Многоэлектродная наплавка

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ НАПЛАВКИ

•жирование наплавленного металла

[ Необходимые свойства металла могуі быть полу» м#ніj путем его легирования. Для стали — это введение I ее состав, кроме постоянных примесей (углерода, марганца, кремния), легирующих — хрома, никеля, ш*гьфрама, ванадия, молибдена и др, или увеличение содержания углерода, кремния, марганца.

Прицесс наплавки часто ставит своей целью нанесе­ні» на поверхность изделия слоя, обладающего иными тонствами, чем материал изделия.

В случае наплавки высоколегированных износостой­ких сплавов, отличительной особенностью является минимальное участие основного металла изделия при формировании наплавленного слоя. Это предъявляет (и ибые требования к системе легирования.

Многочисленные варианты легирования металла применительно к многоэлектродной автоматической на­плавке под флюсом сводятся к пяти принципиально миличным способам, описанным в работах [31 и др.]: / легированная электродная проволока и обычный <|і нос необходимой марки; II — присадка легирующих

материалов через проволоку или вместе с проволокой и обычный флюс; сюда относятся наплавка порошко­вой, составной или свитой проволокой и др.; III—обыч­ная низколегированная проволока и легируюший флюс: механическая смесь ферросплавов, керамический флюс и т. п.; IV — обычнья проволока и легирующие при- месм, нанесенные на поверхность, подлежащую на­плавке; к этому способу должны быть отнесены: укладка на поверхность легированных присадочных прутков, насыпка порошка, стружки, намазывание паст и др. с полным их расплавлением низкоуглеродистой низколегированной проволокой; V — обычная проволока и легирующие примеси, вносимые в слой флюса, на­сыпаемого на поверхность, готовую к наплавке. К этому способу могут быть отнесены: насыпка порошка, уклад­ка в слой флюса присадочных прутков, брикетов из паст и т. п. с полным расплавлением не только их, но и расположенною под ними флюса.

На рис. II заштрихованы области режимов, в пре­делах которых химический состав наплавленного металла остается практически постоянным. Ни один из этих способов не может осуществляться в чистом виде, так как в любом случае имеет место взаимодействие металла с флюсом. Поэтому при легировании через про­волоку известную роль играет флюс и, наоборот, при

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ НАПЛАВКИ

200 400 600

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ НАПЛАВКИ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ НАПЛАВКИ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ НАПЛАВКИ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ НАПЛАВКИ

200400 600

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ НАПЛАВКИ

і

400 600 200 4001,А

НУ

ж

ж

Ш

ш

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ НАПЛАВКИ

2

Рис. 11. Схемы способов легирования:

/ — легированная проволока и обычный флюс; II — порошковая проволока, обычный флюс; III — низколегированная проволока, керамический флюс; IV — обычная проволока, обычный флюс* легирование за счет шихты, на­сыпанной на поверхность изделия; V — обычная проволока и флюс, леги­рование за счет шихты, вносимой в слой флюса

легировании через флюс часть присадочного материала вносит проволока.

При многоэлектродной наплавке практически могут быть использованы все пять способов. Их применение зависит от размеров и конфигурации детали, а также требований'!, предъявляемых к наплавленному металлу. Чем меньше процентное содержание примеси, тем выше должна быть точность легирования.

По мере уменьшения точности легирования способы располагаются в таком порядке: V—/—II—III—IV; по степени сложности легирования: I—V—IV—III—II; наконец, по стоимости сварочных материалов: V—IV—11—111—I.

Выбору необходимого способа легирования должен предшествовать тщательный анализ всех факторов, и только после этого может быть принято решение о целесообразности его применения. В одних случаях такой анализ проделать легко, а в других — довольно сложно. Например, при наплавке деталей, работающих в различных условиях абразивного изнашивания, когда общий объем наплавки велик, а чис^о деталей каждого наименования мало, предпочтение следует отдать IV и V способам. С их помощью из составов порошков., имеющихся на предприятии, можно весьма оперативно получить практически любую шихту, а в случае надоб­ности провести ее необходимую корректировку. Ни од­ним другим способом сделать этого нельзя.

В случае наплавки массовых деталей, где требуется высокое и постоянное качество наплавленного слоя, целесообразно использовать способ /, праьда, при этом наплавленный материал будет очень дорогим. Для уменьшении стоимости наплавленного материала эко­номически выгоднее применять способы IV и V, в каче­стве же исходных материалов к этим способам целесо­образно использовать порошки чистых металлов.

