Дослідження впливу температури відпустки на твердість наплавленого шару металу

Размещено на http://www.allbest.ru/

“Основи наукових досліджень”

Реферат

Дана курсова робота складається з 48 с, 18 рис, 6 таблиць, 20 джерел.

Мета роботи розглянути наплавочні порошкові дроти, що використовуются для підвищення зносостійкості, навести їх приклади,а також рогзлянути технологічні процеси наплавлення порошковим дротом. В роботі розглянуті питання структури наплавленого металу, технологічних процесів наплавлення і створена математична модель впливу легуючих компонентів на стійкість наплавленого шару металу. Зроблені висновки за всіма частинами роботи.

Зміст

Вступ

1. Загальні відомості

1.1 Переваги технології наплавлення

1.2 Недоліки технології наплавлення

2. Матеріали для на плавки

2.1 Матеріали і структура наплавлених слоїв

3. Технологічні процеси при наплавлення порошковими дротами

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Наплавлення це процес відновлення та зміцнення деталей і інструменту. Він допомагає економити кошти за рахунок відновлення, ремонту і навіть покращення характеристик деталей. Взагалі зварювання і наплавлення - операції, споріднені між собою як відносно процесів, що відбуваються в зоні зварювання, так і по застосовуваній технології та обладнанню. Тому, коли дається опис процесів наплавлення, в більшості випадків воно в рівній мірі відноситься і до процесів зварювання. Однак зварювання і наплавлення відрізняються кінцевою метою: у першому випадку зварювальний процес звичайно призначається для отримання нероз'ємного з'єднання двох або кількох деталей, тоді як в другому випадку зварювальний процес використовується для нанесення на виріб шару металу певної товщини. Крім того, вони відрізняються також тими вимогами, які пред'являються до властивостей наплавленого металу, і деякими специфічними особливостями форми присаджувальних матеріалів, захисту зварювальної зони і т. д.

Для наплавлення зносостійких сплавів застосовуються різні способи, що відрізняються джерелами теплоти, характером захисту зони зварювання, формою припадочного матеріалу і механізацією операції.

1. Загальні відомості

Загальні відомості. При тривалій експлуатації машин зношування деталей супроводжується зниженням експлуатаційних показників, що зокрема викликає погіршення якості виготовлених виробів. Зношування робочих поверхонь деталей нерідко вимагає їх повної заміни. Це підвищує собівартість виробництва через великі амортизаційні відрахування.

У ряді випадків виготовлення деталей цілком із зносостійкої легованої сталі нераціонально у зв'язку з труднощами обробки і високою вартістю сталі. Тому для вирішення задач підвищення експлуатаційних показників і збільшення терміну служби деталей машин використовують різні способи поверхневого зміцнення, зокрема наплавлення, що знайшло широке застосування у виробництві різноманітних виробів - від великогабаритних, таких як судини високого тиску атомних реакторів, установки для десульфурації мазуту (для підвищення корозійної стійкості), валки прокатних станів в металургії (для зміцнення), до дрібних деталей типу вихлопних гнізд і клапанів двигунів внутрішнього згоряння (з метою підвищення жароміцності і зносостійкості).

У промисловості застосовують різноманітні способи зварювання: ручне (газову, дугову покритими електродами), напівавтоматичне (дугову в середовищі захисного газу або без захисного середовища) і автоматичну (дугову під флюсом). Для наплавлення вибирають економічно доцільний спосіб зварювання, при якому на поверхню основного металу наносять рівномірний шар сплаву, який має високу зносостійкість, корозійної стійкістю або жароміцність.

Поява технології наплавлення відноситься до 1896 р., коли Спенсер отримав патент на винахід. Проте промислове застосування почалося трохи пізніше. Зокрема, в 1922 р. брати Студі вперше здійснили у США наплавлення коронок нафтового бура способом газового зварювання з використанням припадочного матеріалу у вигляді сталевої трубки, заповненої хромовим сплавом. Приблизно в цей же час була здійснене наплавлення клапанів двигунів внутрішнього згоряння за допомогою винайденого Хейнзом сплаву - стелліта (кобальтохромовольфрамового сплаву). Перший час для наплавлення використовували газове зварювання, але згодом у міру розвитку технології зварювання стали використовувати й інші способи.

Початок автоматичного наплавлення відноситься до 1939 р., коли радянські фахівці Михайлов і Ларіонов здійснили наплавлення за допомогою покритих електродів прямокутного перерізу. У Японії дослідження в галузі технології наплавлення-були розпочаті в 1955 р. В даний час її широко використовують для нанесення корозійно-стійкого покриття на судини високого тиску атомних реакторів, для зміцнення валків прокатних станів та інших великогабаритних виробів.

Наплавлення відіграла велику роль у справі збільшення продуктивності праці, підвищення якості продукції та економії сировини при виробництві промислового обладнання, його експлуатації та ремонті. Надалі належить освоєння нових розробок па створенню зварювальних матеріалів, що володіють більш високими технологічними і експлуатаційними характеристиками, а також більш продуктивного обладнання.

У порівнянні з іншими способами поверхневої обробки металу технологія наплавлення має ряд переваг і недоліків.

1.1 Переваги технології наплавлення

· Можливість нанесення металевого покриття великої товщини. Це дозволяє виготовляти судини високого тиску зі звичайної сталі з подальшим наплавленням корозійно стійкої сталі на внутрішню поверхню, що є більш економічним порівняно з застосовуваною раніше технологією виготовлення посудин з плакірованної сталі одержуваної прокаткою. Наплавлення приносить також великий ефект при відновленні деталей з великою величиною зносу.

· Висока продуктивність. При наплавленні валків прокатних станів або посудин високого тиску за допомогою стрічкових електродів продуктивність процесу досягає 15-25 кг / ч.

· Відносна простота конструкції і транспортабельність устаткування, пристосованого для виконання робіт поза приміщеннями. Наприклад, наплавлення покритими електродами або напівавтоматична дозволяє ремонтувати зношені деталі землерийних та інших будівельних машин в польових умовах.

