2. Порядок выполнения работы

1. Изучить на образцах виды изнашивания.

2. Изучить состав, свойства и назначение типов наплавленного металла.

3. Выбрать состав наплавленного металла для детали, полученной от преподавателя, исходя из условий ее эксплуатации.

4. Составить отчёт.

Лабораторная работа №2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НАПЛАВКИ

МЕТАЛЛА РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА

Цель работы:

Изучить особенности технологии наплавки различных типов наплавленного металла разделенного в соответствии с проектом МИС.

Содержание и методика проведения работы

При рассмотрении технологии наплавки наплавленный металл разделён на типы в соответствии с классификацией МИС.

Нелегированные или низколегированные стали с содержанием менее 0,4% С типа А в качестве наплавленного металла используются главным образом для восстановления размеров деталей и образования подслоя при последующей наплавке износостойкими сплавами. Применяют следующие способы наплавки: ручную дуговую штучными электродами, механизированную под флюсом и в защитных газах, реже – электрошлаковую. Типичные составы наплавленного металла: 15ХГ2С, 20Х2Г2М, 20ХГТ, 25ХЗГ2, 08Г. Составы 08ГС и 15Г2С получают при помощи стандартной сварочной проволоки в сочетании с обычными флюсами АН-348-А, АН-60 и ОСЦ-45.

Наплавку часто производят на основной металл с повышенным содержанием углерода (стали 45, 50, 50Х) и серы (стали 35ЛК, 30Л и т.п.). В данных случаях во избежание появления кристаллизационных трещин необходимо использовать приёмы наплавки, обеспечивающие уменьшение доли основного металла.

На микроструктуру и твёрдость наплавленного металла, особенно в случаях комплексного легирования хромом, никелем и молибденом, оказывает влияние скорость охлаждения при температурах распада аустенита. Чрезмерное увеличение скорости охлаждения может привести к частичному образованию мартенсита в околошовной зоне и наплавленном слое. Это сопровождается увеличением твёрдости и хрупкости сплава, не говоря уже о возможности образования трещин. Наоборот, чрезмерное уменьшение скорости охлаждения, например при широкослойной наплавке, обусловливает распад значительной части аустенита при высоких температурах с образованием перлита. В результате снижаются твёрдость и износостойкость наплавки. При наплавке массивных деталей оптимальные свойства наплавленного слоя достигаются при предварительном подогреве до температуры 200…250С. При наплавке небольших деталей для подогрева достаточно теплоты дуги.

Наплавленный металл типа В (нелегированные или низколегированные стали с содержанием более 0,4% С) получают при дуговой наплавке посадочных мест различных валов, шеек коленчатых валов, а также при восстановлении и упрочнении деталей ходовой части гусеничных машин. Типичные составы наплавленного металла: 45Х5Г, 70ХЗМН, 80Х4СГ, 60Х2СМ и др. Основную трудность при наплавке металла этого типа представляет повышенная склонность наплавленного слоя к образованию кристаллизационных и холодных трещин. Предварительный подогрев до температуры 350…400°С позволяет в большинстве случаев избежать трещин. Если наплавленный металл подлежит механической обработке, то изделие отжигают, при этом твердость снижается до HRC 20…25. После механической обработки следует закалка до HRC 50…60.

Металлы 80Х4СГ и 60Х2СМ наплавляют соответственно электродами марок 13КН/ЛИВТ и ЭН-60М, а металлы 45Х5Г и 70ХЗМН – с использованием легирующего керамического флюса АНК-19 (проволока Св-08А) и металлокерамической ленты ЛМ-70ХЗМН.

Аустенитный высокомарганцевый металл типа С рекомендуется для наплавки деталей, испытывающих абразивный износ в сочетании с сильными ударами. Типичным представителем рассматриваемого типа является сталь 110 Г13, содержащая около 1,2% С и 12% Мn. В зависимости от содержания углерода и марганца, а также скорости охлаждения с высоких температур наплавленный металл приобретает различную микроструктуру и свойства.

При быстром охлаждении с температур выше примерно 950С стали, содержащие 0,8…1,6% С и 12…20% Мn, приобретают стабильную аустенитную структуру и отличаются высокой прочностью и пластичностью. Благодаря высокой растворимости углерода в γ-твердом растворе (при большом содержании марганца) карбиды отсутствуют. В таком состоянии твёрдость наплавленного металла невелика, всего НВ 180…220.

Примечательным свойством такого наплавленного металла является способность к упрочнению при холодной деформации благодаря появлению мартенсита по плоскостям скольжения. Твёрдость в деформированной зоне возрастает до НВ 550. Таким образом, указанные свойства (пластичность сердцевины и высокая твёрдость на рабочей поверхности) могут быть реализованы при условии получения исходной аустенитной структуры и обязательного воздействия на рабочую поверхность ударов и давлений, способных вызвать пластическое деформирование. При отсутствии такого нагружения поверхностный слой не обладает какими-либо существенными преимуществами и изнашивается подобно обычной низкоуглеродистой стали.

