Электромагниты; 6 – бункер; 7 – штанга; 8 – образцы; 9 – камера

Рисунок 2.7 – Схема установки ОБ-959 для исследования

ударно-абразивного изнашивания наплавленного металла[45]

Закрепленные в штангах 7 образцы 8истираются о вращающееся ко-льцо 1, которое установлено в камере 9с нагревательными элементами 2. На поверхность трения из бункеров 6подается абразив. Статическую нагрузку на образцы создают грузы 3. Для динамической (ударной) нагрузки используют грузы 4, которые удерживают на определенной высоте элект-ромагниты 5. При отключении электромагнитов грузы 4 падают на штангу с образцами. Частоту ударов задают специальным устройством, и эту частоту можно плавно изменять в пределах 1…40 ударов в минуту. Одновременно в установке можно испытывать два образца, один из которых – эталонный. Нагревательная камера и подогрев абразива позволяют производить испытания при температурах до 400 °С.

Наиболее типичным способом является также испытание на износ вращающихся образцов в абразивной среде. Установка (рис. 2.8) для испы-тания этим способом содержит камеру с абразивным материалом.

1 – корпус; 2 – уровень воды; 3 – слой абразивной среды;

4 – образец; 5 – опора; 6 – электродвигатель

Рисунок 2.8 – Схема установки для испытания на износ образцов

вращением их в абразивной среде[2]

Внутри камеры смонтирована вращающаяся крыльчатка с четырьмя опорами, в каждой из которых закрепляют испытуемый образец. При испытании образец перемещается внутри абразивной среды при вращении

крыльчатки с частотой 68 об/мин.

Образцы устанавливают в опорах крыльчатки с наклоном на 30^о, в камеру установки вместе с водой загружают абразивную среду в виде песка крупностью 0,417мм, предназначенного для формовочных смесей.

Данный способ испытаний выбран из расчета его применения для оценки износостойкости деталей трубопроводов для транспортирования грунта, шламовых насосов, бетономешалок и других машин, работающих в контакте с мокрым грунтом. Результаты испытаний показывают, что повы-шение твердости металла сопровождается увеличением его износостойкости, а при одинаковой твердости износ в некоторой степени зависит от стру-ктуры металла.

При одной и той же твердости металл со структурой бейнита имеет меньший износ, чем металл со структурой мартенсита, а аустенитная кор-розионностойкая сталь по износостойкости превосходит как мартенситную, так и бейнитную.

3 ОСОБЕННОСТИ ЛЕГИРОВАНИЯ ВЫБРАННОГО СПОСОБА НАПЛАВКИ

Для наплавки большого конуса засыпного аппарата доменной печи используем метод наплавки порошковой проволоки под флюсом.

Свойства наплавленного металла в основном определяются его химческим составом и термообработкой. Химический состав изменяется в необходимых пределах за счет введения различных леги­рующих элементов. Из них наиболее дешевыми и доступными являются углерод, марганец, хром, кремний, титан, бор и др. Они повышают твердость и износостойкость металла при истиpании.

Вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, никель и другие подобные легирующие элементы следует применять при наплавочных работах в ограниченных количествах и главным образом при наплавке некоторых инструментов и деталей, работающих в особых условиях.

При определении необходимого количества легирующих элементов надо иметь в виду, что они проходят через высокотемпературную зону дуги и частично испаряются. Температура испарения обычных легирующих элементов ниже температуры испарения железа. Например, для марганца она составляет 1900°С, для хрома 2200⁰С, для железа 3000⁰С. Следовательно, легирующие элементы испаряются легче и быстрее, чем железо. Они также и легче окисляются. Поэтому ванна расплавленного металла и дуга должны быть хорошо защищены от кислорода воздуха. При наплавке с легирующим присадочным металлом происходит менее интенсивное выгорание и испарение легирующих элементов, так как капли присадочного

металла не проходят через высокотемпературную зону дуги.

Специальные свойства наплавленного металла достигаются за счет легирования, то есть за счет введения в его состав соответствующих элементов в необходимом количестве. Наиболее распространенным является легирование наплавленного металла за счет введения в зону дуги металлов, сплавов и неметалловидных соединений в виде различных карбидов и интерметаллов. На рис.3.1 приведены наиболее распространенные методы легирования при электродуговой наплавке под слоем флюса.