· Відсутність обмежень за розмірами наплавляємих поверхонь виробів. Наплавлення можна застосовувати для таких великогабаритних об'єктів, як судини високого тиску атомних реакторів і конуси засипних апаратів доменних печей, тоді як інші способи поверхневої обробки (гаряче або електролітичне металопокриття, цементація і т. д.) мають істотні обмеження за розмірами оброблюваних виробів. Наприклад, товстостінні судини високого тиску можна виготовляти з технологічного сталевого листа з наступною зносостійкою наплавкою внутрішньої поверхні, що значно простіше, ніж виготовлення таких судин з плакірованного сталевого листа, що не володіє достатньою технологічністю.

· Простота виконання, що не вимагає високої кваліфікації зварника. Досить висока кваліфікація зварника необхідна тільки при ручному наплавленні покритими електродами, тоді як при механізованому наплавленні (наприклад, при наплавленні під флюсом) процес значно спрощується. Зварювальник, добре опанувавший зварювання, наприклад, при будівництві будинків і мостів, виробництві хімічного устаткування й інших галузях, може достатньо кваліфіковано виконувати наплавлення.

· Можливість нанесення зносостійкого покриття на основний метал будь-якого складу. При зміцненні гартом, Азотуванні та іншими аналогічними способами високий ефект поверхневого зміцнення досягається лише для металу певного складу, тоді як при наплавленні склад і властивості основного металу не мають великого значення. У випадках, коли основний метал має низьку зварюваність, попередньо наносять підслой низьковуглецевої сталі, а потім наплавляють шар твердого металу. Відсутність обмежень за складом сталі для наплавляємих виробів дозволяє знизити собівартість виробництва і спростити технологію виготовлення виробів.

1.2 Недоліки технології наплавлення

· Погіршення властивостей наплавленого шару через перехід в нього елементів основного металу. При ручній наплавці покритими електродами або автоматичному наплавленні під флюсом деталей з низьковуглецевої або низьколегованої сталі металом внаслідок інтенсивного розведення першого шару наплавленого металу основним металом і значного збільшення вмісту в складі наплавленого шару заліза корозійна стійкість його помітно знижується.

· Деформація виробу, що викликається високою погонною енергією наплавлення. Неправильний вибір режиму наплавлення може призвести до надмірної деформації виробу після наплавлення і браку. Для збереження точності форми і розмірів наплавляємих виробів доводиться вживати особливих заходів: наплавлення виробів вести в затиснутому стані, що виключає його деформацію; створювати попередню деформацію виробів з таким розрахунком, щоб деформація, яка викликається наплавленням, спрямована в протилежний бік, забезпечувала повернення до вихідної правильній формі виробу; здійснювати подальшу механічну обробку до остаточних розмірів.

· Деяка нерівномірність властивостей наплавлених виробів, обумовлена тим, що наплавлений шар, на відміну від плакірованний, має характерні властивості і особливий склад, притаманні металу зварних швів. У зв'язку з цим виключається можливість використання при наплавленні некваліфікованого зварника, тому що він не зможе забезпечити отримання виробів стабільної якості. У цьому випадку обов'язково навчання зварників. Слід враховувати також, що й досвідчений зварник може робити помилки із-за недостатньої теоретичної підготовки.

· Зокрема, слід знати, що при наплавленні аустенітної корозійно-стійкої сталі для запобігання утворення гарячих тріщин необхідно застосування такої сталі, в структурі якої міститься кілька відсотків фериту, що не дозволяє отримати в наплавленому шарі повністю аустенітну структуру, яка буває звичайно в плакірованному шарі.

· Більш обмежений, ніж, наприклад при напиленні, вибір поєднань основного і наплавленого металу. Наплавлення допускає різноманітні поєднання основного і наплавних матеріалів, проте на відміну від напилення є певні обмеження. Наприклад, при виготовленні сталевих судин з титановим покриттям використовують напилення або плакірованіе прокаткою або вибухом. Титан має задовільну зварюваність, однак при наплавленні сталі титаном на границі основного металу і наплавленого шару утворюється тендітний прошарок інтерметалевих з'єднань, що практично виключає можливість застосування методів наплавлення титаном.

· Труднощі наплавлення дрібних виробів складної форми. Наплавлення супроводжується оплавленням поверхневого шару основного металу і протікає в умовах безперервного переміщення зварювальної ванни, що складається з суміші основного і наплавленого металів. При наплавленні дрібних виробів умови для нормального формування такої ванни погіршуються. При складній формі виробів також утруднене її плавне переміщення, що виключає утворення рівного якісного наплавленого шару.

Викладені вище переваги та недоліки процесу наплавлення слід враховувати при виборі оптимального способу її здійснення, необхідного зварювального обладнання та матеріалів.

2. Матеріали для на плавки

У процесах наплавлення в залежності від призначення використовують наступні наплавочні матеріали.

Покриті електроди-для дугового наплавлення використовують у вигляді стрижнів з нанесеним на них покриттям, продукти згоряння і розкладу якого забезпечують захист дуги і ванни рідкого металу від навколишнього повітря. Електродний стрижень виготовляють зазвичай з дроту діаметром 3,2-8 мм Якщо неможливо виготовити дріт, наплавляємий матеріал (наприклад, карбід вольфраму) використовують у вигляді порошку, яким заповнюють сталеві трубки.

Завдяки низькому вмісту водню в наплавленому металі, одержуємого при наплавленні електродами з покриттям основного типу, значно знижується небезпека виникнення тріщин при наплавленні деталей з високовуглецевої і легованої сталі, а також великогабаритних сталевих виливків без попереднього підігріву. Однак це покриття поступається двом іншим видам покриття по технологічності при наплавленні. Наплавлення електродамп з високорутіловим покриттям, що містить до 35% діоксиду титану, відрізняється високою технологічністю, яка характеризується, зокрема, стабільністю горіння дуги, відсутністю розбризкування, хорошим відділенням шлакової корки від поверхні валика при невеликому проплавлення основного металу, утворенням рівного валика наплавленого металу, а отже , простотою подальшої механічної обробки. Разом з тим метал, наплавлений електродами з цим покриттям, відрізняється підвищеним вмістом водню, тому при наплавленні великогабаритних виливків або основного металу, що піддається гарту з охолодженням на повітрі, існує небезпека виникнення тріщин. Електроди з карбонатно-рутпловим покриттям за технологічними характеристиками займають проміжне положення: відрізняються порівняно гарною технологічністю при наплавленні, забезпечуючи стійкість наплавленого металу до виникнення тріщин.

