4.1.7. Прутки для наплавки

Литые прутки для наплавки износостойкого слоя на детали, работающие в условиях интенсивного абразивного изнашивания, ударных нагрузок, повышенных температур или агрессивных средах, согласно ГОСТ 21449-75 подразделяют на пять марок (таблица 4.14). Их изготовляют диаметром 4…8 мм и длиной 350…500 мм.

Таблица 4.14

Рекомендуемые области применения износостойких наплавочных литых прутков

Условия работы	Тип прутка	Марка	Твёрдость наплавки, HRC
Абразивный износ при 500оС	У45Х28Н2СВМ	Пр-С27	52
То же, при 250оС	У30Х28Н4С3	Пр-С1	50
То же, при ударном нагружении	У20Х17Н2	Пр-С2	44

Окончание таблицы 4.14

Условия работы	Тип прутка	Марка	Твёрдость наплавки, HRC
Абразивный износ, эро-зия, ударные нагрузки, химически активные сре-ды при 750оС (Пр-ВЗК-Р до 800 оС)	У10ХК63В5	Пр-ВЗК	40
	У20ХК57В10	Пр-ВЗК-Р	46

Широкое применение в судостроении и химическом машиностроении находит наплавка прутковыми материалами на основе меди (таблица 4.15)

Таблица 4.15

Прутковые наплавочные материалы из медных сплавов

Материал	Марка прутков	Рекомендуемое применение
Медь	М1Р, М2Р	Электротехническая промышлен-ность, наплавка контактов
Латунь	ЛМц-58-2, ЛЖМц-59-1-1,ЛОК59-1-0,3	Судостроение, детали, подверженные коррозии
Бронза	МнЖКИ5-0,2-0,2	Для работы в морской воде
	2БрАМц9-2	В условиях, где необходимы кор-розионная и износостойкость

4.2. Материалы для износостойкой наплавки, классифицируемые по виду структуры наплавленного металла

4.2.1. Перлитно-сорбитные материалы

Состав перлитно-сорбитных материалов – сталей, включающих небольшие добавки углерода, хрома, ванадия и других легирующих элементов, подбирают с таким расчётом, чтобы после наплавки и охлаждения на воздухе структура наплавленного металла при нормальной температуре состояла преимущественно из перлита или сорбита.

Состав перлитных материалов (Нп-25, Нп-20ХГСА, Нп-90ХГСА и др.) обеспечивает в зависимости от скорости охлаждения наплавки перлитно-сорбитную структуру. Твёрдость наплавленного металла находится на уровне 25…40 HRC, износостойкость значительно уступает мартенситной структуре, поэтому сопротивление износу при трении невысоко. Наплавочные материалы этого класса часто применяют для создания «подслоя», на который наплавляют слой повышенной твёрдости.

4.2.2. Мартенситные материалы

Мартенситными называют наплавочные материалы, обеспечивающие образование мартенситной структуры в состоянии после наплавки. Мартенсит как структура закалки является одним из самых твёрдых структурных образований в стали, обладает высокой стойкостью при абразивном (песок, гравий) изнашивании и задирании. Вместе с тем мартенситный металл, будучи хрупким, склонен к образованию трещин. Следует также учитывать, что наплавленный слой, полученный с помощью мартенситных наплавочных материалов, при работе в условиях ударно-динамической нагрузки склонен к отрыву от основного металла.

Низколегированные мартенситные материалы (Нп-40Х3Г2МФ, Нп-40Х2Г2М, Нп-50Х6ФМС и др.), содержание легирующих элементов в которых относительно невысоко, обеспечивают в наплавке мартенситно-бейнитные структуры и отличаются сравнительно небольшой твёрдостью (45…50 HRC). Свойства наплавки повышаются в основном с увеличением содержания в ней углерода и хрома, что приводит к соответствующему возрастанию доли мартенситной составляющей.

Твёрдость наплавленного металла снижается при повышении температуры его разогрева в процессе наплавки и снижении скорости охлаждения после наплавки.

Низколегированные мартенситные материалы обычно не склонны к вторичному твердению и существенно снижают свою твёрдость при отпуске. Аналогичный эффект обнаруживается при многослойной наплавке.

Вследствие образования мартенситной структуры твёрдость наплавленного металла вблизи поверхности может достигать высоких значений, однако по мере приближения к основному металлу она снижается из-за отпуска, вызываемого термическим воздействием процесса многослойной наплавки. Снижение твёрдости выявляется с особой отчётливостью при дуговой наплавке под флюсом и других способах, отличающихся большой погонной энергией. Если наплавочный материал кроме хрома, содержит молибден, ванадий, вольфрам и другие карбидообразующие элементы, то вследствие образования двойных карбидов происходит вторичное твердение наплавленного металла.

Явление вторичного твердения используют в технологических процессах изготовления инструмента для горячего деформирования металла и прокатных валков.

Наплавленный металл при относительно низкой твёрдости отличается малой чувствительностью к образованию трещин, но по мере повышения доли мартенсита в структуре увеличивается хрупкость металла и снижается его трещиностойкость. Поэтому при наплавке среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталей необходимо применять меры для предотвращения образования трещин, включая нанесение подслоя из металла с более высокой вязкостью, повышение температуры разогрева металла наплавки путём предварительного подогрева и др.

Рассматриваемые наплавочные материалы, обладающие относительно низкой твёрдостью и повышенной вязкостью, могут быть предназначены для деталей, работающих в условиях трения поверхностей под высокой нагрузкой и динамического изнашивания (трения с ударно-динамической нагрузкой). Увеличения доли мартенсита в структуре наплавленного металла сопровождается повышением его стойкости к абразивному изнашиванию.

Значительно большей твёрдостью характеризуются борсодержащие мартенситные материалы наплавки (ПП-АН125, ПП-АН170, ПЛУ-25Х25Г3Ф2РН, ЛС-У10Х7ГР1), в структуре которых по границам высокоуглеродистого мартенсита расположены твёрдые карбиды и бориды. Материал отлично сопротивляется абразивному износу, задирам, но из-за повышенной хрупкости не может быть рекомендован для работы в условиях динамических нагрузок. Наплавка имеет повышенную склонность к образованию горячих и холодных трещин, поэтому ведут её, как правило, с подогревом и применением одного или нескольких подслоев. Отпуск в результате наложения нескольких слоёв практически не снижает твёрдости.

На участках действия динамической нагрузки наплавку борсодержащим мартенситным материалом следует исключать из-за опасности отрыва наплавленного металла от основного.

При высоком содержании карбидов и боридов происходит некоторое самоупрочнение наплавленного металла, твёрдость которого мало зависит от скорости охлаждения при наплавке.

Мартенситные хромистые материалы типа Нп-30Х13 после наплавки имеют в основном мартенситную структуру с небольшим содержанием феррита. Износостойкость наплавки повышается с увеличением количества углерода. Низкоуглеродистые наплавки помимо достаточной износостойкости обладают повышенной жаростойкостью и антикоррозионными свойствами. С увеличением содержания углерода (Э-120Х12Г2СФ) в структуре появляется ледебуритная составляющая, что резко повышает износостойкость наплавки и делает её пригодной для наплавки режущих кромок инструмента.