применяемый в основном для наплавки бурового инструмента. Твердость 1-го слоя 56—58, 2-го слоя — 61—63 HRC.
Для наплавки бурового инструмента применяют релиты — трубчато-зерновые сплавы ТЗ на основе вольфрама. Зерна релита содержат около 3% углерода, который с основной массой вольфрама (97%) образует карбиды WC и W2C. Наплавленный слой состоит из частиц карбидов вольфрама и связующего сплава углерод-железо-вольфрам. Твердость наплавленного слоя составляет 70—90 HRA в зависимости от способа наплавки.
В и с х о м — дешевый зернистый сплав, не содержащий вольфрама. Содержит 6% углерода, 15% марганца, 5% хрома, остальное— железо (чугунная стружка). Широко используется в сельхозмашиностроении для наплавки лемехов, плугов, дисков и зубьев борон и пр. Твердость наплавки 250—320 НВ.
Боридная порошковая смесь содержит 50% боридов хрома и 50% железного порошка. Дает хрупкий наплавленный слой. Применяется для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного износа. Твердость наплавки 82—84 HRA.
Литые износостойкие сплавы имеют температуру плавления 1260—1300° С и представляют собой твердый раствор карбидов хрома в кобальте (стеллиты) или в никеле и железе (сормайты). Сплавы на железной основе более хрупки, но дешевле, чем сплавы на никелевой и кобальтовой основе. Стеллиты имеют большую вязкость, коррозионную стойкость и лучшие наплавочные свойства, чем сормайты. Литые сплавы применяют для наплавки инструмента, ножей для резки металла, штампов, конусов, загрузочных устройств доменных печей и других подобных деталей.
Сормайт № 1 не требует термообработки после наплавки и может обрабатываться резцом. Сормайт № 2 менее хрупок, чем сормайт № 1 и после отжига может обрабатываться резцом; после закалки приобретает высокую твердость.
При наплавке дают твердость (HRC): стеллит В2К—46-48; стеллит ВЗК—42-43; сормайт № 1-49-54; сормайт № 2-40-45. Литые сплавы применяются в прутках диаметром 5—6 мм, длиной 250 мм. Содержание серы и фосфора не должно превышать в сумме 0,08%.
деталей. Для наплавки прутковым сормайтом рекомендуется применять газовую или электродуговую наплавку, для порошкового — нагрев токами высокой частоты. Химический состав сормайта следующий (%): хрома 25—31, никеля 3— 5, углерода 2,5—3, кремния 2,8—3,5, марганца до 1,5, серы до 0,07, фосфора до 0,08, железа — остальное. Твердость поверхностного слоя наплавки сормайтом равна 73—74 HRA или 48—50 HRC.
§ 2. ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ
ГОСТ 10051—62 предусматривает 25 типов наплавочных электродов, обеспечивающих твердость наплавленного слоя от 25 до 65 HRC. Этот ГОСТ уЬтанавливает также химический состав наплавленного металла и соответствующее обозначение для электрода каждого типа, например, ЦН-5-ЭН-20Х12-40-5.0 расшифровывается так: ЦН-5 — марка электрода; буквы ЭН — электрод наплавочный; 20X12-40-5,0 обозначает содержание в наплавке в среднем 0,20% углерода, 12%) хрома, 40 HRC — твердость; 5 —диаметр проволоки в мм. Если в обозначении электрода стоит буква У, то цифра после нее обозначает содержание углерода в наплавке з десятых долях процента. Например, ЭН-У30Х23Р2С2ТГ-55 означает, что наплавка содержит: 0,3% углерода, 23% хрома, 2% бора, 2% кремния, 1% титана и марганца, твердость 55 HRC.
Широкое распространение получили наплавочные электроды Московского опытно-сварочного завода. Характеристика и области применения их указаны в табл. 31.
Для наплавки резцов, фрез и других инструментов применяют также электроды марок ЦИ-1М, ЦИ-1У, ЦИ-1Л, РК-2, дающие в наплавке металл типа быстрорежущей стали и допускающие термообработку для получения твердости до 62—65 HRC.
Электроды ЦИ-1М имеют стержень из проволоки Св-08А и покрытие следующего состава: 23% мела, 16% плавикового шпата, 1,5% графита, 1,5% ферромарганца, 1,5% ферросилиция, 10% феррохрома, 5,2% феррованадия, 40,3% ферровольфрама, 1% алюминия, 30—35% жидкого стекла к весу сухой смеси.
