СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Существующие методы упрочнения алюминиевых поршней

В настоящее время используются различные способы упрочнения деталей из алюминиевых сплавов. Применение этих способов связано с известными трудностями, характерными для наплавки алюминиевых сплавов.

Наиболее распространенной технологией упрочнения деталей из алюминиевых сплавов является аргонодуговая наплавка. Легирующие элементы могут быть введены в расплавленный металл в виде присадочной проволоки или порошка. Для упрочнения применяются проволоки сплошного сечения, порошковые, композиционные.

В числе первых был разработан способ восстановления алюминиевых поршней посредством механизированной аргонодуговой наплавки плавящимся электродом по винтовой линии [125]. В качестве присадочной проволоки применялась проволока Св-АК5 и Св-АМгб диаметром 1,8 и 2,0 мм. Применяемая в данном случае стандартная сварочная проволока не дает возможности достаточно легировать металл наплавки, что приводит к получению металла шва с недостаточно высокой твердостью. И, кроме того, в процессе наплавки из-за удлиненного цикла наплавки (17 проходов) происходит значительное разупрочнение основного металла, связанное с повышенным тепловложением.

Известен способ упрочнения с применением стальной проволоки марки Св-08Г2С [135-138]. В процессе переплава происходит взаимодействие присадочного материала с матричным алюминиевым сплавом. Применение для упрочнения стальной проволоки марки Св-08Г2С не позволяет получить равномерную структуру. При кристаллизации образуются крупные макровключения интерметаллидов размером до 3 мм, которые невозможно измельчить даже многократным переплавом.

В металле, наплавленном на сплав АЛ 25 с использованием проволоки Св-08Г2С в качестве присадки, остаются ее нерастворившиеся частицы, которые выкрашиваются при механической обработке [138].

Широко известна технология плазменного упрочнения деталей из алюминиевых сплавов. Имеется достаточный выбор наплавочных материалов, позволяющих получить наплавленный металл требуемой твердости и износостойкости. Разработан способ упрочнения тракторных поршней путем плазменно-дуговой наплавки постоянным током обратной полярности по схеме использования прямой дуги с применением алюминиевой присадочной проволоки. Процесс наплавки длится 15-17 мин, высота усиления наплавленного шва 10-12 мм [139].

Достаточно известна технология плазменной наплавки износостойкого металла с одновременным применением алюминиевой сварочной проволоки и порошков

износостойких материалов [140-144]. В этом случае формируется оболочка, материал которой представляет собой алюминиевую матрицу с распределенными в ней частицами хрома. Основным недостатком разработанного технологического процесса является получение наплавленного композиционного сплава с довольно большой неравномерностью распределения вводимых порошков и высокой их дисперсностью. Несмотря на то, что процесс плазменного упрочнения позволяет широко регулировать состав наплавленного металла, в реальных условиях это не достигается из-за использования стандартных сварочных проволок с ограниченным количеством легирующих компонентов и модифицирующих добавок.

Делалась попытка упрочнения алюминиевых деталей, используя электроннолучевую наплавку [143]. Используя концентрированный источник энергии, можно добиться достаточно большой глубины проплавления. Несмотря на то, что в качестве легирующих добавок при электроннолучевой наплавке можно применять различные порошки износостойких материалов, проволоки, фольгу и ряд других материалов, применение этого способа затруднено из-за низкой производительности и сложности оборудования.

В последнее время большое внимание уделяется исследованиям в области нанесения износостойких покрытий газотермическим напылением.

Использование для этой цели самофлюсующихся материалов невозможно вследствие высокого нагрева алюминиевых деталей при оплавлении покрытий, а широкое применение алюмоникелевых композиций, полученных химическим осаждением никеля на порошок алюминия, затруднено высокой стоимостью и дефицитностью. Кроме того, термическое напыление износостойких материалов на канавки поршней из алюминиевых сплавов не обеспечивает достаточной адгезионной прочности при работе пары поршневое кольцо-канавка в условиях ударно­циклического изнашивания при температурах до 573 К.

В последнее время получил развитие метод импульсно-дуговой наплавки плавящимся электродом в среде защитных газов, имеющий ряд преимуществ по сравнению с известными способами наплавки алюминиевых сплавов [145].

Внедрение высокопроизводительных плазменно­дуговых процессов наплавки алюминиевых поршней сдерживалось из-за отсутствия электродного материала, который бы обеспечивал в наплавленном металле требуемое содержание легирующих элементов (Si, Fe, Си, V, Ni и др.) и соответствующие характеристики механических свойств. Попытки использовать высоколегированную электродную проволоку сплошного сечения сдерживались из-за нетехнологичности ее волочения по причине хрупкости таких сплавов.

В свете сказанного значительные перспективы имеет использование в качестве плавящегося электрода порошковых проволок и лент, которые позволяют в широких пределах изменять химический состав и создавать композиционный наплавленный металл с высокими эксплуатационными характеристиками [21]. Применение алюминиевой оболочки и порошкового сердечника позволяет получать наплавленные алюминиевые сплавы практически неограниченного химического состава с равномерным распределением легирующих элементов по объему наплавки [147-149]. Использование импульсно­дугового процесса позволяет управлять процессом переноса электродного металла и обеспечивать высокую стабильность процесса наплавки.

Таким образом, проведенный сравнительный анализ известных способов упрочнения и восстановления алюминиевых деталей позволил выявить их основные характеристики и недостатки, что отражено в таблице 10.3.