При медленном охлаждении происходит распад аустенита и выделение карбидов цементитного типа по границам зёрен. Такой наплавленный металл хрупок, склонен к трещинам и отколам. Выделяются карбиды и при нагреве. Поэтому стали типа С не рекомендуются для работы при повышенных температурах, если требуется сохранить их пластичность.

Технологию наплавки сталей типа С строят с учётом рассмотренных выше особенностей. Для того чтобы избежать охрупчивания наплавленного слоя и околошовной зоны (при наплавке на сталь 110Г13), процесс наплавки необходимо вести с минимальным тепловложением: малые силы тока и напряжения дуги, узкие валики, повышенная скорость наплавки, периодическое прекращение процесса и изменение места наплавки.

При соблюдении этих условий, а также при наплавке на массивные детали скорость охлаждения оказывается достаточной для получения чисто аустенитной структуры. Широкослойную наплавку, которая в данном случае создает неблагоприятный термический цикл, чаще всего применить не удаётся. Для наплавки используют штучные электроды и порошковую проволоку.

При наплавке открытой дугой, при прочих равных условиях, обеспечивается более быстрое охлаждение валиков, чем при наплавке под флюсом. Поэтому наибольшее распространение получила наплавка самозащитной порошковой проволокой, например ПП-АН105. Наплавленный металл дополнительно легирован никелем (3…4%), при этом увеличивается устойчивость аустенита и появляется возможность увеличить критическую скорость охлаждения. Частым дефектом являются кристаллизационные трещины, которые возникают при повышенном содержании фосфора. Наплавка стали 110Г13 на углеродистые стали применяется реже из-за отколов наплавленного слоя.

Технологические особенности наплавки аустенитного хромоникелевого металла типа D во многом совпадают с особенностями сварки хромоникелевых коррозионностойких сталей. При наплавке на углеродистую сталь важно обеспечить минимальную долю основного металла и минимальное содержание углерода в наплавленном слое, если от него требуется повышенная стойкость против межкристаллитной коррозии. Поэтому значительное распространение нашла широкослойная наплавка под флюсом электродной лентой.

Металлокерамическая лента, изготовляемая из чистых по углероду порошков, позволяет достичь при многослойной наплавке минимального содержания углерода и высокой стойкости слоя против межкристаллитной коррозии. Примером такой ленты является металлокерамическая лента ЛМ-00Х21Н9Г, применяемая для наплавки под пемзовидным флюсом АН-26 фланцев, патрубков и сосудов химической и нефтехимической аппаратуры, а также энергетических устройств.

Наплавленный металл типа Е – хромистые стали – в зависимости от содержания углерода и хрома имеет ферритную, полуферритную и аустенитно-мартенситную микроструктуру. При содержании более 1,0% С и более 10% Cr в структуре появляется карбидная эвтектика (ледебурит). По своей структуре и свойствам такие стали приближаются к доэвтектическим высокохромистым чугунам.

Коррозионностойкие хромистые стали применяют для наплавки деталей общепромышленной газовой и нефтяной трубопроводной арматуры, работающей при температурах до 400…450°С, плунжеров прессов и некоторых видов штампов, а также для наплавки камер проточного тракта гидротурбин. Для наплавки трубопроводной арматуры используют порошковую проволоку с внутренней защитой ПП-АН106, а для наплавки камер гидротурбин – порошковую проволоку ПП-АН138 .

Во избежание образования пор наплавку необходимо выполнять при напряжении дуги не более 24…26 В. Обрезные штампы, а также уплотнительные поверхности арматуры наплавляют электродами марки НЖ-2 (тип Э-25Х12). При содержании более 0,2% С наплавленный металл склонен к образованию трещин. Поэтому применяют предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 300…350С.

Ледебуритные стали Х12М, Х12ВФ наплавляют под флюсом порошковыми проволоками марок ПП-АН103 и ПП-АН104.

Наплавка сталей Х12М, содержащих 1,8…2,0% С, сопряжена с известными трудностями вследствие склонности наплавленного металла к образованию холодных и кристаллизационных трещин. Если холодные трещины удаётся устранить подогревом деталей до температуры 400…550°С и последующим замедленным охлаждением, то этого не всегда можно достичь в отношении кристаллизационных трещин.

Кристаллизационные трещины в ледебуритных сталях Х12М возникают вследствие выделения в процессе кристаллизации легкоплавких карбидных эвтектик. Трещины не возникают при условии, если наплавленный металл содержит 1,5…2,5% С. При таком содержании углерода количество эвтектики увеличивается настолько, что она свободно перемещается между дендритами аустенита и может «залечивать» трещины. Таким образом, при наплавке сталей Х12М на низкоуглеродистую сталь необходимо стремиться к минимальной доле основного металла, в противном случае первый слой будет поражен кристаллизационными трещинами из-за недостаточного количества карбидной эвтектики, способной «залечивать» трещины.

