Виробничі методи наплавлення

Размещено на http://allbest.ru

Зміст

Вступ

1. Дугове і електрошлакове наплавлення валків

2. Плазмове наплавлення валків

3. Електромагнітне наплавлення валків

Висновок

Список використаної літератури та джерел

Вступ

Підвищення надійності та довговічності деталей машин і механізмів, що перебувають в рухомому сполученні, є одним з найбільш актуальних наукових напрямків розвитку сучасного машинобудування.

Більшість деталей, що працюють в умовах тертя, періодично піддаються впливу циклічного навантаження зусиллями. Спільний вплив сил тертя і змінних навантажень впливають на експлуатаційні характеристики деталей, а також впливають один на одного (зношування на втомну міцність і навпаки).

1. Дугове і електрошлакове наплавлення валків

Наплавлення прокатних валків з метою їх відновлення і підвищення стійкості нині застосовують практично на усіх металургійних підприємствах України і країн СНД. За допомогою сучасних способів механізованого наплавлення можна створити валок з досить в'язкою і міцною серцевиною, яка добре чинить опір механічним навантаженням, і зносостійкою поверхнею. Наплавлення дозволяє істотно збільшити довговічність валків, скоротити їх витрату, збільшити вихід придатного прокату внаслідок поліпшення точності плющення, понизити витрати по переділу і собівартість прокату.

Прокатні валяння виготовляють із сталі і чавуну. Найбільше поширення отримало дугове наплавлення сталевих валків гарячого плющення обтискових, листо-, сорто- і трубопрокатних станів з доевтектоїдних і евтектоїдних сталей 45, 50, 55. 50Х, 50ХН, 55Х, 55ХН, 60ХН, 9ХФ. Наплавлення валків з високовуглецевих заевтектоїдних сталей (120Х, 150ХНМ) ускладнена із-за небезпеки виникнення тріщин і сколов наплавленого шару, вона вимагає особливих режимів підігрівання валків перед наплавленням і охолодження після наплавлення, тому її застосовують в обмеженому об'ємі.

Ще більші труднощі виникають при наплавленні чавунних валків. Попри те, що в Україні на металургійних підприємствах широко застосовують чавунні валяння (їх кількість досягає 2/3 усього парку валків), найбільш поширеним способом продовження терміну їх служби є переточування зношених валків на менший діаметр. Після досягнення мінімального діаметру валяння здають в металобрухт. Дуговими способами чавунні валяння не відновлюють.

Ефективність застосування наплавлення прокатних валків багато в чому залежить від правильного вибору складу наплавленого металу. Для такого вибору потрібний ретельний аналіз умов роботи валків, характеру і інтенсивності їх зношування. Частенько на різних металургійних підприємствах валяння навіть однотипних прокатних станів зношуються по-різному, тому їх необхідно наплавляти різними дротами.

Нині в Україні для відновного наплавлення валків обтискових прокатних станів (блюмінгів, слябінгів) в основному застосовують суцільний дріт Нп-ЗОХГСА. При наплавленні цим дротом стійкість валків практично не підвищується, проте навіть без підвищення стійкості істотно скорочується витрата валків, що особливо важливо для великих валків обтискових.

Для зносостійкого наплавлення сталевих валків гарячого плющення різних станів найчастіше, хоча і не завжди обґрунтовано, застосовують порошковий дріт ПП-Нп-35В9ХЗСФ, що містить до 10орогого і дефіцитного вольфраму. Наплавлений нею метал має високу стійкість проти стирання при підвищених температурах, але його термічна витривалість відносно невисока, тому валяння, наплавлені цим дротом, часто виходять з ладу із-за утворення сітки тріщин розпалу і вифарбовування.

Добрі результати при відновленні сталевих валків гарячого плющення дає наплавлений метал типу економно-легованих хромомолібденових і хромовольфрамомолібденових сталей. По теплостійкості ці сталлю практично не поступаються хромовольфрамовим, а по опору термічної втоми істотно перевершують їх. Для підвищення теплостійкості і стійкості наплавленого металу проти стирання застосовують також легування ванадієм.

При наплавленні валків із складними калібрами виникають великі труднощі з механічною обробкою наплавленого шару із-за його відносно високої твердості. Для таких валків перспективне використання наплавлювальних матеріалів типу мартенситностаріючих або дисперсионнотвердіючих сталей. Після наплавлення такі сталі мають твердість 28-35 НRC, їх досить легко обробляти механічно. Після відпустки твердість зростає до 48-55 НRC, і наплавлений метал придбаває високі службові властивості. У таблиці. 1 приведені результати дослідження твердості, ударної в'язкості, термостійкості і опору зношуванню декількох типів наплавленого металу, які найширше застосовують для відновлення сталевих прокатних валків. Термостійкість визначали на установці для комплексної оцінки властивостей наплавленого металу по числу циклів нагрів-охолодження до появи сітки тріщин, помітної неозброєним оком. Опір зношуванню оцінювали по втраті маси ?М наплавленого зразка від зношування тертям металу по металу при температурі 600 0С за 1 г випробувань.

