Сварка, резка и пайка металлов |
![]() |
Наплавка твёрдых сплавов
В современной технике получают широкое распространение и быстро совершенствуются твёрдые Сплавы. Развитие техники применения твёрдых сплавов идёт по двум направлениям: с одной стороны, совершенствуются и улучшаются составы твёрдых сплавов и технология их производства, с другой стороны, совершенствуется техника нанесения твёрдых сплавов на изделия, главным образом техника их наплавки.
. Твёрдые сплавы сохраняют свою твёрдость при нагревании до высоких температур, как правило, не поддаются отпуску и не могут быть смягчены термической обработкой, поэтому механическая обработка твёрдых сплавов весьма трудоёмка и может производиться лишь абразивами, поэтому при наплавке твёрдых сплавов нужно уделять особое внимание сведению до минимума последующей механической обработки. Твёрдые сплавы, при весьма высокой твёрдости, естественно обладают малой пластичностью и отличаются хрупкостью, поэтому довольно плохо сопротивляются ударным нагрузкам. Хрупкость твёрдых сплавов сохраняется и при высоких температурах, поэтому они склонны к образованию трещин при наплавке, на что следует обращать особое внимание.
Твёрдые сплавы можно разделить на следующие четыре группы: 1) литые сплавы или стеллиты; 2) порошкообразные или зернообразные продукты; 3) керамические или спеченные сплавы; 4) плавленные карбиды. Основой всех твёрдых сплавов являются прочные карбиды металлов, не разлагающиеся и не растворяющиеся при высоких температурах. Особенно важны для твёрдых сплавов карбиды вольфрама, титана, хрома, частично марганца. Карбиды металлов слишком хрупки и часто тугоплавки, поэтому для образования твёрдого сплава зёрна карбидов связываются подходящим металлом; в качестве связки используются железо, никель, кобальт.
Литые сплавы. Литые сплавы могут быть разделены на настоящие стеллиты и более дешёвые сплавы — заменители. К настоящим стеллитам относится, например, советский твёрдый сплав В-ЗК. Настоящие стеллиты представляют собой главным образом карбиды вольфрама и хрома, сцементированные кобальтом и железом.
Вследствие высокого содержания вольфрама и кобальта литые твёрдые сплавы типа настоящих стеллитов достаточно дороги и дефицитны.
Практика многих лет показала, что литые сплавы — заменители являются значительно более дешёвыми и в большинстве случаев работают вполне хорошо, и поэтому, как не содержащие вольфрама и кобальта, в последние годы весьма широко применяются в нашей промышленности. Примером такого сплава является советский сплав сормайт , изобретенный в 1929 г. и названный по имени Сормовского завода, где впервые было освоено производство этого сплава.
Сормайт представляет собой железохромистый сплав с небольшой добавкой никеля и не содержит вольфрама и кобальта. Твёрдость сормайту придаёт карбид хрома.
Состав некоторых литых твёрдых сплавов приведён в табл. 22.
и применяются главным образом
для наплавки рабочих поверхностей, подвергающихся значительному износу, например, штампов, матриц и пуансонов, калибров, шаблонов, деталей машин и механизмов, работающих на трение, и т. п. Сплавы обладают высокой износоустойчивостью, сохраняющейся до температур 600—700°, отвечающих началу красного каления.
Наплавка твёрдых сплавов производится преимущественно газовой ацетилено-кислородной горелкой и ведётся, как правило, в два, а иногда и в три слоя. Необходимость многослойной наплавки диктуется следующим: при наложении первого слоя наплавка представляет собой сплав твёрдого сплава с расплавленным основным металлом, поэтому такой сплав обладает пониженными твёрдостью и износоустойчивостью и не обеспечивает получения механических свойств чистого твёрдого сплава. Поэтому первый наплавленный слой обычно не может служить рабочей поверхностью, а является лишь подкладкой для нанесения второго слоя, который будет представлять собой почти чистый твёрдый сплав и обладать необходимыми механическими свойствами. В некоторых особо ответственных случаях прибегают к наплавке третьего слоя, представляющего собой практически уже чистый переплавленный твёрдый сплав.