Твёрдость наплавленного металла Х12М сравнительно невысока и составляет HRC 40…44, что объясняется наличием в структуре большого количества остаточного аустенита. Твёрдость можно увеличить высоким отпуском при температуре 500…550°С (до HRC 55…60). Для возможности механической обработки наплавленное изделие отжигают. Отжиг заготовок следует выполнять по изотермическому циклу: нагрев до температуры 870…900°С, выдержка 1,0…2,0 ч, охлаждение с печью до температуры 700°С, выдержка 5…8 ч., дальнейшее остывание на воздухе. Твёрдость после такого отжига составляет HRC 25…29. Закалку производят на первичную или вторичную твердость с последующим отпуском по режимам для инструментальных штамповых сталей типа Х12.

Наплавку быстрорежущих сталей типа F применяют преимущественно при изготовлении биметаллического режущего инструмента. Для этого используют штучные электроды марок ЦИ-1М, ЦИ-1Л, ЦИ-1У (тип Э-80В18Х4Ф), а также прутки и порошковую проволоку. В связи с развитием производства литого инструмента, при котором широко используют отходы быстрорежущих сталей, изготовление наплавленного инструмента в последние годы сократилось. Целесообразно наплавлять только многолезвийный инструмент больших размеров.

Наплавка быстрорежущих сталей сопряжена с трудностями из-за склонности наплавленного слоя к образованию трещин. Для устранения трещин необходимы предварительный и сопутствующий подогрев заготовок до температуры 500…600°С и последующее их охлаждение в печи. Наплавку выполняют в канавки, выполненные фрезой в заготовке, которые расположены в местах режущих кромок многолезвийного инструмента. Удаление шлаковой корки из таких канавок затруднено вследствие заклинивания и высокой температуры заготовки. Поэтому применение наплавки под флюсом сопряжено со многими неудобствами.

Лучшие результаты могут быть достигнуты при наплавке порошковой проволокой с внутренней защитой или в защитных газах. За рубежом ручную наплавку крупных фрез производят по горячему металлу при температуре 600…700°С, помещая заготовку в печь. Печь снабжена специальным отверстием, через которое имеется доступ к наплавляемому зубу, причём сварщик защищен от теплового излучения специальным экраном.

Классический состав быстрорежущей стали, например марки Р18, выбран исходя из соображений не только высокой красностойкости, но и хороших технологических свойств (возможности ковки, прокатки и т. п.). Например, увеличение содержания ванадия и углерода в быстрорежущей стали позволяет увеличить её красностойкость, но это ухудшает технологические свойства стали.

При наплавке, когда нет необходимости заботиться о сохранении хорошей пластичности металла в процессе прокатки или ковки, появляются дополнительные возможности в изменении состава по сравнению с классическим составом для получения максимальной красностойкости и износостойкости наплавленного металла. Тем не менее, большая трудоёмкость наплавки, трудности механической обработки наплавленного слоя и его неоднородность по составу и свойствам сдерживают изготовление и применение наплавленного инструмента.

Высокохромистые специальные чугуны типа G являются наиболее распространенным типом наплавленного металла, используемого для упрочнения деталей, испытывающих абразивный, газоабразивный и гидроабразивный износ. Более высокой износостойкостью обладают заэвтектические чугуны, содержащие в структуре первичные карбиды хрома типа Cr₇С₃. Дополнительное легирование высокохромистого чугуна бором существенно повышает его абразивную износостойкость, но снижает ударную стойкость.

Высокохромистые чугуны используют для наплавки зубьев экскаваторов, ножей бульдозеров, деталей загрузочных устройств доменных печей и т. п. Для наплавки металла этого типа разработано много составов и разновидностей наплавочных материалов. К ним относятся, например, штучные электроды ЦС-1 и ГН-1 (тип Э-300Х28Н4С3), порошковые проволоки и ленты марок ПП-АН101, ПЛ-АН101, гранулированные порошки и др.

Наплавленный металл склонен к образованию холодных трещин, предупредить которые, особенно при наплавке крупных деталей, очень трудно. Поэтому в большинстве случаев наплавленные детали эксплуатируют с трещинами в наплавленном слое. Так как эти трещины чаще всего не переходят в основной металл и мало влияют на абразивную износостойкость и общую работоспособность детали, то этот дефект часто считается вполне допустимым. Тем не менее, при газо- и гидроабразивном износе трещины, расположенные вдоль потока с абразивными частицами, являются очагом разрушения наплавленного слоя.

Условия образования холодных трещин при наплавке высокохромистых чугунов исследовали на примере типичного представителя этого класса – сплава сормайт №1 (300Х25Н3С3). Наплавку выполняли порошковой лентой ПЛ-АН101 одиночными валиками с поперечными колебаниями на режимах, обеспечивающих формирование слоя не в общей ванне. Холодные трещины появляются при температурах ниже 300°С, преимущественно при 200…250°С, причём скорость охлаждения на температуру образования трещин практически не влияет. Это обусловлено близостью величины временных и остаточных напряжений в наплавленном слое к пределу прочности наплавки при температурах ниже 300°С.

Отсюда следует важный практический вывод: для уменьшения вероятности образования холодных трещин наплавку необходимо выполнять на основном металле или подслое с возможно низким пределом текучести. Применение же подслоя из легированных сталей с высоким пределом текучести σ_т (что иногда встречается на практике) ведёт к увеличению количества трещин.

