СОСТАВ И ТВЕРДОСТЬ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА.
МДК.03.02. ТЕХНОЛОГИЯ ДУГОВОЙ НАПЛАВКИ ДЕТАЛЕЙ
Сварщик (электросварочные и газосварочные работы)
ПЛАН УРОКА № 5 ГРУППА: СВ-4-18 Дата: 05.05.20 г.
Тема программы: ТЕХНОЛОГИЯ НАПЛАВКИ.
Тема урока: НАПЛАВКА УГЛЕРОДИСТЫХ, НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ И БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ.
Цель урока: изучить технологию наплавки углеродистых, низколегированных и быстрорежущих сталей.
Наплавке подвергают основной металл самых разнообразных классов и видов, включая стали: углеродистую, низколегированную, литую, высокомарганцовистую аустенитную, коррозионно-стойкую и другие.
Углеродистая и низколегированная стали обладают вполне удовлетворительной пластичностью и вязкостью, однако высокий уровень их углеродного эквивалента требует применения при наплавке предварительного подогрева как средства предотвращения образования в них трещин. В связи с большим многообразием отливок нет единых рекомендаций, относящихся к их наплавке, однако при выборе режимов предварительного подогрева и наплавки необходимо учитывать толщину заготовок, размер кристаллического зерна и наличие ликвации основного металла.
При наплавке углеродистой и низколегированной стали углеродный эквивалент используют, как показатель свариваемости. Углеродный эквивалент определяют по формуле
|
|
|
Сэ= С + 1/6 Mn + 1/24 Si + 1/40 Ni + 1/5 Cr + ¼ Mo + 1/14 V.
В зоне, примыкающей к наплавленному слою, происходит изменение свойств основного металла под влиянием теплоты процесса наплавки. В этой зоне, называемой зоной термического влияния, металл имеет максимальную твердость и наибольшую чувствительность к трещинам. Повышение углеродного эквивалента основного металла сопровождается максимальным повышением твердости в зоне термического влияния. Поэтому при наплавке углеродистой и низколегированной сталей углеродный эквивалент служит показателем, используемым для оценки сварочных свойств основного металла, а так же для выбора режима предварительного подогрева.
Между углеродным эквивалентом и максимальной твердостью в зоне термического влияния существует практически линейная зависимость, выражаемая уравнением, выведенным для случая наплавки листа толщиной 20 мм покрытыми электродами диаметром 4 мм (I=170 А, Vн= 15 см/мин):
Н max= (660 Сэ + 40) ± 40,
где Н max – максимальная твердость в зоне термического влияния по Виккерсу (нагрузка 100 Н); Сэ – углеродный эквивалент.
Джексон предложил следующий режим предварительного подогрева деталей из указанных сталей для разной максимальной твердости в зоне термического влияния: изложенное выше относится к проблеме появления трещин замедленного разрушения.
|
|
|
При наплавке в большинстве случаев проблему составляет предотвращение образования горячих трещин, механизм возникновения которых состоит в следующем. Во время кристаллизации наплавленного металла на границах кристаллического зерна образуется легкоплавкий расплав (эвтектика), наличие которого на границах зерна становится причиной разрушения металла под влиянием усадочной деформации. Для оценки чувствительности к горячим трещинам Уилкинсон предложил показатель H.C.S. (склонность к горячим трещинам), рассчитываемый по уравнению
При H.C.S.<1,7 горячие трещины не возникают. Условием возникновения горячих трещин при наплавки является H.C.S. >2 (известно, что при обычной сварке низколегированной стали трещины начинают возникать при H.C.S.=4)
Высокомарганцовистая аустенитная сталь обладает низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом линейного расширения (в 1,5 раза больше, чем для низкоуглеродистой стали), что создает опасность растрескивания при наплавке.
|
|
|
Коррозионно-стойкие стали по структурному признаку можно разделить на пять следующих групп:
1. аустенитная,
2. мартенситная,
3. ферритная,
4. аустенитно-ферритная,
5. дисперсионно-упрочняемая.
Аустенитная коррозионно-стойкая сталь обладает высокими сварочно-технологическими свойствами, однако она склонна к деформации при сварке, поскольку ее коэффициент линейного расширения в 1,5 раза больше, а теплопроводность в 3 раза меньше, чем для низкоуглеродистой стали. Для предотвращения охрупчивания при наплавке рекомендуется снижать температуры ее предварительного подогрева и разогрева (между проходами).
