СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Влияние легирующих элементов на свойства наплавленного металла

Несмотря на большую номенклатуру двигателей внутреннего сгорания, используемых в автомобильном и тракторном парке страны, чаще всего их поршни изготавливаются из сплавов типа АЛ 25, АЛ 26 или АЛ 30, химический состав и свойства которых приведены в таблице 10.1 и 10.2.

Для получения наплавленного металла с характеристиками, не уступающими поршневым сплавам, были проведены эксперименты по выявлению влияния различных легирующих элементов на химсостав и свойства в условиях реальной наплавки. Это было связано с необходимостью уточнения степени перехода элементов из шихты в наплавленный металл, влияния изменения того или иного легирующего элемента на изменения механических свойств наплавленного металла. С этой целью были изготовлены порошковые электроды с различным содержанием основных легирующих элементов: Si, Мп, Си, Ali. За базовый был принят следующий состав легирующих в шихте: Si - 75%, Мп - 9 %, Си -14%, М -14%. Было изготовлено четыре серии порошковых электродов с коэффициентом заполнения /С," 0,30. Составы электродов приведены в таблице 11.1.

Наплавку производили в среде аргона на постоянном токе обратной полярности в канавки поршней из АЛ 25 на режиме: / -= 250 A; Ud = 18 В; скорость наплавки Г ■= 30 м/ч. Из наплавленных поршней вырезались темплеты для изготовления плоских образцов, на которых производились замеры твердости по Бринелю при Т = 293 К (20 °С) и Г - 523 К (250 °С). Химический состав наплавленного металла и количественное содержание легирующих элементов определялись методом

спектрального анализа.

Результаты измерения твердости и содержания элементов приведены в таблице 11.2.

Таблица 11.1 - Содержание легирующих элементов в шихте порошковых электродов

Содержание элементов, % вес.

серии

элек­

трода

Si

Мп

Си

Ni

1

70,2

9

14

14

I

2

73,2

9

14

14

3

77,.5

9

14

14

4

74,2

9

14

14

5

75

3,45

14

14

II

6

75

6,58

14

14

7

75

11,25

14

14

8

75

15

14

14

9

75

9

7,5

14

III

10

75

9

10,9

14

11

75

9

14,0

14

12

75

9

24,5

14

13

75

9

14

4,65

IV

14

75

9

14

13,2

15

75

9

14

15,4

16

75

9

14

23,2

Зависимость содержания легирующих элементов в наплавленном металле от содержания этих элементов в шихте представлена на рис. 11.1. С увеличением содержания каждого из компонентов в шихте соответственно увеличивается и их содержание в металле наплавки. Причем переход каждого из компонентов в металл наплавки осуществляется по определенному закону! На основании полученных зависимостей определены коэффициенты перехода элементов из шихты в металл наплавки. Коэффициент перехода Кп - тангенс угла

наклона касательной в любой точке кривой. Поэтому, чем более крутой характер принимает кривая, тем более увеличивается коэффициент перехода элемента в наплавленный металл.

Полученные значения коэффициентов перехода использовались для корректировки расчета шихты и оптимизации состава электрода.

Таблица 11.2 - Содержание легирующих элементов в шихте, наплавленном металле и свойства наплавки

X

о| S

н

X

и

Содержание элемента, % вес.

Твердость на­плавленного металла, НВ, кг/мм2

Относительная износост. Lm, n %

^ O'

^ (U

и

2

и

п

О

В

шихте

В

напл.

ме­

талле

При

Т=293

К

При

Т=523

К

При

Т=293

К

При

Т=523

К

70,2

9,5

97

47

18

7

1

Si

73,2

10

100

54

25

18

77,5

10,9

108

56

57

32

79,2

13,3

115

60

68

46

3,45

0,41

102

55

13

4,5

II

Мп

6,58

0,51

106

57

14

12

11,25

0,64

92

51

16

10

15

0,75

93

54

18

14

7,5

0,94

95

52

18

21

III

Си

10,9

1,15

107

54

37

40

14,0

1,27

108

56

46

48

24,5

1,66

116

66

54

60

4,65

0,98

106

57

15

17

IV

Л7

13,2

2,5

101

63

18

24

15,4

3,00

100

65

20

48

23,2

5,20

98

68

37

57

Примечание. Базовый состав порошкового электрода: Si 75%, Мп - 9 %, Си 14%, М 14%.

0 5 10 '5 20 М.*.

О

Рис. 11.1. Зависимость содержания легирующих элементов в наплавленном металле от содержания их в шихте порошкового электрода: а - Si; б - М; в - Си; г - Мп

Содержание элементов в шихте

На основании полученных зависимостей появилась возможность прогнозирования состава металла наплавки при изменении содержания ингредиентов шихты.

В качестве оценочных характеристик свойств наплавленного металла была принята величина его “холодной” и “горячей” твердости и относительная износостойкость при повторно-статическом трении (см. рис. 7.9,г) по разработанной нами методике.

Полученные зависимости влияния легирующих элементов шихты нд твердость металла наплавки приведены на рис.11.2. Наблюдается значительное увеличение твердости при нормальной и повышенной температуре с увеличением кремния и меди (рис.11.2,а, в).