Предварительный подогрев деталей до температуры 400…600°С и последующее замедленное охлаждение в печи позволяют устранить холодные трещины, но такая технология применима лишь для деталей небольшого размера и простой формы.

Высокохромистые чугуны обладают повышенной абразивной износостойкостью при заэвтектической структуре. Поэтому при наплавке таких чугунов на низкоуглеродистую сталь важно стремиться к минимальной доле основного металла, иначе наплавленный слой из-за разбавления основным металлом будет содержать мало хрома и углерода и приобретет доэвтектическую или эвтектическую структуру с пониженной износостойкостью.

Наплавку деталей сложной формы и небольших размеров выполняют шланговыми полуавтоматами порошковыми проволоками с внутренней защитой марок ПП-АН124, ПП-АН125, ПП-АН170. При наплавке этими проволоками лучшие результаты по формированию валиков и уменьшению доли основного металла достигаются при поперечном колебании электрода с размахом 20…40 мм и вылете электрода 40…70 мм. Силу тока выбирают в зависимости от размеров и формы детали чаще всего равной 300…350 А, но возможна наплавка и на токах силой до 500 А (ток постоянный, обратной полярности). При наплавке на переменном токе возрастают потери на разбрызгивание.

Хромовольфрамовые теплостойкие стали типа Н используют для наплавки деталей, подверженных действию больших давлений и теплосмен. Наплавку осуществляют штучными электродами ИН-1 (тип Э-30Х3В8), сплошной и порошковой проволокой, а также металлокерамической лентой. Наибольшее распространение получила наплавка порошковыми проволоками марок ПП-Нп-3Х2В8 и ПП-Нп-25Х5ФМС под флюсом АН-20 применительно к восстановлению и упрочнению стальных валков горячей прокатки.

Для предупреждения трещин, снижения внутренних напряжений и получения оптимальной структуры наплавленного металла необходим предварительный подогрев деталей (до температуры 350…400°С). Наиболее удобен индукционный нагрев токами промышленной частоты; массивные детали диаметром свыше 650 мм целесообразно медленно нагревать в печи. После наплавки обеспечивают замедленное охлаждение в утеплённом коробе, а для массивных деталей – отпуск при температуре 520…540° С и охлаждение вместе с печью.

Наплавку деталей сложной формы и глубоких внутренних поверхностей выполняют порошковой проволокой с внутренней защитой (ПП-АН130, ПП-2Х4В3Ф-0 и др.). Наиболее частым дефектом при этом являются поры в наплавленном слое, что связано с несоблюдением режимов наплавки. Наплавка порошковой проволокой с внутренней защитой требует строгого соблюдения рекомендуемых для данной проволоки режимов, особенно заданного напряжения дуги. При повышении напряжения дуги ухудшаются условия защиты, наплавленный металл обогащается азотом, и появляются поры.

Кобальтовые сплавы с хромом и вольфрамом типа N, так называемые стеллиты, отличаются замечательными эксплуатационными свойствами: они способны сохранять твёрдость при высоких температурах, стойки против коррозии и эрозии, а также имеют отличную износостойкость при сухом трении металла по металлу. Сам по себе кобальт не обладает высокой жаропрочностью, это свойство придают сплавам присадки хрома (25…35%) и вольфрама (3…30%). Важным компонентом является и углерод, который образует с вольфрамом и хромом специальные твёрдые карбиды, улучшающие сопротивление абразивному износу.

Кобальтовыми сплавами наплавляют клапаны двигателей внутреннего сгорания, уплотнительные поверхности паровой арматуры сверхвысоких параметров, матрицы для прессования цветных металлов и сплавов и др. При наплавке необходимо стремиться к минимальному переходу железа из основного металла в наплавленный металл, иначе свойства последнего резко ухудшаются. Наплавленный металл часто склонен к образованию холодных и кристаллизационных трещин, поэтому наплавку ведут с предварительным и иногда с сопутствующим подогревом деталей.

Обеспечение минимальной доли основного металла и соблюдение необходимых термических условий являются наиболее важными особенностями технологического процесса наплавки кобальтовых сплавов. Наплавку осуществляют газовым пламенем прутками из сплавов В2К и В3К, а также покрытыми электродами марки ЦН-2 (тип Э-190К62Х29В5С2) со стержнем из прутка В3К. Так как применяется подогрев деталей до температуры 600…700°С, то доля основного металла велика (до 30%), и для получения минимального содержания железа наплавку приходится выполнять в три слоя. Это увеличивает расход весьма дорогого наплавочного материала и повышает трудоёмкость работ. Многие трудности устраняются при плазменно-порошковой наплавке с использованием гранулированных порошков. Благодаря особенностям этого способа наплавки доля основного металла не превышает 10% и заданный химический состав наплавленного металла достигается уже в первом слое. Дополнительный выигрыш получается и в экономии наплавочного материала, так как нет необходимости производить многослойную наплавку.

Гранулированные порошки во избежание образования пор и шлаковых включений должны содержать не более 0,08% кислорода. В качестве основного металла при наплавке кобальтовых сплавов служат хромоникелевые коррозионностойкие стали, жаропрочные сплавы на никелевой основе, а также низколегированные стали.

