- •Пластическое деформирование, наплавка, напыление и плакирование для восстановления и упрочнения деталей машин
- •Оглавление
- •Предисловие
- •1. Цель и задачи изечаемого курса. История развития теории и практики восстановления быстроизношивающихся деталей оборудования
- •Цель и задачи изучаемого курса
- •1.2. История развития теории и практики восстановления и упрочнения быстроизнашивающихся деталей оборудования
- •2. Условия работы и характер износа деталей оборудования и технологического инструмента. Виды изнашивания
- •2.1. Условия работы и характер износа деталей оборудования и технологического инструмента
- •2.1.1. Причины разрушения деталей
- •2.1.2. Вида внешнего трения, вызывающие отказы деталей по износу
- •2.2. Виды изнашивания
- •2.2.1. Характеристики основных видов изнашивания
- •3.2. Выбор состава и свойств упрочняющих покрытий
- •3.2.1. Виды основного металла
- •3.3. Области применения
- •3.3.1. Строительные машины
- •3.3.2. Землечерпальные суда
- •3.3.3. Металлургическое оборудование
- •3.3.4. Железнодорожный подвижной состав
- •3.3.5. Сосуды высокого давления
- •3.3.6. Прочие изделия
- •4. Современные наплавочные материалы. Материалы для восстановительной и износостойкой наплавки. Коррозионностойкие наплавочные материалы. Характеристика, свойства и области применения
- •4.1. Материалы для восстановительной и износостойкой наплавки
- •4.1.1. Наплавочная проволока сплошного сечения
- •4.1.2. Покрытые электроды для ручной дуговой наплавки
- •4.1.3. Наплавочные ленточные электроды
- •4.1.4. Флюсы
- •4.1.5. Порошковая проволока
- •4.1.6. Карбид вольфрама
- •4.1.7. Прутки для наплавки
- •4.2. Материалы для износостойкой наплавки, классифицируемые по виду структуры наплавленного металла
- •4.2.1. Перлитно-сорбитные материалы
- •4.2.2. Мартенситные материалы
- •4.2.3. Аустенитно-мартенситные материалы
- •4.2.4. Аустенитные материалы
- •4.3. Коррозионно-стойкие наплавочные материалы
- •4.3.1. Коррозионно-стойкая сталь
- •4.3.2. Никель и его сплавы
- •4.3.3. Медь и её сплавы
- •5.1. Основной металл
- •5.2. Свариваемость основного металла
- •5.2.1. Понятие свариваемости
- •5.2.2. Состав и твёрдость наплавленного металла
- •5.2.3. Структурная диаграмма Шеффлера
- •5.2.4. Переход углерода
- •5.3. Роль среды при наплавке
- •5.3.1. Газовая наплавка
- •5.3.2. Дуговая наплавка
- •5.4. Погонная энергия и скорость охлаждения
- •5.5. Режимы наплавки
- •5.5.1. Прокалка наплавочных материалов
- •5.5.2. Обработка поверхности перед наплавкой
- •5.5.3. Предварительный нагрев
- •5.5.4. Газовая наплавка
- •5.5.5. Дуговая наплавка покрытыми электродами.
