Исследование влияния погонной энергии при наплавке на структуру и свойства износостойкого наплавленного металла

Известно, что при наплавке износостойких сплавов с мартенситной или ледебуритной матрицей важное значение для работоспособности наплавленно­го металла имеет погонная энергия при наплавке. Как правило, чем выше зна­чение погонной энергии, тем больше времени металл пребывает в жидком со­стоянии, ниже его скорость охлаждения. В результате возможно протекание та­ких процессов, как выделение хрупких структурных составляющих (эвтектик, остаточного аустенита, цементита), рост зерна, коагуляция упрочняющих час­тиц (карбидов и (или) интерметаллидов). Как следствие возможно снижение срока эксплуатации наплавляемого изделия или аварийный выход его из строя в результате отколов наплавленного металла. Иногда подобные явления сопро­вождаются изменением твердости наплавляемого материала по сравнению с эксплуатационными значениями. Для выявления влияния погонной энергии на эксплуатационные свойства наплавленного металла проводят металлографиче­ские исследования и замеры твердости исследуемых материалов при наплавке на различных режимах. Следует иметь ввиду, что значительное занижение по­гонной энергии при наплавке вместе приводит к снижению производительно­сти процесса.

1. Материалы, инструмент, аппаратура

Наплавочные электроды (5 марок различных систем легирования, напри­мер: ОЗИ-З, ОЗИ-5, ОЗИ-6, ОЗШ-З, Т-590 по ГОСТ 9466-75), образцы для на­плавки (пластины из низкоуглеродистой стали размером 150x50x10), свароч­ный источник питания постоянного тока для ручной дуговой сварки (Форсаж- 160 или иной с номинальным значением сварочного тока не менее 150 А),

ученическая линейка, секундомер, стационарный отрезной станок, шлифоваль­ный круг, полировальный круг, 4 %- ный раствор азотной кислоты в этиловом спирте, клейма, молоток, твердомер TP 5006-02 (ГОСТ 23677-79), оптический микроскоп NU-2, цифровой фотоаппарат, ПЭВМ с принтером.

Погонную энергию (q_noг ) в Дж/с вычисляют по формуле

q_пог =(I_св*U_д* η) / V_св (1)

где I_св - ток при наплавке, А;

Uд - напряжение на дуге, В;

η — кпд процесса наплавки (0,75);

V_CB - скорость наплавки, м/с.

Полученные расчетные значения погонной энергии заносятся в таблицу.

Таблица 1

№ п/п образца	Марка материала (электрода)	Значение qпог Дж/с	Твердость, HRC

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Исследование влияния термообработки после наплавки на свойства наплавочных материалов

Многие наплавочные материалы способны вследствие своего химическо­го состава улучшать свои эксплуатационные свойства при проведении термиче­ской обработки после наплавки. Как правило, такая термообработка заключает­ся в проведении высокого (иногда многократного) отпуска при температуре 500...625 °С. Особенно актуально проведение такой обработки для изделий сравнительно небольших размеров, работающих в условиях резания металла (например, металлообрабатывающий инструмент). Так, в результате проведе­ния высокого отпуска для материалов системы легирования C-Cr-W-V, Cr-W- V-Co-B повышается их твердость, ударная вязкость и износостойкость. Одним из самых наглядных и легко выявляемых критериев улучшения свойств данных материалов является увеличение их твердости, что является следствием изме­нения микроструктуры в процессе термообработки.

Материалы, инструмент, аппаратура

Образы наплавочных материалов, полученные при проведении лабора­торной работы №1, лабораторные печи CHOJI, металлические щипцы, часы, шлифовальный круг, полировальный круг, 4 % - ный раствор азотной кислоты в этиловом спирте, клейма, молоток, твердомер TP 5006-02 (ГОСТ 23677-79), оп­тический микроскоп NU-2, цифровой фотоаппарат, ПЭВМ с принтером.

Таблица 2. Твердость наплавленного металла после проведения отпуска

Марка материала (электрода)	Температура отпуска, °С
	Без термообра­ботки	525	550	575	600
	Твердость, HRC

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Исследование износостойкости наплавочных материалов

Как правило, критерием оценки износостойкости материалов, работаю­щих в условиях абразивного изнашивания, является потеря массы образца при трении его по абразиву. В зависимости от твердости исследуемого сплава, его химического состава и микроструктуры выбирается наиболее наглядная мето­дика определения износостойкости, включающая установку, форму образца и материал абразива.

Материалы, инструмент, аппаратура

Образцы наплавочных материалов, полученные при проведении лабора­торных работ № 1,2, установка для определения потери массы образца при тре­нии его по абразиву (Шлиф-2), стационарный отрезной станок, шлифовальный круг, весы (точность измерения ± 0,05 г), часы, молоток, клейма.

Рис. 1. Установка для определения потери массы образца при трении его по абразиву (шлиф-2):

1 - электропривод, 2 - шарнир, 3 - контргруз, 4 -оправка, 5 - образец, 6 - контртело, 7- вал, 8 — кулачковый механизм, 9- редуктор

При определении потери массы образцов должно соблюдаться постоян­ство удельного давления.

Удельное давление Р, создаваемое образцом посредством контргрузов на контртело, определяется соотношением

P=m_г/S [Г/мм²], (2)

где m_г— масса контргруза;

S - рабочее сечение образца.

Постоянство удельного давления достигается регулированием массы контргрузов, так как рабочие сечения образцов будут отличаться друг от друга из-за сложности их высокоточной механической обработки. Регулирование массы контргруза осуществлять наложением металлических пластин по его се­редине.

Потеря массы образца определяется по зависимости

Δm=m_исх - m , (3)

где m_исх - исходная масса образца;

m - масса образца после трения его по абразиву.

Таблица 3

№ образца, п/п	Марка материала	Вид термообработки (температура, кратность отпуска)	mисх ,г	m,г	Δm, г