Никелевые сплавы с хромом и бором типа Q_a (сплав колмоной) сохраняют высокую твёрдость при нагреве до температуры 600…700С, обладают жаростойкостью до температуры 950°С и хорошей коррозионной стойкостью в борной, хромовой, муравьиной, лимонной, уксусной и других кислотах, в растворах хлоридов, каустической соде, ртути, жидком свинце, расплавленном стекле и прочих агрессивных средах. Эти сплавы применяют для наплавки и металлизации плунжеров водяных и кислотных насосов, уплотнительных поверхностей трубопроводной арматуры для паропроводов, выпускных клапанов дизельных двигателей, пресс-форм для стекла и т. п.

Используют преимущественно плазменно-порошковую наплавку. Плазменную наплавку с присадкой порошка ПГ-ХН80СР2 выполняют без подогрева. При наплавке с присадкой порошков ПГ-ХН80СР3 и ПГ-Н80СР4 для предупреждения трещин необходим предварительный подогрев соответственно до температур 320…380°С и 380…450°С. Крупные заготовки арматуры из стали 12Х1МФ с этой целью подогревают и до более высокой температуры. Режимы плазменно-порошковой наплавки примерно те же, что и для кобальтовых сплавов, но в связи с более низкой температурой плавления присадочных порошков силу тока дуги прямого действия устанавливают на 20…25% меньше.

При наплавке возможны дефекты в виде пор и шлаковых включений. Это в большинстве случаев вызвано повышенным содержанием в присадочных порошках кислорода. Этих дефектов нет, если порошок содержит менее 0,12% кислорода.

Никелевые сплавы с молибденом типов Q_a и Q_b обладают высокой жаропрочностью, хорошей стойкостью против термической усталости в условиях большого числа теплосмен, мало склонны к образованию трещин. В зарубежной практике их используют для наплавки контактных поверхностей конусов и чаш доменных печей (сплав хастеллой). Подобные свойства наплавленного металла обеспечивает сплав инконель, наплавляемый металлокерамической лентой ЛМ-ХН70ГБМТ под флюсом АН-28.

Карбидные сплавы типа Р благодаря высокому содержанию твердых карбидов вольфрама отличаются особо высокой стойкостью против абразивного изнашивания. Этими сплавами наплавляют буровой инструмент, детали режущих органов землеройных машин, детали загрузочных устройств доменных печей.

Карбидные сплавы, вернее карбидные композиции, характерны тем, что они не имеют строго определённого химического состава и при их формировании карбид вольфрама не кристаллизуется из расплава (подобно, например, карбидной фазе в сплавах TiС), а вводится в сплав-связку в виде заранее приготовленных зёрен нужного размера и формы. Износ карбидных композиций протекает, как правило, избирательно: матрица сплава изнашивается быстрее, и выступающие зёрна карбидов воспринимают на себя основную нагрузку.

Технология и техника наплавки карбидных композиций должны обеспечивать введение в сварочную ванну частиц износостойкой фазы определённого размера и формы, причём эти частицы должны в минимальной степени растворяться в сплаве-связке и не претерпевать нежелательных превращений в результате температурного воздействия сварочного цикла.

Обеспечить такие условия при дуговой наплавке плавящимся электродом в полной мере не удаётся. Для преодоления этих трудностей ведутся интенсивные исследования. Указанные выше примечательные свойства карбидных композиций пока реализованы более полно при таких сравнительно низкотемпературных процессах, как индукционная и газопламенная наплавка, а также при пропитке зёрен литого карбида вольфрама легкоплавким сплавом с использованием печного нагрева.

Наибольшее распространение получила наплавка литым карбидом вольфрама (релитом), который представляет собой эвтектический сплав карбидов WС и W₂С. Релит выпускают в виде зёрен различного размера (0,2…3 мм) и в виде стальных трубок, заполненных карбидом (трубчато-зернистый сплав, Т3). В последнем случае масса оболочки составляет около 20%, карбидных зерен – около 60%. Ввиду дефицитности вольфрама ведутся интенсивные исследования по применению карбидов менее дефицитных металлов и других тугоплавких соединений высокой износостойкости.

Наплавка бронзы, меди и медно-никелевых сплавов необходима при замене крупных бронзовых деталей узлов трения стальными деталями, наплавленными бронзой. Ручная наплавка бронзы покрытыми электродами – весьма тяжелый и трудоёмкий процесс. Для этой цели можно применять наплавку под флюсом сплошной проволокой марки Бр.АЖМц-10-3-1,5, лентой из бронзы марки Бр.АМц-9-2 (под флюсом АН-20), а также порошковыми проволоками марок ПП-Бр.ОЦС6-6-3 и ПП-Бр.ОС8-21 (под флюсом АН-60). Для наплавки в азоте разработаны порошковые проволоки марок ПП-Бр.АЖ9-4А и ПП-Бр.ОС-10-10A.