- •5.5.6. Дуговая наплавка в среде со2
- •5.5.7. Наплавка под флюсом электродной проволокой
- •5.5.8. Наплавка под флюсом ленточным электродом
- •5.6. Доля основного металла в металле наплавки
- •5.6. Термообработка после наплавки
- •5.6.1. Термообработка после износостойкой наплавки
- •5.6.2. Термообработка после коррозионно-стойкой наплавки
- •6.1. Общая характеристика технологии напыления
- •6.1.1. Общие сведения
- •6.1.2. Преимущества технологии напыления
- •6.1.3. Недостатки технологии напыления
- •6.2. Практика напыления
- •6.2.1. Подготовка к напылению
- •6.2.2. Напыление
- •6.2.3. Последующая обработка
- •6.2.4. Чистовая обработка покрытий
- •6.3. Способы напыления, их сущность
- •6.3.1. Газопламенное напыление
- •6.3.2. Детонационное напыление
- •6.3.3. Дуговая металлизация
- •6.3.4. Плазменное напыление
- •6.3.5. Электроимпульсное нанесение покрытий
- •6.3.6. Нанесение металлических покрытий методом плакирования гибким инструментом
- •6.3.7. Нанесение металлических покрытий методом дробного плакирования гибким инструментом
- •6.4. Напыляемые материалы
- •6.4.1. Напыляемые материалы в виде проволоки
- •6.4.2. Прутковые напыляемые материалы
- •6.4.3. Порошковые напыляемые материалы
- •6.5. Прочность сцепления покрытия с основным материалом и между собой
- •6.6. Пористость и плотность покрытия
- •6.7. Термообработка после нанесения покрытия
- •6.7.1. Термообработка
- •6.7.2. Диффузионная обработка
- •6.7.3. Оплавление напылённых покрытий из самофлюсующихся сплавов
- •7. Технология восстановления и упрочнения наплавкой и напылением деталей металлургического и горнорудного оборудования
- •7.1. Наплавка
- •7.1.1. Наплавка молотков молотковых дробилок
- •7.1.2. Наплавка валков коксовых дробилок аглофабрик
- •7.1.3. Наплавка колосников грохотов дробилок агломерата
- •7.1.4. Наплавка зубьев звёздочек привода агломерационной машины
- •7.1.5. Наплавка деталей загрузочных устройств доменных печей
- •7.1.6. Упрочнение быстроизнашивающихся поверхностей
- •7.1.7. Наплавка буров для вскрытия чугунных лёток доменных печей
- •7.1.8. Наплавка цапф металлургических ковшей
- •7.1.9. Наплавка плунжеров пакетировочных прессов
- •7.1.10. Наплавка хоботов завалочных машин
- •7.1.11. Наплавка кернов клещевых кранов
- •7.1.12. Наплавка подпятника домкратной тележки
- •7.1.13. Наплавка прокатных валков
- •7.1.14. Износостойкая автоматическая наплавка прокатных валков
- •7.1.15. Электрошлаковая наплавка валков
- •7.1.16. Наплавка валков профилегибочных станов
- •7.1.17. Наплавка роликов рольгангов
- •7.1.18. Наплавка роликов листоправильных машин
- •7.1.19. Наплавка ножей ножниц блюминга
- •7.2. Плазменное напыление
- •7.2.1. Напыление калибров
- •7.2.2. Напыление матриц для горячего прессования тугоплавких металлов
- •7.2.3. Напыление пуансонов и направляющих роликов
- •8.1. Формирование упрочнённого слоя деталей методом ппд
- •8.1.1. Обкатка роликами и шариками
- •8.1.2. Зона деформирования при ппд
- •8.2. Остаточные напряжения и связь состояния поверхности с эксплуатационными свойствами деталей
- •8.2.1. Влияние обкатки на износ деталей
- •8.2.2. Влияние ппд на характеристики усталостной прочности
- •9. Оборудование и технология для ппд (обкатывание, выглаживание, ультразвуковая обработка, чеканка, упрочнение проволочным инструментом, обработка дробь и др.)
