4.1.6. Карбид вольфрама

Рабочие органы машин, подвергающиеся абразивному изнашиванию при контактировании с грунтом и скальными породами, должны обладать по возможности высокой твёрдостью. Вместе с тем, как известно, повышение твёрдости сопровождается снижением пластичности (вязкости), повышением чувствительности к трещинообразованию и склонности к отколам наплавленного металла. Вязкая матрица с распределёнными в ней чрезвычайно твёрдыми частицами карбида вольфрама обеспечивает рассматриваемому материалу высокую стойкость к абразивному изнашиванию.

Наплавку карбидом вольфрама прежде осуществляли способом газовой сварки, однако в настоящее время преобладает ручная дуговая наплавка покрытыми электродами. При дуговой наплавке, когда наплавочный материал находится в высокотемпературной области горения дуги, происходит частичное разложение карбида вольфрама на углерод и вольфрам, растворение которых в матрице сопровождается образованием двойных карбидов железа и вольфрама, вызывающих снижение вязкости металла.

Карбид вольфрама как наплавочный материал состоит из эвтектики W₂C+WC. По уровню твёрдости, превышающей HV 2400, карбид вольфрама превосходит карбиды большинства других металлов.

При добавлении к кобальту 25…30% хрома получают состав, имеющий при температуре 800…900^оС область структурных превращений α→β. Крайне малая скорость этих превращений открывает возможность получения сплавов, обладающих высокой стабильностью при повышенных температурах.

Таблица 4.12

Характеристика порошковой проволоки для наплавки

Марка (старое обозначение)	Спо-соб на-плав-ки	Массовая доля элементов в наплавленном металле, %								Твёрдость наплавлен-ного металла	Типичные объекты наплавки
		C	Mn	Si	Cr	Mo	Ti	V	про-чих
ПП-Нп-14ГСТ (ПП-ТН250)	С	≤ 0,14	0,3… 0,8	0,3… 0,8	-	-	0,2… 0,6	-	-	220…280 НВ	Оси, валы
ПП-Нп-18Х1Г1М (ПП-АН120)	Ф	0,14… 0,2	1,2… 1,8	≤ 0,8	1,2… 1,8	0,3… 0,6	-			280…380 НВ
ПП-Нп-30Х5Г2СМ (ПП-АН122)	С	0,3… 0,5	1,4… 2,2	0,5… 1,0	4,4… 6,5	0,6… 1,0	0,15 …0,6			49,5…57 HRC	Коленчатые валы, крестовины карданов
ПП-Нп-100Х4Г2АР	Ф	0,6… 1,1	1,5… 3,0	1,5… 2,0	3,0… 6,6	-	-		0,15 …0,6 B; 0,2 N	45,5…55 HRC	Катки, натя-жные колёса гусеничных тракторов
ПП-Нп-200ХГР (ПП-АН160)	С	2,2… 2,5	0,6… 1,3	0,9… 1,5	0,2… 0,6		0,1… 0,2		0,07 … 0,14 В	41,5…49,5 HRC	Коленчатые валы из высокопроч-ного чугуна

Продолжение таблицы 4.12

Марка (старое обозначение)	Спо-соб на-плав-ки	Массовая доля элементов в наплавленном металле, %								Твёрдость наплавлен-ного металла	Типичные объекты наплавки
		C	Mn	Si	Cr	Mo	Ti	V	про-чих
ПП-Нп-25Х5ФМС	Ф	0,2… 0,3	0,4… 0,9	0,8… 1,3	4,7… 6,0	1,0… 1,5	-	0,3… 0,6	-	41,5…51,5 HRC	Валки горячей прокатки, ножи, штампы
ПП-Нп-30Х4В2М2ФС		0,25… 0,4	0,5… 1,2	0,7… 1,2	3,1… 4,5	2,3… 3,4		0,2… 0,7	1,8… 2,5W	47,5…52,5 HRC
ПП-Нп-35В9Х3СФ (ПП-3Х2В8)		0,27… 0,4	0,6… 1,1	0,2… 1,0	2,2… 3,5	-		0,2… 0,4	8… 10,5 W	42,5…54,5 HRC
ПП-Нп-10Х14Т (ПП-АН106)	С	0,1… 0,2	0,3… 0,8	0,2… 0,6	13… 15		0,1… 0,3	-	-	39,5…47,5 HRC	Плунжеры гидро-прессов
ПП-Нп-200Х12ВФ (ПП-АН104)	Ф	1,6… 2,1	≤ 0,8	≤ 0,4	11… 13		-	0,15… 0,35	0,9… 1,5 W	41,5…49,5 HRC	Ролики рольгангов, керны клещевых кранов
ПП-Нп-90Г13Н4 (ПП-АН105)	С	0,7… 0,9	13… 15	0,1… 0,3	-			-	3,5… 4 Nb	160…240 НВ	Крестовины стрелочных переводов, литьё из стали Г13Л