При наплавке слоя бронзы на сталь часто возникают поры, причиной которых являются водород и пары воды. Алюминиевая бронза, интенсивно поглощая водород в жидком состоянии, при кристаллизации выделяет его вследствие снижения растворимости. Высокая склонность к пористости алюминиево-марганцевой бронзы Бр.АМц-9-2 обусловлена значительной газонасыщенностью проволоки, применяемой для наплавки. Для предупреждения образования пор проволоку следует подвергать вакуумному отжигу.

Из существующих флюсов наибольшую стойкость против образования пористости при наплавке оловянной и свинцовой бронз, а также меди обеспечивает флюс АН-60. При наплавке цинкосодержащих бронз (типа Бр.ОЦС) пористость устраняется введением в порошковую проволоку раскислителей. Эффективным раскислителем в данном случае может быть силикокальций.

Уменьшение доли основного металла при наплавке на сталь обеспечивается применением электродной ленты и многоэлектродной наплавки, при этом доля основного металла в зависимости от режимов наплавки составляет 5…20%. Минимальная доля основного металла и небольшая зона переменного состава обеспечиваются при плазменной наплавке.

Наплавку бронзы и меди на сталь с минимальным проплавлением основного металла можно получить и при помощи электрошлакового процесса. Специальные флюсы на основе фторидов позволяют поддерживать устойчивый электрошлаковый процесс при температурах 1100…1300°С, т. е. ниже температуры плавления стали. Наплавку выполняют пластинами или плавящимся мундштуком.

Наплавку медно-никелевого сплава типа монель выполняют металлокерамической лентой ЛМ-ДН70ГТЮ под флюсом АН-60. Основной трудностью при наплавке металла этого типа на сталь является склонность наплавленного металла к возникновению пор и кристаллизационных трещин. Эти дефекты устраняют введением в электродную ленту 0,2…0,4% СаАl₂ (алюмокальция) благодаря связыванию азота в стойкие нитриды кальция. Кроме того, кальций, связывая азот, а также кислород и серу в стойкие и тугоплавкие соединения, рафинирует и модифицирует наплавленный металл, в результате чего увеличивается стойкость против образования кристаллизационных трещин.

Порядок выполнения работы

1. Изучить по инструкции особенности технологии наплавки металла различного состава.

2. Составить технологический процесс (без режимов) наплавки для конкретного типа наплавочного металла (согласно с индивидуальным заданием).

3. Составить отчёт.

Лабораторная работа №3

ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ РУЧНОЙ НАПЛАВКИ

ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ

Цель работы:

Ознакомиться с марками, типами, характеристикой и назначением электродов, предназначенных для ручной наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами.

Содержание и методика проведения работы

В группу электродов для наплавки входят электроды, предназначенные для ручной дуговой наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами (кроме электродов для наплавки слоёв из цветных металлов). Электроды изготавливают и поставляют в соответствии с требованиями ГОСТ 9466-75 и ГОСТ 10051-75. Для наплавочных работ в некоторых случаях также используют сварочные электроды, например, электроды, предназначенные для сварки высоколегированных коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей.

Согласно ГОСТ 10051-75 электроды для наплавки поверхностных слоёв по химическому составу наплавленного металла и твёрдости при нормальной температуре классифицированы на 44 типа (например, электроды типа Э-16Г2ХМ, Э-110Х14В13Ф2, Э-13Х16Н8М5С5Г46). Наплавленный металл многих электродов регламентируется техническими условиями предприятий-изготовителей.

В зависимости от принятой системы легирования и условий работы получаемого наплавленного металла электроды для наплавки могут быть условно разделены на 6 групп:

1-я группа. Электроды, обеспечивающие получение низкоуглеродистого низколегированного наплавленного металла с высокой стойкостью в условиях трения металла о металл и ударных нагрузок (по назначению к ним относятся некоторые марки электродов 3-ей группы).

2-я группа. Электроды, обеспечивающие получение среднеуглеродистого низколегированного наплавленного металла с высокой стойкостью в условиях трения металла о металл и ударных нагрузок при нормальной и повышенной температуре (до 600…650°С).

3-я группа. Электроды, обеспечивающие получение углеродистого легированного (или высоколегированного) наплавленного металла с высокой стойкостью в условиях абразивного изнашивания и ударных нагрузок.

4-я группа. Электроды, обеспечивающие получение углеродистого высоколегированного наплавленного металла с высокой стойкостью в условиях большого давления и высокой температуры (до 650…850°С).

5-я группа. Электроды, обеспечивающие получение высоколегированного аустенитного наплавленного металла с высокой стойкостью в условиях коррозионно-эрозионного изнашивания и трения металла о металл при повышенной температуре (до 570…600С).

6-я группа. Электроды, обеспечивающие получение дисперсноупрочняемого высоколегированного наплавленного металла с высокой стойкостью в тяжелых температурно-деформационных условиях (до 950…1100°С).

В таблице 3.1 представлены электроды для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

Необходимо отметить, что производство наплавочных работ требует применения специальной технологии, которая, в зависимости от химического состава и состояния основного и наплавляемого металлов, может включать обязательное выполнение таких операций, как предварительный и сопутствующий подогрев, термическую обработку для получения заданных эксплуатационных свойств наплавляемой поверхности.