Способы IV и V всегда вызывают сомнение с точки зрения точности и качества легирования. Однако при многоэлектродной наплавке на плоские детали и цилин­дрические диаметром свыше 500 мм эти способы имеют определенные преимущества. Больше того, при боль­ших размерах шлаковой и металлической ванн только эти способы в состоянии обеспечить низкую стоимость, высокое качество металла и необходимую точность легирования.

В чем же эти преимущества? Так как легирующие элементы взаимодействуют со шлаком не на стадии капли, а на стадии ванны, это резко уменьшает поверх­ность реагирования и снижает их окисление. Легирую­щие элементы растворяются в наплавленном слое при относительно низкой температуре и имеют минимальный контакт при высокой температуре с газовой фазой, что также уменьшает их окисление. Наконец, растворяясь в ванне жидкого металла, они охлаждают ее, способст­вуя измельчению зерна.

Наряду с этим V способ имеет еще одно гсреимуще - ство, заключающееся в том, что во время наплавки на границе с холодным основным металлом находится относительно пегкоплавкая, слабо теплопроводная, спо­собная хорошо растворять оксиды прослойка флюса. Это позволяет обеспечить надежное сплавлемие при минимальных затратах энергии.

Данные преимущества объясняются спецификой введения легирующих примесей не сверху через шлак, а снизу непосредственно в ванну жидкого металла. Их растворение осуществляется волной жидкого ме­талла, движущейся спереди электродов. Перегретые капли плавящихся электродов повышают температуру ванны жидкого металла. Передняя часть этой ванны, постоянно соприкасаясь с легирующей крупкой, раство­ряет ее. При этом обеспечивается минимальное взаимо­действие наплавляемого металла со шлаком, газом.

С помощью способов IV и V можно получить на­плавленный металл необходимых состава и структуры на всю толщину первого слоя, а не третьего, как это имеет место при легировании по способам I—III. Для этого необходимо при расчете легирующей шихты учесть долю участия основного металла. Такая особенность наиболее ценна при наплавке твердых и хрупких спла­вов на плохо свариваемую основу, например, на мар­ганцовистую сталь.

Расчет состава легирующей шихты, необходимого для получения требуемого сплава при многоэлектродной наплавке по способам IV и V, проводят по известным формулам и методике, описанной в литературе [29^ 31 и др.], в следующем порядке.

Масса 1 м наплавленного металла, кг:

G = Slyc„.

где S — площадь поперечного сечения наплавки, м2; I — длина наплавки, м; усп — плотность сплава, кг/м3.

К сожалению, в литературе имеются весьма противо­речивые сведения о плотности высоколегированных, богатых углеродом сплавов на основе железа. Одна из причин этого — отсутствие формулы для аналитиче­ского расчета плотности подобных сплавов, которая позволяла бы получать результаты, согласующиеся с данными практических измерений, и тем самым конт­ролировать последние.

Расчет плотности таких сплавов, выполненный в ра­боте [25], основан на правиле сложения, которое не вы­полняется в сплавах, где компоненты образуют хими­ческие соединения, поэтому значения плотности указан­ных выше сплавов, определенные с ее помощью, имеют отклонение от действительных на 12—15%.

С целью уменьшения расхождения действительных и расчетных значений плотности предложена формула, которая учитывает особенности образования высоко­легированных с большим содержанием углерода спла­вов на основе железа, когда практически весь углерод реагирует с железом, образуя карбид, а легирующие элементы растворяются в нем, вытесняя атомы железа.

При составлении формулы сделано допущение, за­ключающееся в том, что легирующие элементы, раство­ряясь в карбиде железа, не изменяют растворимости углерода в нем. Основанием этому служат диаграммы состояния сложных систем Fe—Сг—С, Fe—Сг—Мп—С и др., где видно, что растворимость углерода в таких сплавах растет незначительно, и этим изменением мож - но пренебречь,

Вид предложенной формулы следующий:

Vcn = 5>ав/1°0 + (ТрЄіс Ь/6>67 + YpeO —*/6,67)) Й/100,

П

где уэ—плотность отдельных элементов, входящих в сплав, кроме железа и углерода, кг/м3; — содержа­ние каждого элемента в сплаве, %; плотность

карбида железа, кг/м3; yFe—плотность железа, кг/м3; 6,67;—содержание углерода в карбиде железа, %; Ь — содержание углерода в сплаве, %; а — суммарное содержание углерода и железа в сплаве, %.