Дріт суцільного перерізу для автоматичного і напівавтоматичного наплавлення під флюсом і в середовищі захисного газу-використовують зазвичай діаметром 0,8-6,4 мм. З метою отримання необхідних властивостей і якості наплавленого шару металу до складу дроту при виплавці сталі зазвичай вводять марганець, кремній, алюміній, титан і інші розкислювачі, а також нікель, хром, молібден і ванадій в якості легуючих елементів.

При наплавленні в середовищі захисного газу використовують дріт, склад і властивості якого забезпечують відсутність розбризкування і високу технологічність, тоді як при виборі дроту для наплавлення під флюсом такі міркування технологічності враховують менше.

Стрічкові електроди-наплавлення стрічковими електродами здійснюють зазвичай способом дугового зварювання під флюсом. Для наплавлення антикорозійних покриттів застосовують стрічки з легованих сталей і сплавів, а для зносостійкого наплавлення шарів твердого сплаву, через неможливість виготовлення з такого сплаву холоднокатаної стрічки, в основному використовують порошкову стрічку, що представляє собою оболонку з низьковуглецевої сталі з серцевиною, заповненої шихтою з легуючих і шлакоутворюючих компонентів.

У СРСР розроблена порошкове стрічка (рис. 1), вона широко застосовується для наплавлення під флюсом, в середовищі вуглекислого газу і відкритою дугою.

Рисунок. 1-Порошкова стрічка: [1]

1-Нижня гофрована сталева стрічка; 2-верхня сталева стрічка;

3-шихта

Флюси-застосовуються для автоматичного наплавлення, подібно до електродних покриттів сприяють стабілізації дуги, забезпечують захист її від навколишнього повітря, протікання хімічних реакцій та виконання ряду металургійних функцій у процесі наплавлення.

При наплавленні використовують флюси трьох видів; керамічні, плавлені та змішані. Плавлені флюси отримують шляхом плавлення мінеральної сировини при температурі вище 1300°С з наступним охолодженням, подрібненням, просіюванням і класифікацією по крупності. Плавлені флюси, до складу яких входять оксиди і фториди, відрізняються однорідністю і стабільністю структури, низькою влагопоглинаючою здатністю. Наплавлення високовуглецевої і високолегованої сталі з використанням плавлених флюсів відрізняється високою технологічністю, це проявляється, зокрема, в хорошому відділенні шлаку при наплавленні.

Керамічні флюси отримують шляхом змішування мінеральної сировини з металевим порошком і сполучною речовиною з наступним гранулюванням до заданої крупності. Керамічні флюси, дещо переважають плавлені по тугоплавкості, успішно використовуються для наплавлення з великою погонною енергією, а можливість додавання легуючих елементів до цих флюсів створює передумову їх широкого застосування для наплавлення і зварювання корозійно-стійких і спеціальних сталей. Змішані флюси (флюсові суміші) одержують шляхом змішування плавлених і керамічних флюсів і порошкової сировини різного складу в необхідній пропорції.

Порошкові дроти-отримують шляхом заповнення флюсами і металевими порошками тонкостінної металевої оболонки з наступною обробкою для надання форми дроту.

При автоматичному дуговому наплавленні під флюсом використовують дріт, серцевина якої заповнена порошковим сплавом, а при автоматичному і напівавтоматичного наплавленні в середовищі вуглекислого газу і відкритою дугою застосовують дріт, серцевина якої містить розкислювачі, шлакоформуючі компоненти, стабілізатори дуги та порошкові сплави.

Порошкові дроти для підвищення зносостійкості

Відновно-зміцнююче наплавлення постійно реалізується ремонтними службами металургійних підприємств. У номенклатурі споживаних наплавочних матеріалів спостерігається ріст застосування порошкових дротів різного призначення.

У ряді випадків досить успішно застосовуються самозахисні порошкові дроти які мають ряд переваг: візуальний контроль за процесом наплавлення, відсутність додаткового захисту у вигляді флюсу або газу, більш технологічна реалізація процесу наплавлення проволоками малого діаметру, що в ряді випадків розширює технологічні можливості відновлювальної наплавлення внутрішніх і зовнішніх поверхонь циліндричних деталей малого діаметру.

Самозахисні порошкові дроти легко адаптуються до застосовується на підприємствах обладнання, що не вимагає додаткових фінансових вкладень на придбання спеціалізованого обладнання. У зв'язку з обмеженістю оборотних фондів перед ремонтними службами ставиться завдання підтримки працездатності устаткування при мінімальних витратах. Цим вимогам повною мірою відповідає застосування дугового наплавлення самозахисними порошковими проволоками натомість наплавлення покритими електродами. У ряді випадків ці рішення не є оптимальними у загальноприйнятому сенсі, але для конкретного підприємства з урахуванням стану її виробництва та обігових коштів вони цілком прийнятні на даному етапі його діяльності.

2.1 Матеріали і структура наплавлених слоїв

При наплавці різними способами і матеріалами отримуються різні структури наплавлених шарів, що, в свою чергу, впливає на властивості отриманих покриттів, нижче розглянуті структури, що отримуються при зміцнюючий наплавці.

Перлітно сорбітні матеріали.

Склад перлітно-сорбітних матеріалів-сталей, що включають невеликі добавки вуглецю, хрому, молібдену, ванадію та інших легуючих елементів, підбирають з таким розрахунком, щоб після наплавлення і охолодження на повітрі структура наплавленого металу при нормальній температурі складалася переважно з перліту або сорбіту.