Таблица 3.1

Электроды для наплавки поверхностных

слоёв с особыми свойствами

Марка электрода	Тип электрода по ГОСТ 10051-75 или тип наплавленного металла	Диаметр, мм	Основное назначение, твёрдость наплавленного металла
1-я группа
ОЗН-300М	11Г3С	4,0; 5,0	Наплавка быстроизна-шиваемых деталей из углеродистых и низко-легированных сталей (например, валы, оси, автосцепки, крестовины, другие детали автомо-бильного и железнодо-рожного транспорта), НВ 270…360
ОЗН-400М	15Г4С	4,0; 5,0	Наплавка быстроизна-шиваемых деталей из углеродистых и низко-легированных сталей (например, валы, оси, автосцепки, крестовины, другие детали автомо-бильного и железнодо-рожного транспорта), НВ 360…430
ЦНИИН-4	Э-65Х25Г13Н3	4,0	Наплавка изношенных участков и заварка де-фектов литья ж/д кре-стовин и других деталей из стали типа 110Г13Л, HRC 25…37
2-я группа
ОЗШ-1	Э-16Г2ХМ	3,0; 4,0	Наплавка молотовых и высадочных штампов, НВ 320-365

Продолжение таблицы 3.1
Марка электрода	Тип электрода по ГОСТ 10051-75 или тип наплавленного металла	Диаметр, мм	Основное назначение, твёрдость наплавленного металла
УОНИ-13/НЖ 20Х13	Э-20Х13	3,0; 4,0; 5,0	Наплавка штампов хо-лодной и горячей (до 400С) обрезки, быстро-изнашиваемых деталей машин и оборудования, HRC 41,5…49,5
ОЗШ-3	Э-37Х9С2	2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Наплавка обрезных и вырубных штампов хо-лодной и горячей (до 650С) штамповки, быс-троизнашиваемых дета-лей машин и оборудо-вания, HRC 53…59
ОЗШ-7	5Х10С3М	2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Наплавка кузнечно-шта-мповой оснастки, рабо-тающей при температу-ре до 650С, HRC  56
ОЗШ-2	10Х5М10В2Ф	2,5; 3,0; 4,0	Наплавка штампов горячей штамповки, HRC  57
ЭН-60М	Э-70Х3СМТ	2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Наплавка штампов всех типов, работающих при температуре до 400С, быстроизнашиваемых деталей машин и обору-дования, HRC 53…61
ОЗИ-3	Э-90Х4М4ВФ	3,0; 4,0; 5,0	Наплавка штампов холодной и горячей (до 650С) штамповки, быстроизнашиваемых деталей горно-металлур-гического и станочного оборудования, HRC 59…64

Продолжение таблицы 3.1
Марка электрода	Тип электрода по ГОСТ 10051-75 или тип наплавленного металла	Диаметр, мм	Основное назначение, твёрдость наплавленного металла
3-я группа
ОЗН-6	90Х4Г2С3Р	4,0; 5,0	Наплавка быстроизна-шиваемых деталей гор-нодобывающих и строи-тельных машин и метал-лургического оборудо-вания, HRC  58
ОЗН-7	75Х5Г4С3РФ	4,0; 5,0	Наплавка быстроизна-шивающихся деталей, преимущественно из стали 110Г13Л, HRC56
ОЗН-7М	75Х5Н2СФР	4,0; 5,0
ВСН-6	Э-110Х14И13Ф2	4,0; 5,0	Наплавка быстроизна-шиваемых деталей, из углеродистых и высоко-марганцовистых сталей, HRC 51…56,5
ЭНУ-2	360Х15Г3Р	4,0; 5,0	Наплавка быстроизна-шиваемых стальных и чугунных деталей (удар-ные нагрузки умерен-ные), HRC  58
Т-590	Э-320Х25С2ГТР	4,0; 5,0	Наплавка быстроизна-шиваемых стальных и чугунных деталей (удар-ные нагрузки – мини-мальные), HRC 58…64
Т-620	Э-320Х23С2ГТР	4,0; 5,0	Наплавка быстроизна-шиваемых стальных и чугунных деталей (удар-ные нагрузки умерен-ные), HRC 56…63

Продолжение таблицы 3.1
Марка электрода	Тип электрода по ГОСТ 10051-75 или тип наплавленного металла	Диаметр, мм	Основное назначение, твёрдость наплавленного металла
4-я группа
ОЗИ-5	Э-10К18В11М10Х3СФ	3,0; 4,0; 5,0	Наплавка металлорежу-щего инструмента и штампов горячей (до 800…850С) штампов-ки, HRC 63…67
ОЗИ-6	100Х4М82СФ	2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Наплавка при изготов-лении металлорежущего инструмента, ремонте тяжелонагруженных штампов холодной и го-рячей (до 650С) штам-повки, HRC 63…67
ЦН-6Л	Э-08Х17Н8С6Г	4,0; 5,0	Наплавка уплотнитель-ных поверхностей дета-лей арматуры котлов, работающих при тем- пературах до 570С и давлении до 78 МПа, HRC 29,5…39
ЦН-12М-67	Э-13Х16Н8М5С5Г4Б	4,0; 5,0	Наплавка уплотнитель-ных поверхностей дета-лей арматуры энергети-ческих установок, рабо-тающих при температу-ре до 600С и высоких давлениях, HRC 39,5-51,5

