежденных деталей. Изготовительная наплавка служит для получения многослойных изделий. Такие изделия состоят из основного металла и наплавленного рабочего слоя.

К важнейшим требованиям, предъявляемых к наплавке можно отнести:

-минимальное проплавление  основного металла;

-минимальное значение  остаточных напряжений и деформаций  металла в зрне наплавки;

-снижение для приемлемых значений припусков на последующую обработку деталей.

Выделяют следующие способы наплавки: аргоно-дуговая,  дуговая, дуговая самозащитой проволокой, плазменная порошком и т.д. Наиболее универсальным способом является ручная наплавка штучными электродами. Основным достоинством является универсальность и возможность выполнения сложных наплавочных работ в труднодоступных местах. Для выполнения ручной дуговой наплавки используется обычное оборудование сварочного поста. К недостаткам ручной дуговой наплавки можно отнести относительно низкую производительность, тяжелые условия труда из-за повышенной загазованности зоны плавки, а также сложность получения необходимо качества наплавленного слоя и большое проплавление основного металла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Список литературы

1 Технология и оборудование  сварки плавлением и термической  резки: Учебник для вузов.– 2-е  изд. Испр. и доп./ А.И.Акулов, В.П.Алехин, С.И.Ермаков и др./ Под ред.А.И. Акулова.- М.: Машиностроение, 2003.-560с.

ISBN 5-217-03130-1

2 Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление / Пер.с яп.В.Н. Попова. Под ред.В.С. Степина, Н.Г. Шестернева. М.: Машиностроение,1985.-240с.

3 Износостойкость сплавов, восстановление  и упрочнение деталей машин /Под общей ред.В.С. Попова.- Изд. ОАО Мотор Сич.- Запорожье, 2006.- 420с.

ISBN 966-7108-97-3

4 Грохольский , Н.Ф. Восстановление деталей машин и механизмов сваркой и наплавкой.- М. : Машиностроение.-1966.-275с.