Иначе изменяется твердость наплавленного металла при увеличении содержания никеля и марганца. Для последнего характерно некоторое увеличение твердости при увеличении Мп до 0,5% и незначительное снижение ее при дальнейшем увеличении содержания Мп.

По-разному изменяется “холодная” и “горячая” твердость при увеличении в наплавке никеля (см. рис. 11.2,6).

Важно, что “горячая” твердость возрастает с увеличением содержания никеля. Это объясняется тем, что никельсодержащая фаза способствует упрочнению границ твердого раствора.

Для определения износостойкости наплавленного металла были изготовлены плоские образцы размером 2x10x25 мм и испытаны на установке для ударно­абразивных испытаний (см. рис. 7.7 и рис. 7.9,г) при следующем режиме: амплитуда относительного

перемещения (размах цикла) 0,5мм; сила прижатия контртела к образцу - 250 Н (нормальное удельное давление в контакте - 12,5 МПа); абразивная прослойка в зоне трения масло с добавкой 5% кварцевой пыли; частота подачи капель масла в зону трения - 1 капля в минуту; общее время испытаний 100 часов.

Результаты испытаний сведены в таблицу 11.2 и

а

2

і

г—

J

а

нв.

■Г/м'

0.4 0.S 0,6 0,7 0.6 Мп.% г

і

с/

л

Ш»

нв.

■г/■■'

1С0

В5

та

55

40

о, а і 1А! 1> 1,в ад в

Рис. 11.2. Влияние легирующих элементов на твердость наплавленного металла: 1- при температуре 293 К, 2 - при температуре 523 К (а - 5Ї; б-Ni; в-Си; г - Мп)

графически представлены на рис. 11.3.

Опытные данные показывают, что с увеличением легирующих элементов в наплавленном металле происходит рост износостойкости, причем наиболее

О 1C 11 12 13 Э.%

а

О 1.5 3 4.5 3 М.%

б

в г

Рис. 11.3. Влияние легирующих элементов на относительную износостойкость: 1 - при температуре 293 К, 2 - при температуре 523 К (а - Si; 6-Ni; в -Си; г - Мп)

интенсивно повышают износостойкость при нормальной температуре кремний и медь, а при повышенной - медь и никель.

Известно, что с целью повышения механических характеристик алюминиевых сплавов в них вводят модификаторы, изменяющие микроструктуру эвтектической фазы Al-Si.

Из всех модифицирующих элементов для алюминиевых сплавов наиболее активными являются стронций, цирконий, фосфор. В предварительных опытах в базовый состав порошкового электрода вводился цирконий в виде фторцирконата калия (K2ZrF6) в количестве от 1,5 до 8%.

Спектральный анализ показал, что в наплавленном металле содержится циркония от 0,12 до 0,17%.

На основании полученных данных построен график зависимости содержания Zr в наплавленном металле от содержания фторцирконата калия в шихте порошкового электрода (рис. 11.4), а на рисунке 11.5 приведены зависимости "холодной” и "горячей” твердости и относительной износостойкости. Как видно из рисунка, введение циркония в наплавку значительно повышает твердость и износостойкость, что объясняется измельчением структуры и более равномерным распределением твердых включений по объему наплавленного металла.

Таким образом, выполненный комплекс исследований позволяет сделать обобщающие выводы о влиянии различных легирующих элементов и модификаторов на механические свойства наплавленного металла.

Наиболее эффективное влияние на повышение твердости и износостойкости наплавленного металла оказывают кремний, медь и никель. Установлено также, что модифицирование металла наплавки является необходимым условием получения более работоспособных сплавов при нормальных и повышенных температурах.

Рис. 1 і.4. Зависимость содержания Zr в наплавленном металле от содержания K£rF( в шихте

Рис. 11.5. Влияние ZrHa механические свойства наплавленного металла: 1,2 - НВ; 3,4 - (1,3 - Т« 293 К; 2,4 - Г - 523 К)

СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Гигиеническая характеристика процесса наплавки обойм шестеренных насосов

Процесс наплавки антифрикционных алюминиевых сплавов порошковым электродом в среде аргона сопровождается загрязнением окружающей среды сварочным аэрозолем. Для определения количества и состава вредных выделений производились исследования в Мариупольском спсцремпредприятии и в …

Характеристика воздушной среды при наплавке алюминиевых поршней порошковым электродом

При наплавке алюминиевых сплавов порошковой проволокой марок ПЛ-М А-5..7 образующиеся газы, их состав и количество, оказывают существенное влияние на физико­металлургические процессы наплавки, стабильность дугового разряда, плавление основного металла и электрода, …

Внедрение технологического процесса восстановления обойм шестеренных гидронасосов

Исходя из технических требований на капитальный ремонт шестеренных гидронасосов типа НШ-К, восстановлению подлежит 100 % ремонтного фонда обойм. Номенклатура восстанавливаемых обойм приведена в табл.12.10. Ремонтные размеры обойм гидронасосов НШ50, НШ67, …

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.