- •9.1. Приспособления для обкатки роликами и шариками
- •9.2. Алмазные выглаживатели
- •9.3. Отделочно-упрочняющая обработка
- •9.4. Чеканка
- •9.4.1. Чеканочные устройства
- •9.4.2. Многобойковое чеканное устройство
- •9.5. Дробеструйный наклёп
- •9.5.1. Дробемётные установки
- •9.6. Упрочнение энергией взрыва
- •10. Дефекты наплавок и напыления. Причины образования и методы их обнаружения
- •10.1. Дефекты наплавки и меры их предотвращения
- •10.1.1. Трещины
- •10.1.2. Поры
- •10.1.3. Подрезы
- •10.1.4. Шлаковые включения
- •10.1.5. Непровар
- •10.1.6. Несплавления
- •10.1.7. Наплывы и натёки
- •10.1.8. Прожог
- •10.1.9. Пористость и ноздреватость
- •10.1.10. Кратеры
- •10.1.11. Деформации и коробления наплавленных изделий
- •10.2. Методы контроля наплавленных деталей
- •10.2.1. Металлографические методы контроля
- •10.2.2. Контроль твёрдости наплавленного металла
- •10.2.3. Контроль химического состава наплавленного металла
- •10.2.4. Просвечивание металла рентгеновскими и гамма-лучами
- •10.2.5. Контроль при помощи ультразвука
- •10.2.6. Магнитная дефектоскопия наплавленных деталей
- •10.2.7. Люминесцентный метод контроля
- •10.2.8. Метод окрашивания
- •10.3. Дефекты покрытия и меры их предотвращения
- •10.4. Свойства напылённых покрытий и их испытания
- •10.4.1. Испытания на прочность сцепления
- •10.4.2. Износостойкость и фрикционные свойства напылённых покрытий
- •10.4.3. Жаростойкие и теплоизоляционные характеристики покрытий
- •Заключение
- •Вопросы самоконтроля для студентов
- •Библиографический список
4.1.3. Наплавочные ленточные электроды
Ленты подразделяются на следующие виды: стальные холоднокатаные, порошковые и металлокерамические. Все ленты изготавливаются по техническим условиям. Нередко для наплавки применяют стандартизованную стальную ленту, предназначенную для других целей (ГОСТ 4986-79).
В России ленточные электроды или ленты производятся толщиной 0,4…1,0 мм при ширине 20…100 мм. Ленточные электроды применяют в основном 0,4 мм при ширине 25; 37,5; 50; 75 мм. Наплавку ленточными электродами осуществляют обычно методом автоматической наплавки под флюсом. Для наплавки антикоррозионных покрытий применяют ленты из легированных сталей и сплавов.
Для износостойкой наплавки слоёв твёрдого сплава, ввиду невозможности изготовления из такого сплава холоднокатаной ленты используют порошковую ленту (марки ПЛ), представляющую собой оболочку из низкоуглеродистой или специальной стальной ленты с сердцевиной, заполненной шихтой из легирующих и шлакообразующих компонентов (рис. 4.1). Порошковую ленту широко применяют для наплавки под флюсом, в среде углекислого газа и открытой дугой.
Металлокерамическую ленту, как правило, изготовляют спеканием порошкообразных компонентов (марки ЛС), обеспечивая ей необходимые прочностные и пластические свойства.
Все ленты поставляют потребителям в рулонах.
Таблица 4.5
Электроды для ручной дуговой наплавки по ГОСТ 10051-75
Марка (тип) |
Массовая доля элементов в наплавленном металле, % |
Твёрдость наплавленного металла |
