СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Разработка состава порошковой проволоки для наплавки антифрикционных алюминиевых сплавов

При разработке состава присадки за основу взята композиция сплава АМКО. При этом в качестве оболочки проволоки выбрана лента из алюминия марки А5 толщиной 0,25-0,4 мм, а легирующие элементы медь, олово и кремний составляют порошковый наполнитель (шихту). Количества порошков меди, олова и кремния в шихте соответствуют соотношению среднего содержания этих элементов в сплаве, а именно: 66,5 % мае. Си, 25,8 % мае. Sn и 7,7 % мае. Si. Количество шихты в проволоке равно сумме средних концентраций составляющих элементов в сплаве АМКО, то есть 11,65 % мае.

Важным вопросом является приготовление шихты. Порошки меди, олова и кремния дороги и дефицитны. Грануляция готовых порошков может отличаться от требуемой. Поэтому введение легирующих элементов в виде отдельных порошков нецелесообразно. С нашей точки зрения, интерес представляет введение этих элементов в шихту в виде порошка лигатуры, выплавляемой отдельно.

Известно, что медь с оловом образуют хрупкие химические и электронные соединения [6]. Отношение содержания в шихте меди к олову составляет 2,57, что соответствует 28 % мае. олова и 72 % мае. меди. Из диаграммы состояния “медь-олово" [6] видно, что в таком соотношении элементы образуют є фазу, электронное соединение Cu31Sng, обладающее высокой хрупкостью.

Предварительные опыты по выплавке лигатуры “медь-олово-кремний” состава, соответствующего составу шихты порошковой проволоки, в графитовых тиглях индукционной печи показали, что эта операция особых трудностей не представляет. Полученный сплав достаточно хрупкий и легко подвергается дроблению. Дробление производилось в шаровой мельнице с непрерывным отсевом через сито с ячейками 400 мкм. Полученный порошок лигатуры использовался в качестве шихты при изготовлении порошковой проволоки, при этом количество его соответствовало расчетному для смеси порошков, то есть 11,7 % мае.

Изготовленная порошковая проволока использовалась при импульсно-дуговой наплавке в аргоне на поверхность слитка из сплава AM КО 8-1-3. При этом наблюдалось плохое смачивание шихты жидким металлом. При определении темпе-ратуры плавления шихты выяснилось, что она равна 912 °С, что, по - видимому, явилось основной причиной наблюдаемых явлений.

Для проверки данного предположения была выплавлена лигатура с температурой плавления 820 °С, полученной путем увеличения содержания олова до 32 % мае. за счет снижения концентрации кремния до 2 % мае., как наиболее тугоплавкого компонента. Содержание элементов в лигатуре по результатам химического анализа составило: меди - 66,5 % мае., олова - 31,5 % мае., кремния -2% мае. Выплавленная лигатура удовлетворительно дробится.

С полученной лигатурой изготовлена порошковая проволока и произведена наплавка с применением ее в качестве присадки. Отклонения процесса, имевшие место в первом случае, не наблюдались.

В таблице 12.2 приведены результаты химического анализа наплавленного и основного металлов в сравнении с расчетным содержанием элементов в присадке и допустимыми значениями в литом сплаве АМКО.

Анализ приведенных данных показывает, что полученная порошковая проволока обеспечивает в пределах допусков лишь содержание олова в наплавке, концентрация меди и кремния значительно ниже допустимых величин. При этом переход элементов из присадки в наплавленный металл составляет в % мае: для меда - 68, для олова - 78 и для кремния - 85.

Для введения оптимального содержания легирующих элементов - меди, олова и кремния - в наплавленный металл изготавливалась серия порошковых проволок с различным коэффициентом заполнения шихтой. Полученные результаты химического анализа наплавленного металла, определения его твердости, коэффициента трения и износа со смазкой позволяют сделать следующие выводы.

С увеличением Кз порошковой проволоки содержание легирующих элементов в наплавленном металле увеличивается, возрастает также твердость наплавки, а коэффициент трения и износ со смазкой уменьшаются. Наиболее существенное улучшение эксплуатационных характеристик наплавленного металла происходит при увеличении коэффициента заполнения до 02- Дальнейшее увеличение Кэ приводит к стабилизации свойств наплавленного металла, и стремиться к их улучшению за счет дополнительного легирования нецелесообразно. Поэтому оптимальным принимается Кз = 02-

Исследования структуры и свойств наплавки, полученной порошковой присадкой разработанного состава [178], показали, что наплавленному металлу присуши недостатки, характерные для зон переплавленного дугой литейного сплава, а именно: направленность структуры перпендикулярно зоне сплавления и более низкие, в сравнении с литейным сплавом, эксплуатационные характеристики. Дополнительно наблюдается пористость в виде пор сферической формы и разветвленных несплошностей.

Следует отметить, что наплавленный металл имеет коэффициент трения, близкий к значению для основного, что можно объяснить повышенным содержанием олова в наплавке. Однако более низкая твердость, направленность структуры, несплошность армирующей сетки интерметаллидов в совокупности со значительной пористостью резко снижают работоспособность наплавленного слоя.

Как ранее отмечалось, получить равноосную структуру при наплавке можно путем введения модификатора.