Рисунок. 2-Сорбітна мікроструктура металу

Перлітна структура з порівняно високим вмістом доевтектоїдного фериту. Твердість наплавленого металу складає HV 200-300, що значно нижче твердості мартенсита, тому наплавлений шар не володіє достатньою зносостійкістю при терті ковзанням і коченні. У зв'язку з цим таке наплавлення рекомендують використовувати для відновлення початкових розмірів зношених деталей, нанесення підшару, на який потім наплавляють шар більш твердого та зносостійкого металу, а також в інших випадках з метою простого нарощування. Наплавлений метал з перлітною структурою схильний до деякого додаткового зміцнення (підвищення твердості) при загартування, тому наплавлення перлітною матеріалами можна використовувати для підвищення зносостійкості деталей. У цьому випадку після наплавлення спочатку здійснюють механічну обробку різанням, а потім виконують загартування газовим полум'ям або ТВЧ.

Рисунок.3-Зміна твердості металу, наплавленого низьколегованих матеріалами, залежно від швидкості охолодження від температури 860°С: [1]

А-охолодження в печі; Б-охолодження на повітрі; В-загартування в маслі; Д-загартування в воді. Склад наплавленого металу, %]

На рис 2 показана мікроструктура металу, яка, відрізняється порівняно малим вмістом легуючих елементів, що забезпечує утворення структури сорбіту з невеликою кількістю доевтектоїдного фериту. Твердість наплавленого шару в більшості випадків складає HV 300-400. Така структура використовується при наплавці деталей ходової частини тракторів і бульдозерів. Після наплавлення деталі піддають механічній обробці і подальшому загартуванню газовим полум'ям.

Мартенситні матеріали

Мартенситними називають зварювальні матеріали, що забезпечують утворення мартенситної структури в стані після наплавлення. Мартенсит як структура загартування є одним із самих твердих структурних утворень у сталі, має високу стійкість при абразивному (пісок, гравій) зношуванні і стиранні. Разом з тим мартенситний метал, будучи тендітним, схильний до утворення тріщин. Слід також враховувати, що наплавлений шар, отриманий за допомогою мартенситних наплавочних матеріалів, при роботі в умовах ударно-динамічних навантажень схильний до відриву від основного металу.

Оскільки до мартенситних зараховані зварювальні матеріали, що мають, самий різноманітний склад, нижче розглянуто чотири групи матеріалів: низьколеговані мартенситні, боромісткі які містять мартенсит, аустенітно-мартенситні і хромисті, що містять 13% Сг.

1. Низьколеговані мартенситні-матеріали відрізняються порівняно малим вмістом легуючих елементів, необхідний рівень їх властивостей досягається в основному шляхом введення вуглецю та хрому. Наплавлений метал з відносно низькою твердістю містить у своїй структурі мартенсит, бейніт і сорбіт.

Рисунок.4-мартенситна мікроструктура металу [1]

Твердість наплавленого металу знижується при підвищенні температури його розігріву у процесі наплавлення і зниженні швидкості охолодження після наплавлення. Низьколеговані мартенситні матеріали зазвичай не схильні до вторинного твердіння та істотно знижують свою твердість при відпустці. Аналогічний ефект виявляється при багатошаровому наплавленні.

Внаслідок утворення мартенситних структур твердість наплавленого металу поблизу поверхні може досягати високих значень, проте у міру наближення до основного металу вона знижується через відпустку, що викликається термічним впливом процесу багатошарового наплавлення. Зниження твердості виявляється з особливою виразністю при дуговому наплавленні під флюсом і інших способах, що відрізняються великою погонною енергією. Якщо наплавочний матеріал, крім хрому, містить молібден, ванадій, вольфрам і інші карбідоутворюючу елементи, то внаслідок утворення подвійних карбідів відбувається вторинне твердіння наплавленого металу. Наплавлений метал, отриманий за допомогою матеріалу, що містить 3% Сг, 2-4% Мо і 1,5% V, досліджено на предмет вивчення твердості після відпустки. Результати показали, що при температурі ~ 500 ° С відбувається вторинне твердіння металу. Явище вторинного твердіння використовують у технологічних процесах виготовлення інструментів для гарячого деформування металу і прокатних валків.

Рисунок 5-Вплив температури відпустки на твердість металу [1]

Наплавлений метал з відносно низькою твердістю відрізняється малою чутливістю до утворення тріщин, але з мірою підвищення частки мартенсіта в структурі збільшується крихкість металу і знижується його тріщино-стійкість, тому при наплавленні середньо і високовуглецевих сталей необхідно вживати заходів для запобігання утворення тріщин, включаючи нанесення підшару з металу з більш високою в'язкістю, підвищення температури розігріву металу наплавлення шляхом попереднього підігріву та ін

Розглянуті зварювальні матеріали, що володіють відносно низькою твердістю і підвищеною в'язкістю, можуть бути призначені для деталей, що працюють в умовах тертя поверхонь під високим навантаженням і динамічного зношування (тертя з ударно-динамічним навантаженням). Збільшення частки мартенсіта в структурі наплавленого металу супроводжується підвищенням його стійкості до абразивного зношування.

2. Боровмісні мартенситні-матеріали при наплавленні забезпечують отримання покриттів високої твердості (HV 700 - 900). Структура цього металу містить високовуглецевий мартенсит, тверді карбіди і бориди по межах кристалічного зерна. Такий наплавлений метал має високу стійкість до абразивного зношування і задиранням в умовах низьких навантажень, проте через крихкості і високу чутливість до утворення тріщин він не може працювати в умовах динамічних навантажень Для усунення цього недоліку необхідні особливі заходи: наплавлення підшару металом високої в'язкості, підвищення температури підігріву та застосування багатошарової наплавлення (не менше трьох шарів).

Рисунок 6 - Вплив температури відпустки на твердість металу

На ділянках дії динамічного навантаження наплавлення боровмісним мартенситним матеріалом слід виключати через небезпеку відриву наплавленого металу від основного.