В таком виде ясен физический смысл формулы,

однако она неудобна для расчетов. Проведя простейшие алгебраические преобразования и подставив значения постоянных величин уре=7,85‘10~3 кг/м2-, ?ре. с =

=7,67- 10~э кг/м3, получим следующее выражение, удоб­ное для расчетов:

Yen — 2 Ye0»/100 + (о/100) (7,85 + 0,027 b), кг/м3.

Л

Данная формула верна только для расчетов плотности сплавов на основе железа. Плотности таких сплавов, подсчитанные по данной формуле и определенные по общепринятой методике взвешиванием в воде и на воз­духе, показали хорошую сходимость. Погрешность не превышала 1,5—2%-

Массу легирующих компонентов (ферросплавов) на I м нап тгавки можно подсчитать по формуле

где аи — содержание рассчитываемого элемента в на­плавляемом сплаве, %; ак — содержание рассчитывае­мого элемента в компоненте, %; кэ—коэффициент усвоения рассчитываемого элемента. При многоэлек­тродной электрошлаковой наплавке под флюсом АН-348А и легировании по способам IV и V экспери­ментально полученные коэффициенты усвоения элемен­тов составляют для хрома 0,9—095; марганца 0,8—0,9; никеля 0,9—0,95; углерода из электродного боя 0,45— 0,85; железа из проволоки 0,95—0,97.

В рассчитываемых компонентах (ферросплавах) содержатся попутные примеси (железо, углерод, крем-

Таблица 3. Результаты расчета состава шихты,

Сплав

Плотность

сплава.,

кг/м3

Насыпная

плотность,

кг/мэ

Содержание компонентов

Феррохром

Ферромар­

ганец

У55Х12Г10С

У40Х25Г2НЗС

7,54-10-3 7,6-Ю-3

1.8-Ю—3 2,2-Ю-3

4Ь,5

86

37

Примечание. В обоих сплавах содержится 2 % Si, 0,04—0,08% S,

ний, сера, фосфор и др.). которые учитывают отдельно по формуле

0| = (/ffOjlOO.

Массу вводимого в шихту углерода в виде нефтя­ного кокса или электродного боя рассчитывают как разность масс — необходимой и попутно вносимой:

Я С ~

Для железа из основного металла принято G^e—12 % G. Массу железа из проволоки также рассчитывают как разность масс — необходимой и попутно вносимой. Высота щели прибора дозатора, м:

Лщ =

где D3 — доза шихты, суммарная масса найденных ком­понентов на I м наплавки, кг; В — ширина дозирова­ния, м; /= 1 м; уи — насыпная плотность шихты, кг/м3.

Насыпную плотность — массу единицы объема сво­бодно насыпанного порошка определяют волюметром (как в порошковой металлургии).

Скорость наплавки vw определяют по формуле

где vs — скорость подачи электродных проволок, м/ч; лэ—принятое число электродных приволок, шт.; <7э—масса 1 м проволоки, кг; — необходимое

количество железа из проволоки, кг.

Рассчитанные по данной методике составы шихты приведены в табл. 3. Для расчета принят феррохром в порошке и ферромарганец по ГОСТ 4755—80.

скорости наплавки н состав наплавленного металла

8 ШИХТЄ, %

Скорость, м/ч

Состав наплавленного металла» %

Электрод - ный бой

Никель

подачи

электродов

наплавки

С

Мп

Сг

Ni

16,5

6,2

7,8

34,4

29,6

2.3

2.3

5,5

4

І0

2

12

25

3

0,04—0,08 % Р, остальное—Fe.

Наплавку осуществляли горизонтальным электро - шлаковым способом семью проволоками Св-08 диамет­ром 3 мм.

Многоэлектродная наплавка

Перспективные области применения многоэлектродной наплавки

Рассмотрим некоторые технологические решения, опробованные на производстве, но пока не нашедшие серьезного применения, хотя они представляют боль­шой практический интерес. Для наплавки ударных элементов (бмл) углераз­мольных мельниц создана установка производитель­ностью 60 …

Получение биметалла

Многоэлектродная наплавка по производительности может успешно конкурировать с такими способами, как наплавка лентой, электрошлаковая наплавка электро­дом большого сечения и заливка жидким металлом. Причем по сравнению с последней многоэлектродный процесс обеспечивает …

Наплавка деталей горного оборудования

На горных предприятиях расходуется большое коли­чество зубьев ковшей экскаваторов. Зубья изготовляют из дорогой и дефицитной марганцевой стали 110Г13Л, отличающейся высокой ударной вязкостью и износо­стойкостью в наклепанном состоянии. Однако условия работы …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.