УТП / 52 211-234

ный выбор рациональных режимов с обязательным получением в поверхностных слоях деталей сплошных белых слоёв.

Упрочнение методами наплавки и напыления легирующими металлами

Наплавку или напыление легирующими металлами выполняют для уве-

личения износостойкости, жаропрочноcти и эксплуатационной стойкости поверхностей деталей, работающих в условиях больших знакопеременных нагрузок, высоких температур и давлений, в абразивных и агрессивных средах, а также в целях замены дефицитных и дорогостоящих металлов.

Углеродистые стали с содержанием углерода до 0,3-0,4% (мас. доля) применяют для наплавки деталей, подвергающихся незначительным абразивным воздействиям и усталостному износу в условиях трения скольжения и качения при работе в неагрессивных средах (валы, цапфы, ходовые колеса, опорные катки, ножи и т. п.).

Углеродистые и низколегированные стали с содержанием углерода более

0,4% (мас. доля), а также стали, дополнительно легированные никелем, хромом, ниобием, вольфрамом, и другие используют для наплавки деталей, работающих в условиях интенсивных абразивных и абразивно-ударных воздействий в малоактивных коррозионных средах (ножи рубительных машин, гарнитуры размольных мельниц, бронзовые муфты и др.).

Хромистые стали, характеризующиеся высокой прочностью и коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред, применяют для наплавки деталей, подвергающихся коррозионно-металлическому, коррозионно-абразивному, газо- и гидроабразивному, а также кавитационному изнашиванию.

Хромоникелевыми аустенитными сталями с высокой стойкостью против коррозии и низкой твердостью наплавляют детали, работающие в агрессивных средах при небольших механических воздействиях (плунжеры, корпуса и крыльчатки насосов для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных частиц, детали запорной и регулирующей арматуры и т. п.).

Наплавку деталей, подвергающихся кавитационному абразивному изнашиванию в агрессивных средах, особенно в окислительных, выполняют высокохромистыми чугунами.

На особо ответственные детали наплавляют никелевые и кобальтовые сплавы. Они хорошо противостоит изнашиванию в агрессиных средах даже при наличии абразивных воздействий.

Наплавку производят сплошными проволочными или ленточными электро-

дами, покрытыми обмазкой, либо в сварочную ванну дополнительно вводят специальные флюсы. Составы обмазок и флюсов содержат в себе легирующие примеси, количество которых регулируется в зависимости от требуемого состава и свойств наплавленного слоя металла.

Наплавочные электроды могут быть спечены из металлических порошков и иметь форму проволоки, ленты или трубчатой проволоки. Металл, наплавленный порошковыми спеченными электродами, более однороден, что объясняется более равномерным распределением легирующих элементов в объеме электродов.

Детали, подлежащие наплавке, тщательно очищают от грязи, масла, продуктов коррозии и краски. Если технологическим процессом наплавки предусмотрен

предварительный подогрев, то экономически целесообразно сочетать с ним очистительный отжиг, обеспечивающий быстрое выгорание масла не только с поверхности детали, но и из пор, раковин и трещин. После отжига оксиды, образовавшиеся на поверхности детали, удаляют металлической щеткой. Металл наплавляют на очищенную поверхность. Канавки, пазы и отверстия на поверхности, которые необходимо сохранить, заделывают медными, графитовыми или угольными вставками. Ненаплавляемые поверхности закрывают сухим или мокрым асбестом. На ненаплавляемых переходных поверхностях и кромках делают фаски или канавки шириной не более 15-16 мм и глубиной не более 6-8 мм (рис. 36).

Детали из легированных конструкционных сталей, содержащих не более 0,3% углерода, перед наплавкой подогревают. Для небольших деталей достаточно подогреть только участок начала наплавки до температуры, устанавливаемой

взависимости от марок стали и электродов. Штампы для холодной листовой штамповки, холодной и горячей обрезки, наплавляемые электродами ЭН-60М, подогревают до 300-400 ºС; молотовые и высадочные формообразующие штампы до 400-500 °С; прошивные, калибровочные пуансоны, матрицы прессования, наплавляемые электродами ОЗН-1, ОЗН-3, до 400-500 °С, а наплавляемые электродами УОНИ-13/85 до 300-400 ºС. Все закаленные детали перед наплавкой необходимо подогревать. Чугунные детали наплавляют без подогрева.