Типичные объекты наплавки |
|||||||
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Mo |
V |
прочих |
|||
ОЗН-250У (Э-10Г2) |
0,08… 0,12 |
2,0… 3,3 |
≤ 0,15 |
- |
- |
- |
- |
- |
20…28 HRC |
Оси, валы |
ОЗН-350У (Э-12Г4) |
0,09… 0,18 |
3,6… 4,5 |
35…40 HRC |
Оси, валы, детали автосцепок |
||||||
ОЗН-400М (Э-15Г5) |
0,12… 0,2 |
4,1… 5,2 |
40…44 HRC |
|||||||
ОЗШ-1 (Э-16Г2ХМ) |
1,2… 2,0 |
0,8… 1,3 |
0,9… 1,3 |
0,7… 0,9 |
35…39 HRC |
Молотковые, высадочные штампы |
||||
ЭН-60М (Э-70Х3СМТ) |
0,5… 0,9 |
0,4… 1,0 |
0,8… 1,2 |
2,3… 3,2 |
0,3… 0,7 |
0,3 Ti |
52…58 HRC |
Штампы, ножи |
||
ОЗШ-3 (Э-37Х9С2) |
0,25… 0,5 |
1,4… 2,8 |
8… 11 |
- |
- |
|||||
12-АН/ЛИВТ (Э-95Х7Г5С) |
0,8… 1,1 |
4…5 |
1,2… 1,8 |
6…8 |
25…32 HRC |
Детали земснарядов, драг, экскаваторов |
||||
ЭН-Х12М (Э-100Х12М) |
0,85… 1,15 |
≤ 0,5 |
≤ 0,5 |
11… 13 |
0,4… 0,6 |
53…60 HRC |
Штампы, ножи |
|||
Продолжение таблицы 4.5
Марка (тип) |
Массовая доля элементов в наплавленном металле, % |
Твёрдость наплавленного металла |
Типичные объекты наплавки |
|||||||
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Mo |
V |
прочих |
|||
ЦШ-1 (Э-30В8Х3) |
0,3 |
≤ 0,4 |
≤ 0,3 |
2,0… 3,5 |
- |
- |
- |
7…9 W |
40…50 HRC |
Штампы, ножи |
ЦИ-2У (Э-90В10Х5Ф2) |
0,9 |
≤ 0,4 |
4…5 |
2,0 |
10 W |
57…62 HRC |
Штампы, ножи, многолезвийный инструмент |
|||
ОЗИ-3 (Э-90Х4М4ВФ) |
0,6… 1,2 |
≤ 0,7 |
≤ 0,8 |
2,8… 4,3 |
2,4… 4,6 |
0,9… 1,6 |
0,6… 1,3 W |
58…63 HRC |
Штампы, ножи |
|
ОЗИ-5 (Э-10 К18В11М10 Х3СФ) |
0,8… 0,12 |
0,3… 0,7 |
0,8… 1,6 |
1,8… 3,2 |
7,8… 11,2 |
0,4… 0,8 |
8,8… 12,2W; 15,7… 19,3Co |
58…63 HRC |
||
ОЗШ-6 (Э-10 Х33Н11М3СГ) |
≤ 0,13 |
0,8… 2,0 |
0,8… 2,3 |
30… 34 |
9… 13 |
2,0… 3,2 |
- |
- |
53…61 HRC |
|
ЦНИИН-4 (Э-65Х25Г13Н3) |
0,5… 0,8 |
11… 14 |
≤ 0,8 |
22… 28,5 |
2,0… 3,2 |
- |
250 НВ |
Крестовины стрелочных переводов |
||
ЦН-6Л (Э-08Х 17Н8С6Г) |
0,05 … 0,12
|
1…2 |
4,8… 6,4 |
15… 18,4 |
7…9 |
28…37 HRC |
Детали за-порной ар-матуры для энергетики и нефтехимии |
|||
Окончание таблицы 4.5
Марка (тип) |
Массовая доля элементов в наплавленном металле, % |
Твёрдость наплавленного металла |
Типичные объекты наплавки |
|||||||
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Mo |
V |
прочих |
|||
ЦН-12М (Э-13Х16Н8М5 С5Г4Б) |
0,08… 0,18 |
3…5 |
3,8… 5,2 |
14… 19 |
6,5… 10,5 |
3,5… 7,0 |
- |
0,5… 1,2 Nb |
28…37 HRC |
Детали за-порной ар-матуры для энергетики и нефтехимии |
Т-590 (Э-320 Х25С2ГР) |
2,9… 3,5 |
1,0… 1,5 |
2,0… 2,5 |
22… 27 |
- |
- |
0,5… 1,5 В |
57…63 HRC |
Детали, работающие в условиях абразивного изнашивания |
|
Т-620 (Э-320 Х23С2ГТР) |
22… 24 |
0,5… 1,5 В; 0,5… 1,5 Ti |
57…63 HRC |
|||||||
ВСН-6 (Э-110Х14В13Ф2) |
0,9… 1,3 |
0,5… 0,6 |
0,3… 0,6 |
12… 16 |
1,4… 2,0 |
11… 15 W |
51…56 HRC |
|||
Рис. 4.1. Порошковая лента:
1 – нижняя гофрированная стальная лента; 2 – верхняя стальная лента;
3 – шихта из легирующих и шлакообразующих компонентов
В таблице 4.6 представлены области применения некоторых марок наплавочных лент в зависимости от условий работы наплавленного слоя.