Рисунок 7 - Мікроструктура метала наплавленого борвмісними матеріалами [1]

При високому вмісті карбідів і боридів відбувається деяке само зміцнення наплавленого металу, твердість якого мало залежить від швидкості охолодження при наплавленні. Відпустка викликає незначне зниження його твердості. порошковий дріт зносостійкість наплавлення

3. Аустенітно-мартенситні - матеріали із високим вмістом залишкового аустеніту забезпечують наплавлений метал з низькою твердістю і високою в'язкістю навіть при високому вмісті легуючих елементів. Така структура поступається мартенситу по стійкості до абразивного зношування й ерозії, але перевершує його за противоздирною стійкістю.

Рисунок 8 - Мікроструктура Аустенітно-мартенситного металу [1]

На рисунку 9 показана зміна твердості металу по товщині тришарового покриття. Перший шар твердого наплавлення під впливом складу підшару відрізняється малим вмістом залишкового аустеніту і високою твердістю. Твердість наступних (верхніх) шарів поступається твердості першого шару через підвищення вмісту в них остаточного аустеніту у зв'язку зі зменшенням ступеня розведення їх металом підшару.

Рисунок 9 - Вплив температури відпустки нз твердість металу [1]

Це явище використовують для зміцнення металу одношарового наплавлення, тобто для створення твердого шару наплавленого металу з мартенситною структурою. У даному випадку для запобігання появі тріщин поблизу кордону з основним металом застосовують наплавлення підшару з вузького (пластичного) металу, попередній підігрів деталі та інші заходи підвищення температури нагріву наплавленого металу між проходами. [2]

Наплавлений метал, отриманий з використанням аустенітно-мартенситних матеріалів, отримує вторинне твердіння відпустки при температурі 500-600°С. Цю особливість аустенітно-мартенситних наплавочних матеріалів використовують для зміцнення виробів, що працюють при високих температурах.

4. Хромисті сталі, що містить 13% Сr - після наплавлення має переважно мартенситну структуру, хоча при наплавленні електродами низьким вмістом вуглецю в структурі наплавленого металу додатково з'являється ферит, а при наплавленні високовуглецевими електродами - ледебуріт.



Рисунок 10 - Структура наплавлена сталлю, що містить 14% Cr [1]

При високому вмісті вуглецю наплавлений метал має високу зносостійкість, тому високовуглецеві електроди широко використовують для зносостійкого наплавлення виробів з інструментальної сталі, до якої висувають вимогу високого опору зношування та деформації при високій температурі.

Рисунок 11 - Вплив температури відпуску на твердість [1]

Низьковуглецеві електроди забезпечують отримання при наплавленні жароміцного і корозійного стійкого металу, що передбачає їх використання для наплавлення лопат турбін, крильчаток змішувачів, ножів для гарячої різання та інших виробів, до яких пред'являються вимоги по зносостійкості в поєднанні з корозійної стійкістю або зносостійкості при високих температурах.

Високомарганцовисті аустенітні матеріали - Високомарганцовисті аустенітні матеріали. До цієї групи відносяться такі наплавочні матеріали:

1. Високомарганцовисті аустенітні матеріали, до яких належить так звана сталь Гатфільда з вмістом 1,2% С і 13% Мn. Ці стали зазвичай наплавляють на деталі, що працюють в умовах інтенсивного ударно-динамічного навантаження, оскільки такий наплавлений шар надає деталі високу стійкість до динамічного зношування.

Рисунок - 12. Вплив температури підігріву на механічні властивості високомарганцовистой (13%) сталі, яка попередньо піддається спеціальній термообробці для підвищення в'язкості [1]

Сталь Гатфільда стандартного складу не має високих зварювальних властивостей, тому для наплавлення в більшості випадків використовують сталь з невисоким вмістом вуглецю, леговану нікелем, хромом, молібденом та іншими елементами. Метал володіє високою пластичністю.

Загартування сталі такого складу від температури вище 1000 °С охолодженням у воді забезпечує утворення повністю аустенітной структури металу з підвищенням його в'язкості та пластичності. Разом з тим витримка сталі з такою структурою при температурі вище 300-400 ° С супроводжується утворенням по межах зерна карбідів та вторинної фази типу перліту, що призводить до зниження пластичності металу. Оскільки тенденція до утворення вторинних фаз знижується при зменшенні вмісту вуглецю, для наплавлення часто використовують сталь не стандартного складу, а з пониженим вмістом вуглецю. Процес наплавлення супроводжується багаторазовим нагріванням наплавленого металу, що створює небезпеку його охрупчування, для обмеження якого слід підвищувати температуру розігріву.

При використанні даних зварювальних матеріалів для на плавки низьковуглецевої і низьколегованої стали слід мати на увазі, що вплив складу основного металу на наплавлений призводить до виникнення мартенсіта в зоні їх сплаву і підвищення твердості, а різниця коефіцієнтів лінійного розширення для основного і наплавленого металів створює небезпеку розтріскування і відриву наплавленого шару від підкладки при швидкому охолодженні після наплавлення. У таких випадках, щоб уникнути розтріскування в якості наплавочного матеріалу варто використовувати аустенітну корозійно стійку сталь.

2. Високомарганцовисті хромисті аустенітні матеріали, до яких належить стандартна аустенітні сталь, що містить 0,3% С, 16% Мn, 16% Сг і 1% Ni. Вперше цю сталь використовували як замінник хромонікельовой корозійно стійкої сталі, у складі якої з економічних міркувань нікель замінили марганцем. В даний час зазначена сталь набула широкого поширення.

При використанні високомарганцовистих хромисто аустенітних матеріалів мартенситна структура наплавленого металу утворюється навіть при наплавленні на низьковуглецеву і низьколеговану сталі. Наплавочні матеріали цієї групи з низьким вмістом вуглецю широко використовують при зварюванні рейок, а також для наплавлення підшару на деталі з високомарганцовистої сталі. У стані після наплавлення твердість металу складає HV 150-350, а здатність до збереження твердості при високій температурі припускає застосування наплавочних матеріалів даної групи для зносостійкого наплавлення деталей металургійного обладнання, зокрема ножиць для гарячої різання, що працюють при ударної навантаженні в умовах високої температури, а також робочих органів дробарок різного призначення.