Найбільший опір термічної втоми має безвольфрамовий метал, наплавлений порошковими дротами ПП-АН147 і ПП-Нп-25Х5ФМС. Значення ударної в'язкості наплавленого металу при підвищених температурах (див. таблицю. 1) побічно підтверджують висновок про високий опір термічної втоми металу, наплавленого порошковими дротами ПП-Нп-25Х5ФМС, ПП-АН147 і ПП-АН193. Найкращі поєднання показників термічної стійкості і опору зношуванню має метал, наплавлений порошковим дротом ПП-АН147.

Таблиця 1. Властивості наплавленого металу різних систем

За результатами лабораторних досліджень і дослідно-промислових перевірок, виконаних останніми роками, були уточнені склади наплавленого металу і відповідно склади шихти порошкових дротів для наплавлення валків гарячого плющення. Результати досліджень і практичний досвід дозволяють рекомендувати той або інший з розроблених порошкових дротів для наплавлення сталевих прокатних валків наступних станів : обтискових (блюмінг, слябінг) - ПП-Нп-25Х5ФМС; непреривнозаготовочних - ПП-АН147, ПП-Нп-35В9ХЗСФ; великосортних і рельсобалочных - ПП-Нп-25Х5ФМС: середньо- і дрібносортних ПП-Нп-25Х5ФМС, ПП-АН147, ПП-АН193; дротяних -ПП-Нп-35В9ХЗСФ, ПП-АН132; листопрокатних - ПП-АН132, ПП-Нп-25Х5ФМС; трубопрокатних - ПП-АН147, ПП-Нп-35В9ХЗСФ. Проте слід підкреслити, що остаточний вибір марки дроту для наплавлення конкретних валків необхідно робити на основі натурних випробувань.

Для дугового наплавлення сталевих валків прокатних станів свого годині булі розроблені вальценаплавочні верстати серії КЖ (мал. 1, 2).

Як вже згадувалося вище, дуговими способами валяння з високовуглецевої сталі або чавуну не наплавляють. У ИЭС ім. Е. О. Патона розроблена технологія електрошлакового наплавлення дробом сталевих (з високим вмістом вуглецю) і чавунних валків гарячого і холодного плющення з отриманням робочого шару з вибіленого чавуну, легованою або швидкорізальною сталей. Для реалізації процесу ЭШН дробом був розроблений секційний токоподводящий кристалізатор (ТПК) і дозатор дробу.

Конструкція ТПК забезпечує обертання шлакової ванни в горизонтальній площині, що сприяє отриманню рівномірного проплавлення по периметру валка і рівномірному розподілу дробу по периметру шлакової ванни.

Промислову перевірку пройшло наплавлення чавунних валків гарячого плющення хромонікелевим, хромистим і високо хромистим.

Рис. 1. Наплавка валка блюминга на вальценаплавочному верстаті КЖ-9705

Рис. 2. Наплавка валка сортопрокатного стану на вальценаплавочному верстаті КЖ-9711

2. Плазмове наплавлення валків

Одним з способів підвищення їх надійності та довговічності є плазмове наплавлення робочого шару теплостійкими сталями високої твердості. Звичайно, технологічний процес виготовлення наплавлених валків складається з наступних основних етапів: механічна обробка заготовки під наплавлення; плазмове наплавлення; термічна обробка наплавленого валка; остаточна механічна обробка (шліфування); контроль якості.

Аналіз працездатності наплавлених робочих валків стана холодної прокатки показав, що основними причинами зняття їх з експлуатації є: природне зношування поверхні валка і руйнування робочої поверхні (відшарування та відколи поверхневого шару валка).

На природне зношування поверхні робочих валків в основному впливають мікроструктура, твердість, міцність і в'язкість матеріалу валків, сприйнятливість матеріалу до наклепу, умови тертя, хімічний склад тертьових поверхонь, форма профілю бочок валків. Багато які з перерахованих факторів (мікроструктура, твердість, міцність, в'язкість, сприйнятливість до наклепу) безпосередньо залежать від технології виготовлення і матеріалу робочого шару валків. Проведені дослідження покриттів, отриманих плазмовим наплавленням, свідчать про високу здатність опору природному зношуванню. Всі перераховані вище фактори, що впливають на зносостійкість плазмових покриттів, задовольняють вимоги висунуті до зносостійкості робочих поверхонь валків.