Таблица 4.6
Рекомендуемые области применения наплавочных лент
Условия применения |
Рекомендуемые марки лент |
Абразивный износ, сопровождаю-щийся большими удельными дав-лениями и ударными нагрузками |
ПЛ-АН126, ПЛ-У25Х25Г3Ф2РН, ПЛ-У30Х30Г3ТЮ, ПЛ-АН171, ПЛ-АН101, ПЛ-У40Х38Г3РТЮ, ЛС-70Х3НМА, ЛС-20Х10Г10Т |
Износ от трения по металлу при больших давлениях и повышенных температурах. Термическая усталость |
ПЛ-АН111, ЛС-5Х4В2М2ФС, ЛС-5Х4В3ФС, ЛС-1Х14Н3, Св-2Х13 |
Интенсивный износ с ударными нагрузками при повышенных температурах в агрессивных средах |
Св-03Х15Н35Г7М6Б, ПЛ-АН150, Св-04Х19Н11М3, Св-03Х22Н11Б6, Св-10Х16Н25АМ6, Св-07Х25Н13, Св-04Х20Н10Г2Б, ЛС-08Х21Н9Т, |
В таблице 4.7 представлена характеристика некоторых марок ленты стальной холоднокатаной для наплавки под флюсом, в таблице 4.8 – порошковой ленты для наплавки, в таблице 4.9 – ленты наплавочной спечённой на основе железа для износостойкой и коррозионностойкой стали.
Таблица 4.7
Характеристика ленты стальной холоднокатаной для наплавки под флюсом
Марка |
Массовая доля элементов в наплавленном металле, % |
Твёрдость наплавленного металла |
Типичные объекты наплавки |
||||||
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Mo |
прочих |
|||
50Г |
0,45… 0,56 |
0,7… 1,0 |
0,17… 0,37 |
≤ 0,3 |
≤ 0,3 |
- |
- |
200…240 НВ |
Оси, валы, ролики |
65Г |
0,6… 0,7 |
0,9… 1,2 |
230…310 НВ |
||||||
50ХФА |
0,46… 0,54 |
0,5… 0,8 |
0,8… 1,1 |
≤ 0,4 |
0,1… 0,2 V |
40…50 HRC |
Штампы, ножи |
||
50Х6ФМС |
0,45… 0,55 |
0,3… 1,6 |
0,8… 1,2 |
5,5… 6,5 |
≤ 0,35 |
1,2… 1,6 |
0,35… 0,55 V |
45,4…51,5 HRC |
Прокатные валки |
Св-20Х13 |
0,16… 0,24 |
≤ 0,6 |
≤ 0,6 |
12… 14 |
- |
- |
- |
42…48 HRC |
Плунжеры гидропрессов |
Св-04Х19Н11М3 |
≤ 0,6 |
1…2 |
18… 20 |
10… 12 |
2…3 |
160…190 НВ |
Корпусные детали нефте-химического оборудования |
||
Св-10Х16Н25АМ6 |
0,08… 0,12 |
15… 17 |
24… 27 |
5,5… 7,0 |
0,1… 0,2 N |
||||
Св-07Х25Н13 |
≤ 0,9 |
0,5… 1,0 |
23… 26 |
12… 14 |
- |
- |
|||
Нп-02Х22Н11Г |
≤ 0,02 |
1,2… 1,8 |
0,2… 0,4 |
21… 13 |
10,5… 11,5 |
- |
- |
||
Таблица 4.8
Характеристика порошковой ленты для наплавки
Марка (старое обозначение) |
Спо-соб на-плав-ки |
Массовая доля элементов в наплавленном металле, % |
Твёрдость наплавлен-ного метал-ла, HRC |
Типичные объекты наплавки |
|||||||
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Ti |
Mo |
про-чих |
||||
ПЛ-Нп-10Г2СТ |
С |
0,1 |
0,2 |
1,0 |
- |
