5.6. Термообработка после наплавки

5.6.1. Термообработка после износостойкой наплавки

Термообработку после наплавки осуществляют с целью предотвращения образования трещин в наплавленном слое твёрдого металла, снятия в нём остаточных напряжений, обеспечения оптимальной твёрдости и повышения обрабатываемости резанием.

На практике применяют следующие виды последующей термообработки:

1. отжиг для снятия напряжений; низкотемпературный отжиг (или высокотемпературный отпуск) для снятия возникающих при наплавке остаточных напряжений и устранения образующихся закалочных структур включает нагрев и выдержку при определённой температуре ниже точки начала протекания структурных превращений;

2. отпуск; для достижения равномерного снижения твёрдости и повышения обрабатываемости наплавленного металла резанием необходим нагрев до температуры превращения неравновесной структуры в равновесную структуру (ниже точки Ас₁) с последующим медленным охлаждением;

3. закалку; для повышения твёрдости наплавленного металла осуществляют последующую термообработку в виде быстрого охлаждения от температуры аустенитизации. По способу охлаждения выделяют закалку в воде, горячей среде, солях и на воздухе, а по способу нагрева – закалку газовым пламенем и токами высокой частоты. Газопламенную закалку, осуществляемую с применением прямого нагрева пламенем, используют для поверхностной закалки любых изделий, в том числе изделий, подвергнутых износостойкой наплавке;

4. отпуск на дисперсионное твердение; отпуск включает нагрев до заданной температуры ниже точки Ас₁ с последующим замедленным охлаждением. В процессе выдержки при указанной температуре протекают структурные превращения (распад пересыщенного твёрдого раствора с выделением дисперсных избыточных интерметаллидных фаз), что способствует стабилизации неравновесной структуры и приданию ей требуемых свойств.

Для упрочнения углеродистых сталей чаще всего применяют закалку, обеспечивающую повышение твёрдости путём фиксации пересыщенного твёрдого раствора углерода: при быстром охлаждении аустенита углерод не успевает выделиться из твёрдого раствора с образованием цементита. Твёрдость, полученная при закалке, зависящая от содержания углерода, достигает максимального значения при его содержании более 0,6%.

При закалке мартенситно-аустенитной и быстрорежущей стали повышение твёрдости ограничено высоким содержанием остаточного аустенита, однако во время отпуска при температуре 500…600^оС происходит резкое повышение твёрдости этих сталей в связи с распадом остаточного аустенита и образованием карбидов. Это явление, называемое вторичным твердением, используется для получения посредством термообработки высокой твёрдости после наплавки.

5.6.2. Термообработка после коррозионно-стойкой наплавки

Поскольку наплавку коррозионно-стойкой стали обычно выполняют на деталях из низкоуглеродистой или низколегированной стали, термообработку после наплавки осуществляют по режимам, принятым для основного металла (таблица 5.4).

Таблица 5.4

Режима термообработки для деталей из углеродистой и низколегированной стали после антикоррозионной наплавки

Режим термообработки	Первая технологическая схема	Вторая технологическая схема
Температура выдержки, оС	625±25	700±25
Продолжительность выдержки, ч	Не менее 1хТ/25	Не менее 2хТ/25
Скорость нагрева и охлаждения, оС	≤ 200х25/Т

Окончание таблицы 5.4

Режим термообработки	Первая технологическая схема	Вторая технологическая схема
Металл, подвергаемый термообработке	Стальной прокат общего конструкционного назначения и другие углеродистые стали	Конструкционная высокопрочная углеродистая сталь, стальные отливки низколегированной хромомолибденовой стали и другие низколегированные стали
Т – максимальная толщина наплавленного слоя на участке нагрева, мм

Проблемы, возникающие в случаях, когда коррозионно-стойкую сталь подвергают термообработке по режимам, принятым для углеродистой и низколегированной стали:

1. Ферритная коррозионно-стойкая сталь. Нагрев и выдержка ферритной коррозионно-стойкой стали при температуре 700…900^оС обеспечивают повышение вязкости. При этом охлаждение от 600^оС рекомендуется проводить на воздухе. После отжига, проведённого для снятия напряжений по режиму, принятому для низколегированной стали, наплавленный металл имеет более высокую пластичность и ударную вязкость, чем в состоянии после наплавки. При температуре выше 900^оС происходит снижение ударной вязкости металла из-за сильного укрупнения кристаллического зерна.

2. Аустенитная коррозионно-стойкая сталь. Наплавка аустенитной коррозионно-стойкой стали обеспечивает получение слоя металла, имеющего в исходном состоянии достаточную пластичность, ударную вязкость и коррозионную стойкость. Тем не менее, термообработку после наплавки осуществляют и в данном случае с целью снятия остаточных напряжений. При этом возникает проблема охрупчивания и снижения коррозионной стойкости наплавленного металла вследствие образования σ-фазы и карбидов. σ-фаза представляет собой немагнитное интерметаллическое соединение железа с хромом, обладающее чрезвычайно высокой твёрдостью и хрупкостью. Эта фаза образуется обычно в высокохромистой ферритной стали, однако при длительном нагреве аустенитной стали, содержащей несколько процентов феррита, указанная фаза может возникать и в этой стали.

Образование карбидов при термообработке снижает коррозионную стойкость наплавленного металла. Кроме того, термообработка аустенитной стали при некоторых режимах может способствовать развитию межкристаллитной коррозии.

Аустенитную коррозионно-стойкую сталь можно подвергать следующим видам термообработки:

1. термообработка на твёрдый раствор (аустенитизация) с обеспечением полного распада карбидов, растворения углерода в твёрдом растворе аустенита и образования чисто аустенитной структуры низкой твёрдости. Для полного протекания указанных процессов температуру обработки (1040…1120^оС) следует повышать по мере увеличения содержания углерода в стали. Скорость охлаждения должна быть достаточно высокой, чтобы предотвратить образование карбидов по границам зерна;

2. стабилизирующий отпуск с целью образования стабильных карбидов (ниобия, тантала и титана) в продолжение 2…4 ч выдержки при температуре 850…900^оС, т.е. выше температуры образования карбида хрома по границам зерна. Для предотвращения межкристаллитной коррозии наплавленного металла стабилизирующий отпуск совмещают с отпуском для снятия напряжений;

3. отпуск с целью снятия остаточных напряжений, возникающих при холодной деформации. При охлаждении от температуры отпуска необходимо учитывать возможность деформации изделия. Отпуск по режиму, принятому для углеродистой и низколегированной стали, не обеспечивает полного снятия напряжений в аустенитной коррозионно-стойкой стали, которую поэтому подвергают отпуску при температуре не ниже 900^оС.

6. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИИ НАПЫЛЕНИЯ. ПРАКТИКА НАПЫЛЕНИЯ. СПОСОБЫ НАПЫЛЕНИЯ, ИХ СУЩНОСТЬ. НАПЫЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ПРОЧНОСТЬ СЦЕПЛЕНИЯ ПОКРЫТИЯ С ОСНОВНЫМ МАТЕРИАЛОМ И МЕЖДУ СОБОЙ. ПОРИСТОСТЬ И ПЛОТНОСТЬ ПОКРЫТИЯ. ТЕРМООБРАБОТКА ПОСЛЕ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