Мартенситная коррозионно-стойкая сталь, обладая закаливаемостью, отличается низкой свариваемостью; при высоком содержании углерода сварка этой стали становится невозможной из-за интенсивного растрескивания.
Ферритная коррозионно-стойкая сталь, не склонная к закалке при охлаждении на воздухе, может подвергаться сварке, однако из-за склонности к охрупчиванию по причине укрупнения кристаллического зерна при температуре выше 900 °С при наплавке этой стали происходит охрупчивание зоны термического влияния, которое можно предотвратить путем предварительного подогрева (100 – 200 °С) и ограничения погонной энергии. Во время длительной выдержки при температуре 400 – 500 °С эта сталь подвержена охрупчиванию (при 475 °С), что выражается в значительном снижении относительного удлинения металла при нормальной температуре.
|
|
|
СОСТАВ И ТВЕРДОСТЬ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА.
Основной металл оказывает существенное влияние на состав и твердость наплавленного металла. В частности, составы первого и второго слоев, наплавленных порошковой проволокой в среде углекислого газа на подложку из низкоуглеродистой стали, отличаются от составов соответствующих слоев, наплавленных такой же проволокой при тех же условиях на подложку из среднеуглеродистой стали, что проявляется в различии твердости этих слоев. Влияние основного металла на твердость наплавленного металла перестает сказываться только после третьего слоя.
Состав n – го слоя наплавленного металла можно рассчитать по уравнению
Сw=Cf + (P/100)n (Cp – Cf),
где Сw – содержание элемента в n – м слое наплавленного металла, %;
Cf – содержание элемента в неразбавленном металла, %;
Cp – содержание элемента в основном металле, %;
n – число наплавленных слоев;
Р – степень проплавления, %;
Р=[А/(А+В)]100;
А – площадь наплавленного металла по сечению валика;
В – площадь участка проплавления основного металла по сечению валика.
При наплавке коррозионно-стойкой стали на низкоуглеродистую или низколегированную сталь структура наплавленного металла может быть определена с помощью диаграммы Шеффлера, представленной на рисунке. Линии с косыми штрихами на рисунке 1 ограничивают области возникновения трещин или охрупчивания под влиянием термообработки. Следовательно, материалы и режим наплавки необходимо выбирать с ориентацией на треугольную область диаграммы Шеффлера, ограниченную значениями хромового эквивалента в пределах 18 – 24 % и никелевого эквивалента в пределах 7 – 18 %.
Из диаграммы следует, что при наплавке на низкоуглеродистую сталь коррозионно-стойкой стали 308 (с долей основного металла в наплавленном 30 %) структура наплавленного слоя, соответствующая точке Р, состоит из смеси аустенита с мартенситом. При образовании такой структуры существует опасность возникновения трещин. Для того чтобы при наплавке на низкоуглеродистую сталь получить наплавленный металл, полностью соответствующий составу коррозионно-стойкой стали 308, наплавку необходимо выполнять сталью 309 с более высоким содержанием легирующих элементов (25 % Cr и 12 % Ni).
Рисунок 1.
В связи этим при наплавке разнородного (по отношению к материалу подложки) металла часто прибегают к наплавке подслоя из стали 309.
ПЕРЕХОД УГЛЕРОДА.
Важнейшая проблема, возникающая при наплавке коррозионно-стойкой стали на низколегированную, состоит в том, что при последующей длительной термообработке на границе между основным и наплавленным металлом образуется хрупкий науглероженный слой, который становится причиной возникновения трещин при испытаниях на боковой изгиб. Микроструктура на участке этого граничного слоя показана на рисунке 2.
Рисунок 2.
Верхняя часть снимка соответствует слою, наплавленному аустенитной коррозионно-стойкой сталью, горизонтальная темная полоса в середине – граничный слой с повышенной концентрацией углерода, возникающий в результате его диффузии из основного металла при термообработке. В основном металле непосредственно под науглероженным слоем обычно возникает обезуглероженный слой.
Возникновение науглероженного слоя связано с диффузией углерода из состава основного металла в наплавленный металл, имеющий в составе элементы с большим химическим сродством к углероду. Это обусловлено большой разностью по содержанию углерода между основным и наплавленным металлами, а также разностью по содержанию в них карбидообразующих элементов (хрома, титана, ниобия). Содержание углерода в граничном науглероженном слое, зависящее от режима термообработки, состава основного и наплавленного металлов, часто превышает 2 %.