Причиною відшарування (відділення поверхневого шару валка) є утворення зародків втомного руйнування в глибині валка. Зародки втомного руйнування розташовуються в ослабленій зоні сплавки основного металу з наплавленим, в якій різко міняються властивості металу. Крім того, при роботі валка в нормальних умовах сталого процесу прокатки відбувається наклеп ослабленої зони і накопичення в ній втомних змін.

Існує думка, що пластичне деформування (наклеп) є одним з шляхів підвищення міцності матеріалів. При поверхневій деформації забезпечується одержання специфічної дислокаційної структури, що характеризується підвищеною щільністю та упорядкуванні розташування дислокацій. Однак, підвищувати щільність дислокацій в металі можна лише до певної величини, тому що при досягненні критичної щільності в локальних об'ємах металу виникають субмікроскопічні і мікроскопічні тріщини, які згодом розвиваються у втомні тріщини і приводять до руйнування виробу.

Деякі дослідники вважають, що однієї з причин виходу валків з ладу через відшарування, відколи та викришування є несприятливий розподіл залишкових напружень в поверхневому шарі. Виникнення залишкових напружень обумовлено як температурними факторами, так і структурними перетвореннями, внаслідок високого градієнта температур по перетину валка при наплавленні.

3. Електромагнітне наплавлення валків

Сутність методу ЕМН полягає в розплавлюванні зерен феромагнітного порошку імпульсами електричних розрядів і полярному переносі крапель розплаву на відновлювану або зміцнювану поверхню в постійному магнітному полі.

Метод одержання покриттів ЕМН має ряд особливостей і переваг:

- для реаліза ії ц способу використовується малогабаритне і просте в обслуговуванні устаткування, процес одержання покриттів легко механізується та автоматизується;

- поверхня деталі не вимагає спеціальної підготовки перед зміцненням;

- створений поверхневий шар має високу міцність зчеплення з основним матеріалом;

- не потрібно виготовлення складних і дорогих електродів;

- змінюючи хімічний склад феропорошку, можна створити поверхневий шар із заданими фізико-механічними властивостями;

- спосіб має високу продуктивність (200 см2 - /хв);

- процес виготовлення порошків припускає попередню виплавку наплавляємого матеріалу в електропечі, що сприяє збереженню постійного хімічного складу;

- частки порошку мають округлу форму, що найбільш сприятлива для подачі порошку в зону нанесення покриття.

Істотним недоліком методу ЕМН є застосування в якості наплавляємих порошків магнітних матеріалів.

Для проведення випробувань фізико-механічних характеристик виробів відновлюваних ЕМН використали зразки виготовлені з конструкційної сталі 45, широко застосовуваної в машинобудуванні. В якості зміцнюючого матеріалу був обраний порошок швидкорізальної сталі Р6М5, що знайшла найбільше поширення в промисловості і є основою серед швидкорізальних сталей нормальної теплостійкості.

Для проведення порівняльних випробувань було виготовлено дві партії зразків:

I - партія - зразки зміцнені при кімнатній температурі;

II партія - зразки зміцнені при підігріві основного матеріалу. Як еталон використовували сталь 45.

Для дослідження структури і властивостей покриттів виготовлялися шліфи. Травлення шліфів виконувалося розчином 4%-ої азотної кислоти в спирті. Металографічний аналіз проводили на оптичному мікроскопі МІМ-8 і на растровому електронному мікроскопі "CamScan-4DV". Механічні властивості покриттів визначали шляхом вимірювання мікротвердості на приладі ПМТ-3 при навантаженні 0,98Н. Рентгено - структурний аналіз проводили на установці "ДРОН- 2.0" у нефільтрованому залізному випромінюванні.

Для наплавлення використали порошок з розміром зерен 200...320 мкм. У вихідному стані структура порошку швидкорізальної сталі Р6М5 складалася з мартенситу, залишкового аустеніту і карбідів. Кількість залишкового аустеніту становила 60...65%, мартенситу - 35...40%. В більш дрібних гранулах порошку виявлений незначний вміст д-фериту. Карбіди виділялися способом електролітичного розчинення основи сплаву. При дослідженні карбідного осаду виявлено карбіди типу МС, М2С і М6С.

Випробування на зносостійкість проводили залежно від швидкості ковзання і питомого навантаження без мастильного матеріалу. Такі умови роботи тертьових сполучених поверхонь є найбільш важкими. В цих умовах найбільш повно проявляються всі переваги та недоліки досліджуваних покриттів, вони дають можливість виявити причини високої або низької працездатності.