Високохромисті сплави на основі заліза типовим наплавочним матеріалом цієї групи є AWS-E F Cr-Al, що містить 3-5% С і 26-32% Сг. Наплавлений метал такого складу має структуру, в якій матриці, що складається з аустеніту і дрібнодисперсного карбіду, розсіяні голчасті частинки карбіду хрому. Високу зносостійкість наплавленого металу додає карбід хрому, що має високу твердість.

Рисунок. 18 - Вплив температури відпустки на твердість металу, наплавленого високохромистим сплавом на основі заліза [1]

Твердість наплавленого металу, отриманого з використанням високохромистого сплаву, визначається карбідоутворенням; отже, твердість наплавленого зміцненого шару практично не залежить ні від температури розігріву металу при наплавленні, ні від швидкості його охолодження після наплавлення. З цією ж причиною пов'язане незначне зниження твердості наплавленого металу при відпуску.

Матеріали цієї групи використовують для зносостійкого наплавлення крильчаток і корпусів насосів та інших деталей землесосних снарядів, що піддаються інтенсивному абразивного зносу твердими частинками грунту. Разом з тим чутливість наплавленого металу до тріщин вимагає здійснення наплавлення при температурі попереднього підігріву деталей вище 300°С і проведення подальшої термообробки безпосередньо після наплавлення. Для запобігання розтріскування наплавленого металу використовують і інші заходи, наприклад багатошарове наплавлення і наплавлення підшару з низьковуглецевої або аустенітної корозійно стійкої сталі (електродами з покриттям основного типу). Оптимальним способом наплавлення високохромистого сплавів на основі заліза є електрошлакове зварювання, що відрізняється більшою погонною енергією і низькою швидкістю охолодження металу, що створює передумову для запобігання утворення тріщин в наплавленому шарі.

Високохромисті сплави на основі заліза з добавками ніобію, ванадію, вольфраму, молібдену та інших сильних карбідоутворюючих елементів забезпечують підвищення твердості металу при високій температурі у зв'язку з його схильністю до вторинного твердіння.

3. Технологічні процеси при наплавлення порошковими дротами

Сила зварювального струму і напруга на дузі - При наплавленні автоматичними головками з постійною швидкістю подачі електродного дроту сила струму, при якій можливе стійке горіння дуги, визначається для даного діаметра електродного дроту швидкістю її подачі. Крім того, сила струму дещо збільшується зі зменшенням вильоту електрода й збільшенням напруги на дузі.

Залежність зварювального струму від швидкості подачі електродного дроту для випадку наплавлення порошковим дротом марки ПП-ЗХ2В8 діаметром 3,5 мм при напрузі на дузі 26-30 В,і вильоті електроду 30-35 мм, визначена опитним шляхом визначається рівнянням:

Ізв=110+3,5Vпод

де: Ізв - сила зварювального току,А;

Vпод - Швидкість подачі електродного дроту,м/год;

При наплавці пресового інструменту для живлення дуги необхідно використовувати постійний ток зворотної полярності.

Вибір електродної проволоки -Швидкість наплавлення - встановивши допустимі значення зварного струму на дузі, можна визначити ефективну теплову потужність дуги:

Qеф=0,24*зu*Iзв*Uд;

Від величини погонної енергії як, відомо, залежить термічний цикл наплавлення, а він визначає структуру наплавленого і околошовної зони напруження в зварному з'єднанні і схильність наплавленого металу до тріщин. Найбільш прийнятні результати отримуються при величні погонної енергії від 1200 до 3000 кал/см. Швидкість наплавлення при незмінних інших параметрах режиму практично не змінює продуктивності процесу. При виборі швидкості наплавлення потрібно враховувати необхідність видалення шлакової корки. Швидке обертання не дає можливості проводити процес наплавлення безперервно через трудність видалення шлакової корки с гарячого металу.

Кількість слоїв і шаг наплавлення - кількість слоїв і шаг наплавки дають найбільш суттєвий вплив на хімічний склад наплавленого металу. Були проведені досліди з метою дослідження впливу кількості слоїв на хімічний склад наплавляємого металу. Були наплавлені один два і три слою металу проволокою ПП-3Х2В8 під флюсом АН 20 на планці із сталі 4ХНВ. Вже після другого слою встановлюється достатня стабільність хімічного складу наплавленого металу. Мікро дослідження також показали, що кількість слоїв наплавленого металу впливає на структуру металу. Із збільшенням кількості слоїв наплавленого металу згладжується дендритний характер наплавленого металу.

Шаг наплавки повинен прийматися рівним 0,5-0,3 ширини валика. В такому разі хімічний склад другого слою стає стабільним, крім того такий шаг наплавки забезпечує отримання рівної поверхні і збільшення корисної висоти наплавленого слою.

Техніка наплавки - при виробітці техніки автоматичної наплавки необхідно забезпечити отримання якісного наплавленого слою з мінімальними припусками на механічну обробку. Для наплавки бокових поверхонь циліндричних і конічних деталей практичне застосування знаходять чотири технологічних варіанта:

1. Наплавлення окремими валиками впродовж утворюючих деталі

2. Наплавка окремими кільцевими валиками при горизонтальному положенні осі виробу

3. Наплавка кільцевими валикам при вертикальному положенні деталі

4. Наплавка за гвинтовою лінією при горизонтальному положенні вісі виробу

Загальним недоліком, що притаманний першим трьом варіантам є переривчастість процесу наплавки, що призводить до малої продуктивності процесу. Третій спосіб, крім того, часто призводить до незадовільного формуванню і, як наслідок, до необхідності збільшення припуску на механічну обробку наплавленого слою. Цих недоліків немає у четвертого методу - наплавки по гвинтовій лінії.