Предварительный подогрев деталей проводят в печах или на установках ТВЧ

виндукторах. Допускается местный подогрев газопламенными горелками. Рекомендации по предварительному нагреву наплавляемых деталей приведены далее.

Наплавку необходимо выполнять непрерывно, так, чтобы температура подогрева деталей не снижалась более чем на 100 °С. При необходимости допускается повторный общий или местный подогрев. Отдельные валики наплавляют рассредоточенно обратноступенчатым способом, или “горкой”. Толщина многослойной наплавки может быть 3-12 мм. Число слоев зависит от марки применяемых электродов и равняется: 1-3 для ОЗН-1 или ОЗН-3; 1-5 для ОЗШ-1; 2-5 для ЭН-60М. Наплавку больших объемов металла проводят ванным способом на постоянных режимах тока с применением медных и графитовых форм (рис. 37),

врезультате чего значительно повышается качество наплавки, увеличивается ее производительность и уменьшается коробление детали.

При многослойной наплавке наиболее ответственных мест в штампах (особенно молотовых) отдельные наплавленные валики проковывают сразу по-

сле наплавки в горячем (по возможности пластическом) состоянии ручным пневматическим молотом. При послойной наплавке отдельные валики тщательно очищают от шлака и брызг. Наплавку ведут на постоянном токе обратной полярности короткой дугой и с неглубоким проплавлением в нижнем и вертикальном положениях.

Чугунные детали наплавляют рассредоточенно, медленно, не допуская перегрева. Многослойные наплавки (более трех слоев) для чугуна не рекомендуются. Лучшее качество наплавки получают при ширине валика, равной 2,5 диаметра электрода. Валики накладывают так, чтобы каждый последующий перекрывал предыдущий на 1/2-1/3 его ширины. Припуск на механическую обработку после наплавки должен составлять 2-3 мм. Необходимо следить, чтобы впадины между валиками находились выше линии обработки поверхности после наплавки.

Соотношения между толщиной слоя наплавляемой стали, диаметром электрода, числом слоев и силой тока приведены в табл. 5; режимы автоматической наплавки под флюсом – в табл. 6 и 7; режимы электрошлаковой наплавки проволочными электродами – в табл. 8.

Силу тока при ручной дуговой наплавке определяют по формуле I = kdэл, где І – сила тока наплавки, А; k – коэффициент, равный 35-40; dэл – диаметр электрода, мм.

5. Режимы наплавки стали в зависимости от толщины наплавляемого слоя

7.Режимы автоматической наплавки стали под флюсом

взависимости от толщины наплавляемого слоя

8. Режимы электрошлаковой наплавки стали проволочными электродами в зависимости от толщины наплавляемой детали

Наплавленные детали, которые будут обрабатывать абразивами, сразу после наплавки подвергают отпуску в течение 1-2 ч для снятия внутренних напряжений.

Детали, рабочие кромки и поверхности которых необходимо обработать режущим инструментом, после наплавки отжигают, а после обработки резанием

– закаливают и отпускают по режимам, соответствующим составу наплавленного металла.

При ручной дуговой наплавке плавящимся электродом его диаметр и режим наплавки зависят от толщины металла, подлежащей наплавке, размеров детали, требований к качеству и внешнему виду и др. (табл. 9).

Примеры режимов наплавки порошкообразных смесей приведены в табл. 10; аргонодуговой наплавки – в табл. 11.

9. Режимы ручной дуговой наплавки в зависимости от толщины наплавляемой детали

10.Режимы наплавки порошкообразных смесей угольными

играфитовыми электродами (постоянный ток, прямая полярность)

Примечание. Наплавка выполняется постоянным током прямой полярности.