Окончание таблицы 4.12

Марка (старое обозначение)	Спо-соб на-плав-ки	Массовая доля элементов в наплавленном металле, %								Твёрдость наплавлен-ного металла	Типичные объекты наплавки
		C	Mn	Si	Cr	Mo	Ti	V	про-чих
ПП-Нп-200Х15С1ГРТ (ПП-АН103)	С	1,5… 2,2	0,8… 1,5	1,0… 2,0	14… 20	-	0,2… 0,8	-	0,5… 0,8 В	47,5…59 HRC	Детали, работающие в условиях абразивного изнашивания
ПП-Нп-250Х10Б8С2Т (ПП-АН135)		2,3… 3,6	-	1,5… 2,5	8… 11		0,5… 1,2		7… 12 Nb	51,5…59 HRC
ПП-Нп-80Х20Р3Т (ПП-АН170)		0,5… 1,2	≤ 1,0	≤ 1,0	18… 23		0,1… 0,8		2,7… 3,6 В	59…63 HRC
ПП-Нп-10Х17Н9С5ГТ (ПП-АН133)	Ф	≤ 0,12	1,0… 2,0	5,0… 6,0	16… 19		0,05 …0,3		7,8… 10 Ni	29…35,5 HRC	Детали запорной арматуры
ПП-Нп-15Х13Н2Г2ВТ (ПП-АН134Г)		По ТУ 05416923.019-97									Головки по-ршней су-довых ДВС
ПП-Нп-07Х12Н3М2Г2 (ПП-АН163)		По ТУ 05416923.020-97									Валки пиль-герстанов, гребные валы
Условные обозначения: Ф – наплавка под флюсом; С – наплавка без дополнительной защиты

Стеллит как сплав, основанный на использовании этой особенности системы Co – Cr, содержит 0,5…3,0% С, 40…60% Со, 25…33% Cr и 3…17% W. Кроме того, в состав этого сплава может входить никель и молибден.

Стеллит в качестве наплавочного материала изготовляют в виде прутков для газовой наплавки, покрытых электродов и электродов для наплавки в среде инертного газа.

Стеллит обладает высоким уровнем жаропрочности, износостойкости и коррозионной стойкости. Это предполагает его использование для упрочнения ножей, применяемых в целлюлозно-бумажной промышленности, гнёзд выхлопных клапанов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), клапанов высокотемпературных систем высокого давления, матриц для экструзионных прессов и т.п. Хорошая обрабатываемость стеллита резанием и высокий уровень твёрдости при температуре 400…750^оС предполагает возможность его использования для упрочнения деталей машин, работающих в условиях высокотемпературного нагрева.

При наплавке стеллита поверхность основного металла необходимо тщательно очистить от масла, окалины и других загрязнений. Невысокая пластичность стеллита не исключает образование в нём трещин, для предотвращения которых следует применять предварительный подогрев изделия и медленное охлаждение после наплавки (в печи под слоем теплоизоляционного материала).

Плавленые карбиды вольфрама (релиты) применяют для особо износостойких наплавок, работающих в условиях абразивного износа с ударными нагрузками. Наплавку проводят восстановительным газовым пламенем, плазмой или в индукторах. Наплавленный слой характеризуется высокой твёрдостью (500…700 HV) и повышенной склонностью к образованию трещин и пор. Релитовые наплавочные материалы изготовляют по техническим условиям в виде зернового (З) или трубчато-зернового (ТЗ) релита (ТУ 48-42-34-70) и ленточного (АНЛЗ) релита (ТУ 26-02-769-77), каждый из которых может иметь шесть степеней зернистости.

В таблице 4.13 представлена характеристика различных видов релита.

Таблица 4.13

Релитовые наплавочные материалы

Размер зерна, мм	Зерновой, марка	Трубчато-зерновой			Ленточный
		Марка	Длина, мм	Диаметр, мм	Марка	Ширина, мм	Толщина, мм
2,5…1,6	З-25	ТЗ-25-7	390	7	АНЛЗ-25-9	9	4
1,6…0,9	З-16	ТЗ-16-6		6	АНЛЗ-16-8	8
0,9…0,63	З-9	ТЗ-9-5		5	АНЛЗ-9-6	6	3
0,63…0,45	З-6	ТЗ-9-4		4	АНЛЗ-6-5	5	2,5
0,45…0,28	З-4	ТЗ-6-4			АНЛЗ-4-5
0,28…0,18	З-2	ТЗ-4-3			-

Релитовые наплавочные материалы, так же как и сплавы с большим количеством кобальта, хрома и вольфрама, достаточно широко используются в наплавочных работах, несмотря на их высокую стоимость. Они обладают отличной стойкостью против истирания, жаропрочностью и коррозионной стойкостью, износостойкостью, даже в условиях трения металла о металл без смазки и при работе в области высоких температур. Как правило, сплавы не имеют строго определённого химического состава, поскольку степень растворения твёрдых зёрен карбида зависит от их размеров, температуры и времени пребывания в области критических температур.

Следует отметить особо, что сплавы, содержащие большое количество кобальта, при наплавке склонны к образованию горячих трещин. Поэтому наплавляемые детали перед наплавкой желательно подогреть до 600…700^оС.

При наплавке сплавов, содержащих большое количество карбидов, необходимо выбирать режимы, обеспечивающие их минимальное растворение в матричном составе. Такие требования лучше всего обеспечиваются при газовой, индукционной или печной наплавке.