Після наплавки пресовий інструмент підлягає термічній обробці. Негайно після наплавки виконується вирівнюючий нагрів деталі. Для малих деталей достатньо добре прогріваємих при наплавці, нагрів після наплавки не обов'язковий. Деталі невеликих розмірів після наплавки переносять в утеплені короби для уповільненого остигання. Великі деталі після наплавки рівномірно прогріваються в печі при температурі 400-450 °С і потім охолоджуються в коробах або разом із піччю до температури 60 °С. Для полегшення механічної обробки інструмент піддається відпуску при температурі 600 °С.

Вибір способу наплавлення - правильний вибір варіанту автоматичної наплавки має суттєве значення як з технічної, так і з економічної точки зору. Стосовно пресового інструменту слід розглянути наступні чотири методи автоматичного наплавлення:

· електродугова наплавлення під шаром флюсу;

· електродугова наплавлення в середовищі захисних газів;

· електрошлакове наплавлення;

· електродугове наплавлення відкритою дугою;

З технологічної точки зору-всі ці чотири методи можуть бути застосовані для наплавлення пресового інструменту, причому найбільшої продуктивності можна досягти при електрошлаковій наплавці. Однак електрошлаковий процес не дозволяє отримати наплавлений шар товщиною менше 10-12 мм, тоді я як в процесі пресування може бути використаний шар товщиною не більше 1-5 мм. Крім того, слід врахувати, що для розведення шлакової ванни потрібен додатковий об'єм основного металу. Внаслідок цього використання електрошлакового процесу для наплавлення пресового інструменту з економічні точки зору недоцільне.

Наплавлення відкритою дугою порошковим дротом - доволі перспективний спосіб відновлення пресового інструмента. Однак цей спосіб вимагає подальшого вдосконалення з точки зору підвищення якості та продуктивності процесу.

Ефективним способом автоматичного наплавлення внутрішніх поверхонь є наплавлення в середовищі захисних газів. Спосіб автоматичної наплавлення в середовищі вуглекислого газу, як найбільш простий і економічний, широко застосовується при відновленні внутрішніх поверхонь прес-втулок, матриць і матрицетримачів. Цей спосіб доцільно застосовувати також для наплавки деталей складних профілів малих діаметрів, деталей із зношеними кутами і кромками, коли застосування утримуючих флюс деталей утруднене.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Завданням практичної частини курсового проекту є Створити математичну модель 2-го порядку впливу легуючих компонентів порошкового дроту (Cr Ti ) на зносостійкість (у)

Таблиця1- План матриця експерименту

У побудованій таблиці показано порядок складання експериментальних даних. Згідно із запропонованим планом було проведено досліди з експериментального наплавлення стосовно завдання.

Аналіз результатів експерименту

Аналізуємо результати розрахунку - статистично значущі ефекти (рівень p<0,05) має один лінійний член 1L by 2L (таб. 2). Розрахована величина достовірності апроксимації (R - sqr = 0,89617) - загальна якість моделі задовілна.

Таблиця2- Результати розрахунку

Для того, щоб визначити, наскільки добре модель описує експериментальні дані, використовуватимемо тест lack-of-fit (втрати згоди).

Повернемося до діалогового вікна результатів аналізу і встановимо опцію Pure Error (Чиста помилка).

У результаті розрахунку в програмі Statistica в таблицю результатів розрахунку додаються рядки значення втрати погодження і чистої помилки. При аналізі таблиці очевидно, що p-значення використаного додаткового тесту більше 0,05, це означає, що математична модель представляється адекватною для опису відгуку

Таблиця3 - Дані розрахунку чистої помилкі і втрати погодженості

Після чого будуємо імовірнісний графік та визначаємо статистичну значущость впливу факторів, які беруть участь у експерименті.

Графік- Імовірнісний графік

З графіка бачимо, що лінійний член з міткою L знаходиться збоку від лінії нормального розподілу, що вказує на статистичну значущість його впливу на відгук і є графічним підтвердженням розрахункових даних.

Розглянемо також карту Парето. З допомогою цієї карти ми визначаємо значущость ефектів, що дають фактори, які ми досліджуємо.



Графік2- Карта Парето

Аналізуючи карту Парето, бачимо, що члени рівняння математичної моделі дають незначущі ефекти, окрім лінійного 1L by 2L. Відповідна йому колонка перетинає вертикальну лінію, яка представляє 95%-ий інтервал довірчої вірогідністі.

У таблиці (табл.4) є такі дані: R-sqr=0,91666 (Коефіцієнт достовірності апроксимації), Std.Err (Стандартна помилка), t(4) (Спостережуване значення критерію Стьюдента), р (Значущість б-гіпотези закритерієм Стьюдента) +95%...-95% (Довірчий інтервал для регресійних коефіцієнтів).

Таблиця4 - Коефіцієнти регресії (рівняння математичної моделі)

Отримали математичну модель впливу легуючих компонентів порошкового дроту (Cr Ti) на зносостійкість (у).

? расч = 15,0573-29,8816*Cr+16,2402*Cr2 +9,0173*Ti -34,9816*Ti2 +26,5212*Cr*Ti

Додамо до таблиці даних з результатами експерименту четвертий стовпчик ? расч з розрахунковими даними, розрахованими за допомогою математичної моделі. У вікні Long Name (Повне ім'я) внизу діалогового вікна записати формулу математичної моделі

15,0573-29,8816*Cr+16,2402*Cr2 +9,0173*Ti -34,9816*Ti2 +26,5212*Cr*Ti

і натиснути OK. У стовпці Bрасч з'являться значення відгуку, розраховані за рівнянням математичної моделі для всіх факторів

З аналізу даних видно, що розрахункові значення сильно відрізняються від експериментальних значень. Це означає, що отримані експериментальні значення не зовсім коректні і не зовсім достовірні.

Визначимо тепер область значень факторів, в якій значення відгуку В є максимальним (або мінімальним). Для цього краще всього використовувати графік поверхні відгуку.

Графік3 - Поверхня відгуку

Для детальнішого розгляду області максимуму доцільно розглянути контурний графік - кнопка Fitted response profiles на вкладці Quick.

Графік 4 - Контурний графік.