11. Режимы ручной аргонодуговой наплавки

216 Евдокимов В.Д., Клименко Л.П., Евдокимова А.Н.

Глубину проплавления можно определить по формуле

где h – глубина проплавления, мм; k – коэффициент; I – сила тока, А; υн – скорость наплавки, мм/мин; U – напряжение, В.

Автоматическую наплавку низкоуглеродистых и низколегированных сталей ведут проволокой из низкоуглеродистых (Св-08, Св-08А), марганцовистых (Св-08Г, Св-08ГА) и кремниймарганцовистых (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС) сталей.

Стали с большим содержанием углерода наплавляют проволокой Нп-65Г, Нп-80, Нп-30ХГСА, Нп-40Х13 (ГОСТ 10543-82). Химический состав и твердость наплавленного металла приведены в табл. 12 и 13.

12. Сварочная и наплавочная проволоки для автоматической наплавки деталей

Примечание. В проволоке марок Нп-40Х2Г2М и Нп-50ХФА содержится, соответственно, 0,8-1,2 и 0,1-0,2% (мас. доля) Мо.

13. Порошковая проволока и лента для автоматической наплавки

Флюсы подразделяют на плавленые, керамические и флюсы-смеси. Плавленые флюсы АН-348А, АН-60, ОСУ-45, АН-20 и АН-28 содержат стабилизирующие и шлакообразующие элементы. В состав этих флюсов не входят легирующие добавки.

Керамические флюсы АНК-18, АНК-19 и ЖСН-1, кроме стабилизирующих

ишлакообразующих элементов, содержат легирующие добавки – ферросплавы. При наплавке малоуглеродистой проволокой они обеспечивают высокую твердость и износостойкость наплавленного металла.

Флюсы-смеси состоят из флюса АН-348А с добавлением феррохрома, ферромарганца и графита. Смесь расстилают на листе слоем 15-20 мм и сушат 15-25 мин при температуре 100-120 °С. Затем просеивают через сито № 16 и сушат при температуре 150-200 °С в течение 3-4 ч. Твердость наплавленного металла зависит от содержания легирующих присадок (феррохрома и др.) в составе флюса (табл. 14). Режимы наплавки электродной проволокой на сварочных автоматах приведены в табл. 15.

При наплавке открытой дугой порошковыми проволоками типа ПП-АН122 и ПП-АН128 можно увеличить силу тока (т. е. производительность процесса) в 2 раза

иболее. Отпадает операция отделения шлаковой корки от детали после наплавки. Микроструктура металла при наплавке на сталь 45 трооститно-мартенситная,

твердость 51,5-57 HRСэ. Износостойкость в 1,6-2 раза больше, чем у стали 45, закаленной токами высокой частоты (ТВЧ).

14.Твердость наплавленного металла

взависимости от содержания феррохрома во флюсе

Примечание. Наплавка осуществляется проволокой НП-60.

15. Режимы автоматической наплавки деталей электродной проволокой

Широкое применение для наплавки получили металло-керамические ленты ЛМ-70Х3НМ, ЛМ-20Х10Г10Т, ЛМ-1Х14НЗ, ЛМ-5Х4В3ФС, разработанные в институте электросварки им. Е.О. Патона.

Наплавка металлокерамическими лентами осуществляется на постоянном токе обратной полярности. Плотность тока на электроде 10-20 А/мм2, напряжение дуги 28-32 В, скорость наплавки 0,16-0,55 см/с. Скорость подачи ленты зависит от режимов наплавки и составляет 15-150 м/ч.

Режимы автоматической наплавки деталей порошковыми проволоками приведены в табл. 16, порошковыми лентами – в табл. 17, металлокерамическими лентами – в табл. 18. Наплавку порошковой проволокой и лентой выполняют постоянным током обратной полярности.

Биметаллические штампы холодной штамповки, изготовленные с при-

менением наплавки, обладают рядом преимуществ. Оптимальной является конструкция штампов, у которых корпус изготовлен из вязкой и прочной низколегированной или углеродистой стали, а на рабочую поверхность наплавлен слой износостойкого материала. Повышается стойкость штампов, появляется возможность их многократного восстановления.