При этом используются следующие материалы:1) углеродистая или легированная электродная проволока сплошного сечения, металлическая холоднокатанная, литая или спрессованная из порошков ленты и нелегирующие или слаболегирующие, относительно слабоокислительные плавленные и реже керамические флюсы (хотя иногда для наплавки углеродистых и низколегированных сталей используют высококремнистые, высоко-марганцовистые флюсы, приводящие к окислению ряда легирующих элементов при наплавке);

а б

в г

а - легированный пруток и нелегированный флюс;

б – порошковая проволока и нелегированный флюс;

в – нелегированный пруток и легированный флюс;

г – нелегированный пруток, флюс и легированная присадка

в виде порошка, прутка или пасты на поверхности изделия

(стрелками показано подача легирующих элементов в ванну)

Рисунок 3.1 – Основные методы легирования при наплавке под флюсом

2) порошковая проволока (порошковые ленты) при тех же флюсах, позволяющая вводить до 40 % легирующих металлических составляющих к общей массе проволоки. В ленты сложной формы(рис. 3.2) может быть введено до 70 % легирующих металлических составляющих. Флюсы такие же, как и в варианте 1;

Рисунок 3.2 – Поперечное сечение порошковых лент

сложной формы

3) легирующих флюсы, в основном керамические, содержащие легирующие металлические добавки, и флюсы - смеси. Из керамических флюсов максимально удается ввести в наплавленный металл до 30...35 % легирующих элементов. Металлические наплавочные материалы – низкоуглеродистые и низколегированные или такие же, как в варианте 1, реже – в варианте 2;

4) предварительная засыпка и дозированное нанесение или введение порошка, укладка на наплавляемую поверхность легированных и других прутков; флюс обычно не легирующий, как в варианте 1;

5) дополнительная проволока, вводимая в дугу и подключенная в сварочную цепь параллельно основному металлу. Масса такой расплавляемой дополнительной проволоки может доходить до 0,8 массы расплавляемой основной проволоки.

При всех вышеуказанных методах легирования изменение параметров процесса наплавки влияет на уровень легирования наплавленного металла. Характер и величина изменения уровня легирования зависит от электродного металла и флюса. Возможность получения необходимого состава определяется исходной концентрацией элементов и степенью усвоения этих элементов металлом на стадиях капли и ванны.

При дуговой наплавке плавящимся или неплавящимся электродом, в среде защитных инертных газов, плазменной, электрошлаковой наплавке химический состав наплавленного металла по всем основным легирующим элементам примерно соответствует химическому составу электродного материала. Дополнительного устойчивого легирования наплавленного металла в результате металлургических взаимодействий – наплавляемого металла с газовой фазой (например, азотом или кислородом, которые можно добавлять к инертному газу, как правило, аргону) обычно достичь не удается.

Весьма разнообразные составы наплавленного металла могут быть получены посредством порошковых проволок, изготовляемых из низкоуглеродистой ленты и сердечника, состоящего из смеси металлических порошков или смеси металлических порошков и газошлакообразующих

веществ.

Основной особенностью легирования металла при наплавке порошковой проволокой является внутреннее, относительно электродного металла, расположение легирующих компонентов в сердечнике проволоки. Взаимодействие металлических присадок с окислительными компонентами шихты протекает менее интенсивно, а шихта сердечника контактирует с металлом оболочки слабее, чем при наплавке покрытыми электродами.

Реализация процесса прямого легирования требует введения в ванну необходимого количества раскислителей и окислов легирующих элементов и может привести к снижению температуры капель и ванны, замедления и нарушения хода металлургических реакций и неравномерного распределения элементов в валике. При введении экзотермической смеси в состав сердечника порошковой проволоки появляется возможность равномерного расплавления оболочки и сердечника. Благодаря теплу экзотермической реакции, конвективному теплообмену с ванной, а также излучению осуществляется расплавление сердечника и предотвращается переход его твердых частиц в ванну.

При восстановлении данного вида деталей используем систему легирования C-Si-Mn-Cr-W-Mo-V-Ni, которая осуществляется порошковыми проволоками марки ВЕЛТЕК-Н550РМ (ПП-АН170) наплавленный металл которой дает высокую твердость, жаропрочность и износостойкость.

Абразивный износ при нормальной и высокой температуре

Способность абразивных частичек внедряться в рабочую поверхность и соскабливать микростружку зависит в большой мере от свойств этих частичек. Из структурных составляющих сталей и чугунов наивысшей твердостью обладают карбиды хрома, вольфрама, молибдена. Весьма высока твердость борида хрома. Если твердость карбидов выше твердости абразивных частиц, то последние не могут внедряться в металл на участках, занятых карбидами. Частицы корунда (технический наждак) обладают более высокой твердостью, чем карбиды металлов, ввиду чего изнаши­вают металл весьма интенсивно.

Чем больше твердых карбидов входит в структуру металла, тем

износостойкостью обладают спеченные металлокерамические изделия из

карбида вольфрама, причем имеется прямая связь между износостойкостью и содержанием кобальтовой связки.

Стойкость наплавленного металла против абразивного износа за -

висит от содержания углерода и карбидообразующего элемента(табл.2.4).

Данные таблицы показывают, что разница в стойкости сплавов тем больше, чем менее тверды и менее остры абразивные частички. Отчетливо видно, что повышение содержания углерода (при данном содержании хрома) и хрома (при данном содержании углерода) оказывает положительное влияние на сопротивление абразивному износу. С другой стороны, между твердостью по Роквеллу и износостойкостью прямой связи нет.

Таблица 2.4 – Результаты испытаний на абразивный износ