Висновки

1. Створена математична модель впливу легуючих компонентів порошкового дроту на зносостійкість ? расч = 15,0573-29,8816*Cr+16,2402*Cr2 +9,0173*Ti -34,9816*Ti2 +26,5212*Cr*Ti

2. Аналіз математичної моделі дозволяє без проведення додаткових експериментів прогнозувати значення відгуку від заданих чинників. Наприклад, при введенні 0,1% Ti і 1,1 % Cr зносостійкість наплавленого шару мінімальна і практично дорівнює нулю, а при введенні 0,7% Ti і 1,4% Cr зносостійкість наплавленого шару досягає максимума.

3. Встановлено, що деякі експериментальні дані факторів не зовсім коректні і відповідають розрахунковим. Це може говорити про те, що дані експерименту необхідно уточнити.

4. Для підвищення значущості коефіцієнтів регресії можна обрати рівняння регресії вищого ступеня, припустимо регресійне рівняння третього ступеня.

Список використаної літератури

1. А.Хасуі. , М.Морігакі. Наплавка і напилення. -- «Машиностроение», 1985.

2. А. П. Гуляев. Материаловедение. -- М.: «Металлургия», 1977. С. 432--444.

3. М.І. Разіков. Справочник мастера наплавочного участка. -- М.: «Машиностроение», 1966.

4. В.Н. Яковлєв. Ремонт оборудования машиностроительных заводов. -- «Машгиз», 1962.

5. М.І. Разіков. Автоматическая наплавка в среде углекислого газа. -- «Машгиз», 1962.

6. Порошкова проволока для наплавки. Заявка RU № 2002104654/02, від 20.02.2002 / Штоколов С.А., Мойсов Л.П. ; Опубл. 10.12.2003.

7. Сплав для зносостійкої наплавки. Заявка RU № 99113527/02, від 21.06.1999 / Кулішенко Борис Олексійович, Шумяк Валентин Іванович ; Опубл. 27.04.2001.

8. Порошкова проволока. Заявка RU № 2007107746/02, від 01.03.2007 / Єрьомін Євген Миколайович (RU), Філіппов Юрій Олегович (RU), Єрьомін Андрій Євгенович (RU) ; Опубл. 10.09.2008.

9. Склад зварювального дроту. Заявка RU № 2007118397/02, від 17.05.2007 / Поклад Валерій Олександрович (RU) ; Опубл. 20.02.2009.

10. Спосіб підвищення міцності інструменту. Заявка RU № 5002455/21, від 06.08.1991 / Фукс - Рабинович Герман Симонович ; Опубл. 09.01.1995.

11. Порошковий дріт для наплавлення деталей машинобудівного виробництва. Заявка RU № 2003123898/02, від 30.07.2003 / Шамін С.А. ; Опубл. 10.08.2005.

12. Порошковий дріт для наплавки. Заявка RU № 2003138014/02, від 29.12.2003 / Соколов Г.Н. (RU), Цурихин С.Н. (RU), Лысак В.И. (RU). ; Опубл. 20.06.2005.

13. Порошковий дріт. Заявка RU № 2007107747/02,від 01.03.2007 / Єрьомін Євген Миколайович (RU), Єрьомін Андрій Євгенович (RU), Філіппов Юрій Олегович (RU), Лосєв Олександр Сергійович (RU);Опубл. 10.09.2008.

14. Порошковий дріт. Заявка RU № 2007107746/02 ,від 01.03.2007 / Єрьомін Євген Миколайович (RU), Єрьомін Андрій Євгенович (RU), Філіппов Юрій Олегович (RU), Лосєв Олександр Сергійович (RU); Опубл. 10.09.2008.

15. Порошковий дріт. Заявка RU № 2007107233/02 ,від 26.02.2007 / Фомін Олександр Геннадійович (RU), Шарапов Михайло Григорович (RU), Бєляєв Микола Васильович (RU), Левченко Олексій Михайлович (RU); Опубл. 10.09.2008.

16. Порошковий дріт. Заявка RU № 2007109511/02 ,від 15.03.2007 / ;Опубл. 20.09.2008.

17. Порошковий дріт. Заявка RU № 2003123898/02 ,від 30.07.2003 / Шамін С.А. (RU);Опубл. 10.08.2005.

18. Порошковий дріт. Заявка RU № 2003119406/02 ,від 26.06.2003 / Шамін Сергій Анатолійович (RU);Опубл. 10.01.2005.

19. Порошковий дріт. Заявка RU № 2002104654/02 ,від 20.02.2002 / Штоколов Сергій Олександрович, Мойсов Леонід Петрович; Опубл. 27.09.2003.

20. Порошковий дріт. Заявка RU № 95106113/08 ,від 20.12.1996 / Язівський В.М., Корольов Н.В., Разік Н.М., Надим Н.П., Губин Г.Л., Мінкін Ю.М., Волнін Н.В.; Опубл.

21. Порошковий дріт. Заявка RU № 2003125663/02 ,від 20.08.2003 / Баранов А.В.;Опубл. 27.08.2005

22. Склад порошкового дроту Заявка СРСР № 2369248/25-27 ,від 04.06.76 / В. М. Карпенко, А. Д. Кошевой, В. Т. Катренко, В. Н. Лукашов; 17.11.77.Заявник Краматорський індустріальний інститут.

23. Склад порошкового дроту для наплавлення. Заявка СРСР № 3236332/25, від 13.05.81 / В. М. Карпенко, А.Г.Грінь, В.Т.Катренко; 15.11.77. Заявник. Краматорський індустріальний інститут.

24. Спосіб виготовлення порошкового дроту.Заявка СРСР № 795329/27, від 26.02.90 / В.Д.Кассов, В.Н.Карпенко, В.Т.Катренко, Н.А.Туровский, 08.08.1991. Заявник. Краматорський індустріальний інститут.

25. Склад порошкового дроту для зносостійкого наплавлення. Заявка СРСР № 3460445/25-27 від 07.05.82 / Г. Б. Білик, В. М. Карпенво, В. Д. Касов і В. Т. Катренко, 15.09.1983. Заявник. Краматорський індустріальний інститут.

Размещено на Allbest.ru

...