- |
0,2 |
- |
- |
20…26 |
Оси, валы |
ПЛ-Нп-15Х4 В2М2Г2СФТ |
0,15 |
4,0 |
0,1 |
0,2 |
2 W; 0,5 V |
28…36 |
Ролики роль-гангов, тор-мозные шки-вы, катки, колёса гусе-ничных тракторов |
||||
ПЛ-Нп-120 Х22Р3Г2СТ (ПЛ-АН171) |
1,2 |
22 |
1,0 |
- |
3 W |
65…68 |
Детали, ра-ботающие в условиях абразивного изнашивания |
||||
ПЛ-Нп-300 Х25С3Н2Г2 (ПЛ-АН101) |
У |
3,0 |
3,0 |
25 |
2,0 |
- |
- |
50…56 |
|||
ПЛ-Нп-300 Х30Г3ТЮ |
Ф |
3,0 |
1,0 |
30 |
- |
0,3 |
0,2Al |
45…50 |
|||
ПЛ-Нп-400 Х38Г3РТСЮ |
38 |
0,9В; 0,2Al |
50…54 |
||||||||
Окончание таблицы 4.8
Марка (старое обозначение) |
Спо-соб на-плав-ки |
Массовая доля элементов в наплавленном металле, % |
Твёрдость наплавлен-ного метал-ла, HRC |
Типичные объекты наплавки |
|||||||
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Ti |
Mo |
про-чих |
||||
ПЛ-Нп-450 Х20Б7М6В2Ф (ПЛ-АН179) |
С |
4,5 |
- |
2,0 |
20 |
- |
- |
6,0 |
7 Nb; 2 W; 1 V |
55…62 |
Конусы и чаши доменных печей |
ПЛ-Нп-500 Х40Н40С2Р (ПЛ-АН111) |
5,0 |
1,0 |
40 |
40 |
- |
0,2 В |
54…62 |
||||
ПЛ-Нп-12Х16 Н9С5Г2Т (ПЛ-АН150) |
Ф |
0,12 |
2,0 |
5,0 |
18 |
9 |
0,2 |
- |
- |
27…34 |
Детали запорной арматуры |
ПЛ-Нп-12Х16 Н8М6С5Г4Б (ПЛ-АН151) |
4,0 |
16 |
8 |
- |
6,0 |
1 Nb |
38…50 |
||||
Условные обозначения: Ф – наплавка под флюсом; С – наплавка без дополнительной защиты; У - универсальная |
|||||||||||
Таблица 4.9
Характеристика ленты наплавочной спечённой на основе железа для износостойкой и коррозионностойкой стали
Марка |
Массовая доля элементов в наплавленном металле, % |
Твёрдость наплавлен-ного метал-ла, HRC |
Типичные объекты наплавки |
|||||||
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Mo |
V |
про-чих |
|||
ЛС-18ХГСА |
0,3 |
0,7 |
0,9 |
1,1 |
- |
- |
- |
0,3 Ti |
24…32 |
Оси, валы |
ЛС-70Х3НМ |
1,0 |
0,4 |
0,7 |
4,5 |
1,0 |
0,9 |
- |
- |
54…60 |
Детали ходовой части автомобилей, ножи бульдозеров |
ЛС-5Х4В3ФС |
0,7 |
0,5 |
5,0 |
- |
- |
0,7 |
4 W |
42…46 |
Прокатные валки |
|
ЛС-25Х5ФМС |
0,4 |
0,7 |
6,2 |
1,5 |
0,8 |
- |
38…44 |
Ножи, штампы |
||
ЛС-15Х13 |
0,22 |
0,5 |
0,5 |
16,5 |
- |
- |
- |
Плунжеры гидропрессов |
||
ЛС-12Х13Н2МФА |
0,12 |
0,8 |
0,6 |
13,5 |
1,6 |
0,8 |
0,2 |
0,06 N |
38…52 |
Ролики МНЛЗ |
ЛС-02Х20Н11Г |
0,025 |
2,0 |
0,4 |
20 |
11 |
- |
- |
- |
- |
Корпусные детали нефтехимического оборудования |
ЛС-02Х20Н11Г2Б |
1,8 |
21 |
0,3 Nb |
|||||||
ЛС-02Х20Н14М3 |
1,5 |
20 |
13,5 |
2,5 |
- |
|||||