Технология изготовления штампа с применением наплавки предусматривает: изготовление корпусов матрицы и пуансона из низколегированной или углеродистой стали; разделку рабочей кромки под наплавку по всему периметру 8 × 8 мм (10 × 10 мм) или 10 мм × 45°; предварительный подогрев упрочняемой детали до 400 °С; наплавку режущих кромок проволокой ПП-АН140.

Режим наплавки проволокой диаметром 2,8 мм следующий: І = 220 ÷ 260 А, U = 22 ÷ 24 B, полярность тока обратная. Наплавку проводят не менее чем в два

16. Режимы автоматической наплавки деталей порошковой проволокой

17. Режимы автоматической наплавки деталей порошковыми лентами

слоя. Отпуск при 300-400 ºС в течение 1 ч с последующим замедленным охлаждением. Структура наплавляемого металла – мартенсит и карбиды с умеренным количеством остаточного аустенита.

Ремонт изношенных рабочих элементов штампов для холодной штамповки и вырубных штампов при наличии сколов, трещин, выкрашиваний и других дефектов можно осуществить с помощью наплавки их поверхностей порошковой проволокой марки ПП-АН148 по следующей технологии: зачистка дефектного

220 Евдокимов В.Д., Клименко Л.П., Евдокимова А.Н.

18. Режимы автоматической наплавки металлокерамическими лентами

участка; предварительный подогрев до 300 °С с целью предотвращения возникновения трещин в наплавленном слое; наплавка дефектного участка проволокой ПП-АН148 при режимах наплавки: І = 20 ÷ 40 А в зависимости от объема наплавки; U не превышает 40 В; полярность прямая; отпуск при 300 °С в течение 1 ч; шлифовка или электроэрозионная обработка наплавленного участка.

Технология обеспечивает получение наплавляемого металла типа 80Х12Н4ФЗМ2В2НР с твердостью 58-60 HRC уже в первом слое металла наплавки. Структура наплавляемого металла – мартенсит с умеренным количеством остаточного аустенита. Упрочняющая фаза – карбиды и бориды хрома, вольфрама и молибдена, а также интерметаллиды Fe-Со-Мо и Fe-W-Mo. Структура обеспечи-

вает сочетание высокой твердости с удовлетворительной ударной вязкостью (до

14 Дж/см2).

Автоматическая наплавка поверхностей может быть выполнена в среде углекислого газа, что не требует применения флюсов. При таком способе наплавки отсутствуют вредные выделения и шлаковые корки. Открытая дуга дает возможность наблюдать и корректировать процесс, проводить наплавку при любом пространственном положении наплавляемой плоскости, механизировать наплавку, выполняемую на мелких деталях (валах диаметром 10 мм и более).

Режимы автоматической наплавки в струе углекислого газа приведены в табл. 19; рекомендуемые составы защитных газов – в табл. 20.

Процесс наплавки можно осуществить при наложении на электрод дополнительной вибрации и прерывании дуги, когда мундштук сварочной головки вместе с проходящей через него сварочной проволокой вибрирует с частотой 100-110 Гц и амплитудой колебаний до 4 мм.

Вибрация электрода обеспечивает стабильность процесса благодаря частым возбуждениям дуговых разрядов, способствует подаче электродной проволоки небольшими порциями и лучшему формированию наплавленных валиков. Процесс наплавки может быть осуществлен при низком напряжении (12-18 В).

Высокое качество наплавки получают при токе обратной полярности (плюс на электроде, минус на детали), шаге наплавки 2,3-2,8 мм/об и угле подвода проволоки к детали 15-30 °.

Оптимальный режим наплавки: напряжение 28-30 В, сила тока 70-75 А (диаметр проволоки 1,6 мм), скорость подачи проволоки 1,3 м/мин, скорость наплавки 0,5-0,6 м/мин, амплитуда вибрации 1,8-2 мм.

Скорость наплавки (м/мин) определяют по частоте вращения детали, равной

n = 250 d 2υï η,

SDh