Окончание таблицы 3.1

Марка электрода	Тип электрода по ГОСТ 10051-75 или тип наплавленного металла	Диаметр, мм	Основное назначение, твёрдость наплавленного металла
ОЗШ-8	11Х31М3ГСЮФ	3,0; 4,0	Наплавка кузнечно-штамповой оснастки го-рячего деформирования металлов, работающих в сверхтяжёлых условиях термической усталости (до 1100С) и больших давлений, HRC 51…57
ОЗШ-6	10Х33Н11М3СГ	2,5; 3,0; 4,0	Наплавка кузнечно-штамповой оснастки хо-лодного и горячего де-формирования метал-лов, быстроизнашива-емых деталей метал-лургического, станоч-ного и другого оборудо-вания, работающего в тяжёлых условиях тер-мической усталости (до 950С) и больших дав-лений, HRC 52…60

К группе электродов для сварки и наплавки чугуна относятся электроды, предназначенные для устранения с помощью холодной сварки и наплавки дефектов в чугунных отливках, а также электроды, используемые при ремонте вышедшего из строя оборудования и восстановлении изношенных деталей. В ряде случаев электроды могут быть применены при изготовлении сварно-литых конструкций.

Электроды для холодной сварки и наплавки чугуна не стандартизованы и их производят по отдельным техническим условиям. Они позволяют получать наплавленный металл (металл шва) с заданными свойствами в виде стали, сплавов на основе меди, никеля, железоникелевого сплава.

Для холодной сварки и наплавки чугуна (т.е. для сварки и наплавки, выполняемой без предварительного подогрева) характерно проведение процесса с минимальным тепловложением. Процесс ведут короткими валиками протяженностью 25…60 мм, с охлаждением каждого наложенного валика на воздухе до температуры не более 60°С. Иногда рекомендуется проковка каждого валика легким ударом молотка.

В таблице 3.2 представлены электроды для сварки и наплавки серого, высокопрочного и ковкого чугуна. Для этих же целей могут быть использованы электроды марки ОЗЛ-25Б, предназначенные для сварки сплава ХН78Т, марок ОЗЛ-27 и ОЗЛ-28, предназначенных для сварки разнородных сталей и, при условии дополнительной проверки, марки ОЗБ-2М, предназначенные для сварки медных сплавов.

Таблица 3.2

Электроды для сварки и наплавки серого,

высокопрочного и ковкого чугуна

Марка элек-трода	Диаметр мм	Тип наплав-ленного металла	Основное назначение	Особенность наплавленного металла
ЦЧ-4	3,0; 4,0; 5,0	Сталь легиро-ванная	Сварка и заварка де-фектов литья в дета-лях из серого, высо-копрочного и ков-кого чугуна. Сварка серого и высоко-прочного чугуна со сталью
ОЗЧ-2	3,0; 4,0; 5,0	Сплав на медной основе	Сварка, наплавка и заварка дефектов литья в деталях из серого и ковкого чугуна
ОЗЧ-6	2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Сплав на медной основе	Сварка деталей (предпочтительно тонкостенных) из серого и ковкого чугуна

Окончание таблицы 3.2

Марка элек-трода	Диаметр мм	Тип наплав-ленного металла	Основное назначение	Особенность наплавленного металла
МНЧ-2	3,0; 4,0; 5,0; 6,0	Сплав меднони-келевый	Сварка, наплавка и заварка дефектов литья в деталях из серого, высокопроч-ного и ковкого чугуна	Высокая тех-нологичность при обработке резанием, кор-розионная стойкость в жидкостных агрессивных средах и горя-чих газах
ОЗЖН-1	2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Сплав железони-келевый	Сварка, наплавка и заварка дефектов литья в деталях из серого и высоко-прочного чугуна	Близость по цвету к основ-ному металлу
ОЗЖН-2	3,0	Сплав железони-келевый
ОЗЧ-3	2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Сплав на никелевой основе	Сварка и заварка дефектов литья в деталях из серого и высокопрочного чугуна	Высокая тех-нологичность при обработке резанием
ОЗЧ-4	2,5; 3,0; 4,0; 5,0	Сплав на никелевой основе	Сварка и наплавка деталей из серого и высокопрочного чугуна	Стойкость в условиях тре-ния металла о металл, к воз-действию уда-рных нагрузок

Порядок выполнения работы

1. Изучить по инструкции типы и марки электродов для наплавки и их назначение.

2. Выбрать марку электрода для износостойкой наплавки конкретной детали (согласно индивидуального задания).

3. Составить отчёт.

Лабораторная работа №4

РЕГУЛИРОВАНИЕ ДОЛИ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА

В МЕТАЛЛЕ НАПЛАВКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ТОЛЩИНЫ НАПЛАВЛЕННОГО СЛОЯ

Цель работы:

Изучить зависимость толщины наплавленного слоя и содержания легирующих элементов в i-том наплавленном слое от режимов наплавки