Режим наплавки электродами ЦИ-1М следующий:
Наплавляемый инструмент ограждается графитовыми или медными брусками и заплавляется металлом электрода. Твердость после наплавки 55—60 HRC, после отжига 30—32 HRC, после закалки и отпуска 62—65 HRC. Электроды ЦИ-1У имеют стержень из углеродистой проволоки У9 и покрытие,состоящее из 73% мрамора, 17,4% плавикового шпата, 1,5% ферромарганца, 1,4% ферросилиция, 10,2% феррохро ма, 5,3% феррованадия, 39,8% ферровольфрама, 1% алюминия, 0,4% графита.
Режущие кромки ножей и ножниц наплавляют электродами ЦН-5, дающими в наплавке металл типа Х10.
Штампы наплавляют электродами Т-540, Ш-7, ЦН-4, 2X13, НИП-48, дающими в наплавке мартенситную хромистую сталь (для электродов Ш-7 легированную молибденом). Наплавленные поверхности отжигают, подвергают механической обработке, а потом закаливают до твердости 40—57 HRC.
Электроды Т-590, Т-620, 13КН, БХЗ-2 дают наплавленный металл карбидной или мартенситной структуры твердостью 56— 62 HRC, обрабатываемый только абразивным инструментом. Ими наплавляют быстроизнашивающиеся стальные и чугунные детали, работающие без ударной нагрузки. Для уменьшения хрупкости наплавка по чугуну производится только в один слой, а по стали — не более чем в два слоя.
Электроды 03H-250, ОЗН-ЗОО, 03H-350, 03H-400, У340пб, К-2, ЦНИИ-250, К-1Б дают наплавленный металл перлитной структуры, средней твердости 250—400 НВ. Твердость при наплавке этими электродами зависит от степени разбавления наносимого слоя основным металлом и скорости охлаждения. Быстрое охлаждение может вызвать закалку наплавляемого металла и появление трещин, поэтому наплавку ими ведут с предварительным подогревом до 300—600° С.
Детали из высокомарганцовистой аустенитной закаливающейся стали Г-13 наплавляют электродами ОМГ и ОМГ-Н. При наплавке электродами ОМГ в верхних слоях могут появляться трещины, не опасные для стойкости детали из стали Г-13, так как они не увеличиваются под нагрузкой. Электроды ОМГ-Н (с никелем) дают наплавленный металл, менее склонный к образованию трещин.
При больших объемах наплавочных работ широко применяется автоматическая дуговая наплавка малоуглеродистой проволокой
Наплавкой называют процесс наплавления на поверхности изделия слоя металла для изменения размеров или придания специальных свойств (твердости, антикоррозионности, износоустойчивости и т. д.). Наплавка может выполняться металлическими штучными электродами, стальной наплавочной проволокой (лентой) и твердыми сплавами.
Твердыми сплавами называют сплавы карбидо- и боридообразующих металлов — хрома, марганца, титана, вольфрама и других с углеродом, бором, железом, кобальтом, никелем и пр. Они могут быть литыми и порошковыми.
К литым твердым сплавам относится прутковый сормайт, поставляемый в виде стержней диаметром 6—7 мм и длиной 400—450 мм, содержащий 25 — 31% хрома, 3 — 5% никеля, 2,5 — 3,3% углерода, 2,8 — 3,5% кремния, до 1,5% марганца, до 0,07% серы и 0,008% фосфора, остальное — железо, а также другие сплавы. Литые твердые сплавы применяют для наплавки штампов, измерительного инструмента, деталей станков и механизмов, работающих в условиях интенсивного износа. Наплавку ведут ацетилено-кислородным пламенем, угольным электродом, а также вольфрамовым электродом в среде аргона.
К порошкообразным твердым сплавам относятся сталинит и сормайт. Порошкообразный сталинит содержит 24—26 % хрома, 6 — 8,5 % марганца, 7—10 % углерода, до 3% кремния, до 0,5% серы и фосфора, остальное — железо.
Металлические электроды для дуговой наплавки изготовляют по ГОСТ 10051 — 75, согласно которому электроды классифицируются в зависимости от химического состава и твердости наплавленного металла.