Нелегированные и низколегированные стали с содержанием углерода до 0,4% используют для восстановления размеров деталей или нанесения промежуточного слоя. Если наплавки выполняют сталями с повышенным содержанием углерода (стали 35, 40, 40Х, 40ХН) и серы (35ЛК, 30Л и др.), то возможно появление трещин. Чтобы избежать их необходимо уменьшать долю основного металла в наплавленном. Для этого уменьшают шаг наплавки, увеличивают вылет электрода, наклоняют электрод углом вперед, выполняют наплавки на спуск, применяют наплавлю-вальные ленты, много электродная наплавки и предварительный нагрев.
Для наплавки массивных деталей используют нагрев до 200-250 градусов С, а при наплавке небольших деталей достаточно теплоты дуги (авто подогрев).
Нелегированные и низколегированные стали с содержанием углерода свыше 0,4% предназначены для наплавки коленчатых валов, ножей, штампов и т.д. Трудностью наплавки есть склонность наплавленного металла к образованию горячих и холодных трещин. Для этого выполняют предварительный нагрев до температуры 350-400Х или наплавки промежуточного слоя из низкоуглеродистой стали проволокой Св-08, Св-08 ГС и др. После наплавки обеспечивают медленное охлаждение.
Если наплавленная деталь подлежит механической обработке, то ее отжигают. При этом твердость снижается до 20-25 HRC. После механической обработки выполняют закалки; твердость наплавленного металла увеличивается до 50-60 HRC.
Наплавка быстрорежущих сталей сопряжена с трудностями из-за склонности наплавленного слоя к образованию трещин. Для устранения трещин необходимы предварительный и сопутствующий подогрев заготовок до температуры 500 - 600° С и последующее их охлаждение в печи. Наплавляют в выфрезерованные в заготовке канавки, расположенные в местах режущих кромок многолезвийного инструмента. Удаление шлаковой корки из таких канавок затруднено вследствие заклинивания и высокой температуры заготовки. Поэтому применение наплавки под флюсом сопряжено со многими неудобствами.
Наплавка быстрорежущей стали и ее заменителей на другую, более дешевую сталь может быть произведена ацетилено-кислородным пламенем и электрической дугой угольным и металлическим электродом как ручным, так и автоматическим способом.
Наплавка быстрорежущей стали на стержень резца производится преимущественно электродуговым методом на сварочных трансформаторах переменного тока, хотя возможно использование для этой цели сварочных машин постоянного тока.
Наплавку быстрорежущих сталей типа F применяют преимущественно при изготовлении биметаллического режущего инструмента. Для этого используют штучные электроды марок ЦИ-Ш, ЦИ-1Л, ЦИ-1У ( тип ЭН-80В18Х4Ф-60), а также прутки и порошковую проволоку. В связи с развитием производства литого инструмента, при котором широко используют отходы быстрорежущих сталей, изготовление наплавленного инструмента в последние годы сократилось. Целесообразно наплавлять только многолезвийный инструмент больших размеров.
Весьма эффективно достигается экономия быстрорежущей стали применениемнаплавки быстрорежущей стали на державку при помощи кислородно-ацетиленового пламени или электрической дуги.
Крупные повреждения режущей части инструмента исправляютсянаплавкой быстрорежущей стали с последующей механической обработкой. Инструменты с мелкими дефектами на режущей части перешлифовываются на меньший размер, причем при необходимости снимается шлифовальным кругом металл со стороны затылованных поверхностей инструмента.
Практика показывает, что по стойкости режущие инструменты, восстановленные путемнаплавки быстрорежущей стали, электроискрового нанесения твердых сплавов или хромирования, не только не уступают новым, но в большинстве случаев превосходят их.
Угольные электроды без фитилей применяются для сварки инструментальных сталей, а также для наплавки быстрорежущей стали и твердых сплавов, так как при сварке указанных материалов вольфрамовыми электродами наблюдается обезуглероживание и значительная пористость наплавленного металла.
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ: составить краткий конспект по теме урока.
Ответ на домашнее задание
(в виде сканкопий, фотографий или документов Microsoft Word)
прислать на электронный адрес:
larisanikolaevna.epgl@yandex.ru
Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 59; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!