Підвищення зносостійкості можна пояснити комплексом фізико-хімічних процесів, що протікають при терті, що спричиняє структурні зміни в поверхневих шарах покриття, і супроводжується утворенням вторинних структур. Фазовий і хімічний склад контактного шару та вторинних структур взаємозалежні і залежать від складу і властивостей вихідних структурних складового матеріалу покриття. На підставі досліджень можна сказати, що вторинні структури представляють собою, головним чином - оксиди елементів, що входять до складу покриття, а основним процесом, що визначає їх утворення є взаємодія поверхонь тертя з киснем повітря, внаслідок термічної та механічної активації.

Слід зазначити, що зносостійкість покриттів нанесених на підігрітий зразок вище. Підігрів забезпечує одержання покриття більш однорідним за структурою і рівномірним по твердості, утворення в структурі більш дрібнодисперсних карбідів, більш рівномірний їх розподіл по всьому об'ємі покриття. Крім того, частково ліквідуються поверхневі дефекти (мікротріщини, пори).

Випробування на втомну міцність показали, що нанесення покриття погіршує опір зразків втомному руйнуванню. Межа втомної міцності для незміцненої сталі 45 склала 280 МПа, а нанесення зміцненого шару при кімнатній температурі знизило її до 230 МПа. Нанесення покриття на підігріту підкладку не тільки збільшує границю витривалості зміцненої сталі 45, але і підвищує її вище границі витривалості вихідних зразків до величини 365 МПа.

Аналіз структури покриття, отриманого ЕМН при кімнатній температурі показав її неоднорідність, наявність дефектів. Карбіди в покритті розподіляються нерівномірно і в основному розташовуються в між дендритних проміжках у вигляді пластинчастої евтектики. Така будова покриття сприяє зародженню і розвитку втомних мікротріщин. Дослідження зламів показало, що руйнування починається в підповерхневому шарі і поширюється вглиб зразка.

Поліпшення втомних характеристик спостерігається в зразках з покриттям нанесеним на підігрітий зразок. Підігрів зразка перед нанесенням покриття змінює умови формування структури всього зміцненого шару і контакту покриття з основним матеріалом. Структура покриття стає більш однорідною, зникає стовпчастоорієнтована будову матеріалу покриття. Спостерігається значне збільшення товщини зміцненого шару, в основному за рахунок розширення зони термічного впливу і поліпшення умов дифузії легуючих елементів з покриття в термозміцнену зону, і навпаки, що вносить зміни в хімічний склад матеріалу зразка. Зникає шар крихкого мартенситу під покриттям, в якому відбувався інтенсивний безперешкодний ріст тріщини в основний матеріал зразка. Замість прошарку мартенситу з'являється двофазна зона з перекристалізованим феритом і легованим аустенітом, в якій відбувається гасіння тріщин, що виникають у внутрішніх об'ємах покриття і на границі між покриттям і основним матеріалом. Особливістю структури зміцненого шару при наплавленні на підігрітий зразок є відсутність чіткої границі між наплавленим шаром і зразком.

Умови наплавлення впливають на розподіл залишкових напружень в покритті. В поверхневому шарі, після ЕМН виникають залишкові напруження, що розтягують, максимум яких зміщений в глиб металу. Це пояснюється тим, що при ЕМН спочатку охолоджується зовнішній шар, слідом за яким починають послідовно охолоджуватися більш глибокі шари, скорочення яких викликає зсув максимуму напружень, що розтягують, вглиб деталі і часткове зняття напружень, що розтягують, на поверхні. При наплавленні на підігрітий зразок змінюється не тільки величина, але і знак залишкових напружень. В поверхневому шарі виникають стискаючі залишкові напруження за рахунок збільшення питомого об'єму металу, що сприяє збільшенню зносостійкості та втомної міцності.

Висновки

Встановлено, що застосування ЕМН, для зміцнення деталей машин, підвищує їх стійкість до зношування в 2...2,7 рази. Застосування підігріву зразка перед наплавленням сприяє підвищенню зносостійкості та втомної міцності за рахунок поліпшення структури поверхневого і підповерхневого шарів. ЕМН може бути рекомендовано для зміцнення робочих валків станів холодної прокатки з метою збільшення надійності і довговічності.

наплавлення дуговий плазмовий електромагнітний

Список використаної літератури та джерел

1. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся електродом. М., «Машиностроение», 1974;

2. Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2-х т. Т. 1 Защитные газы и сварочные флюсы/ Б.П. Конищев, С.А. Курланов, Н.Н. Потапов и др.; Под общ. Ред Н.Н. Потапова. - М.: Машиностроение, 1989;

3. Степанов Б.В. Высокопроизводительные методы наплавки. М. Машиностроение, 1977. 75 с.

Размещено на Allbest.ru