Виды наплавки
В настоящее время в промышленности используется большое количество различных видов наплавки.
Ручная дуговая наплавка. Наплавка выполняется металлическими плавящимися одиночными электродами, пучком электродов, лежачими пластинчатыми электродами, трубчатыми электродами, дугой прямого и косвенного действия и трехфазной дугой.
Наплавку электродами можно выполнять во всех пространственных положениях. Она выполняется путем последовательного наложения валиков, наплавляемых при расплавлении электрода, на поверхность изделия. Наплавляемая поверхность при этом должна быть чистой (зачищена до металлического блеска). Поверхность каждого наложенного валика и место для наложения следующего валика также тщательно зачищают от шлака, окалины и брызг.
Для получения сплошного монолитного слоя наплавленного металла каждый последующий валик должен перекрывать предыдущий на 1/3—1/2 своей ширины.
Толщина однослойной наплавки составляет 3 — 6 мм. Если необходимо наплавить слой толщиной более 6 мм, перпендикулярно первому наплавляют второй слой валиков. При этом первый слой валиков должен быть тщательно очищен от брызг, окалины, шлаковых включений и других загрязнений.
Дуговая наплавка под флюсом. По способу выполнения может быть автоматической или полуавтоматической, а по количеству применяемых проволок — одноэлектродной и многоэлектродной. Применяемые для наплавки под флюсом наплавочные проволоки по конструкции разделяют на сплошные XI порошковые, а по форме — на круглые и ленточные.
Дуговая наплавка в защитных газах вольфрамовым (неплавящимся) и проволочным металлическим (плавящимся) электродом. Для защиты дуги используют аргон, азот, водород и углекислый газ.
Производительность труда при наплавке оценивают массой или площадью (размерами) наплавленного металла.
Вибродуговая наплавка. Эта наплавка является разновидностью электрической дуговой наплавки металлическим электродом и выполняется путем вибрации электрода. Амплитуда вибрации находится в пределах от 0,75 до 1,0 диаметра электродной проволоки.
Электрошлаковая наплавка. Отличительной особенностью этого способа наплавки является высокая производительность, при которой могут быть достигнуты не только десятки, но и сотни килограммов наплавленного металла в час. Наплавка производится с принудительным формированием металла за один проход. Электроды применяются практически любого сечения: прутки, пластины и т. п. Глубину проплавления основного металла можно регулировать в широких пределах.
Наплавка открытой дугой. Для этой цели применяют порошковую проволоку с внутренней защитой, которая позволяет расширить область применения механизированной износостойкой наплавки. При наплавке этой проволокой применение флюса или защитного газа не требуется, поэтому способ отличается простотой и маневренностью и создается возможность восстановления деталей сложной формы, глубоких внутренних поверхностей, деталей малых диаметров и пр. В настоящее время имеются различные конструкции аппаратуры, а также разработана технология упрочения деталей широкой номенклатуры. Расход проволоки составляет 1,15—1,35 кг на 1 кг наплавленного металла. Производительность при полуавтоматической наплавке повышается в 2 — 3 раза по сравнению с наплавкой штучными электродами.
Плазменная наплавка. При плазменной наплавке источником тепла является высокотемпературная сжатая дуга, получаемая в специальных горелках. Большое применение получили плазменные горелки с дугой прямого действия, горящей между неплавящимся вольфрамовым электродом и наплавляемым изделием. Иногда применяют горелки комбинированного типа, в которых от одного Электрода одновременно горят две дуги — прямого и косвенного действия.
Присадочным материалом при этом способе наплавки служит проволока, лента, порошок и пр. Практический интерес представляет прежде всего наплавка с присадкой мелкозернистого порошка. В этом случае применяется плазменная горелка комбинированного типа. Порошок при помощи транспортирующего газа подается из питателя в горелку и там вдувается в дугу. За время пребывания в дуге большая часть порошка успевает расплавиться, так что на наплавляемую поверхность попадают уже капельки жидкого присадочного материала.
Технология наплавки
В зависимости от марки металла наплавка может производиться 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 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.
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
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
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%.
ОЗН-ЗОО и другими, может быть снижена отжигом при 850° и охлаждением
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
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.
Стыковка профильных и круглых труб без использования сварки