Для получения экономичной наплавки твёрдого сплава нужно стремиться к наименьшему расплавлению основного металла на минимальную глубину, но в то же время основной металл должен быть расплавлен по всей поверхности наплавки, иначе неизбежны непровары , которые могут вызвать растрескивание и отслаивание твёрдого слоя при работе наплавленной детали.
Процесс газовой наплавки литого сплава ведётся следующим образом. Для уменьшения напряжений, возникающих в наплавленном слое и возможности образования в нём трещин наплавляемая деталь предварительно подогревается до начала красного каления. Затем поверхность металла осторожно доводится нагреванием горелкой до начала поверхностного оплавления, т. е. до так называемого потения металла, когда на его поверхности выступают отдельные жидкие капельки. Тогда в пламя горелки вводят конец прутка твёрдого сплава и натирают им поверхность детали, размазывая твёрдый сплав по поверхности, т. е. как бы облуживая деталь твёрдым сплавом. При достаточной квалификации сварщика эта операция гарантирует прочное сцепление с основным металлом наплавляемого твёрдого сплава при минимальном его расходе. На полученную таким образом подкладку наплавляется твёрдый сплав с минимальным возможным расплавлением ниже лежащего слоя.
Возможна также и дуговая наплавка литых твёрдых сплавов, для чего на прутки сплава наносится обмазка, не содержащая активных окислителей, например, из мрамора, плавикового шпата и т. д., по типу обмазок УОНИ-13. Дуговая наплавка по качеству обычно несколько уступает газовой.
Для дуговой наплавки применяются также специальные электроды со стержнем из обычной малоуглеродистой проволоки с толстой обмазкой, не содержащей активных окислителей, в которую вводится большое количество феррохрома и ферромарганца. Подобные дешёвые электроды дают удовлетворительную наплавку в тех случаях, когда не предъявляется высоких требований к твёрдости и износостойкости наплавленного слоя. Кроме того, применяются трубчатые электроды, состоящие из стальной тонкостенной трубки, набитой порошкообразным твёрдым сплавом или материалом, образующим твёрдый сплав при расплавлении, а снаружи покрытой электродной обмазкой, улучшающей горение дуги и дающей шлаковую защиту.
Порошкообразные или зернообразные сплавы или продукты правильнее было бы не называть сплавами, так как они представляют собой не сплав, а порошкообразную смесь, шихту или материал для изготовления сплава и превращаются в твёрдый сплав лишь на поверхности наплавляемой детали в процессе наплавки. Эти сплавы являются наиболее дешёвыми в изготовлении и наплавке и поэтому широко применяются в промышленности. По" внешнему виду эти продукты представляют собой грубозернистый порошок или крупку чёрного цвета, состоящую из зёрен величиной 1—3 мм.
Различают два вида порошкообразных продуктов для наплавки: вольфрамовые и не содержащие вольфрама. Вольфрамовый продукт представляет собой смесь порошкообразного технического вольфрама или высокопроцентного ферровольфрама с науглероживающими материалами. Советский сплав этого типа носит название вокар . Изготовляются подобные сплавы следующим образом: порошкообразный технический вольфрам или высокопроцентный ферровольфрам смешивается с такими материалами, как сажа, молотый кокс и т. п., полученная смесь замешивается в густую пасгу на смоле или сахарной патоке. Из смеси прессуют брикеты и слегка их обжигают до удаления летучих веществ. После обжига брикеты размалывают и просеивают. Готовый продукт имеет вид чёрных хрупких крупинок величиной 1—3 мм. Характерным признаком вольфрамовых продуктов является их высокий насыпной вес.
В Советском Союзе изобретен порошкообразный сплав, не содержащий вольфрама и потому весьма дешёвый. Сплав носит название сталинит и имеет весьма широкое распространение в нашей промышленности. Многолетняя практика показала, что несмотря на отсутствие вольфрама сталинит обладает высокими механическими показателями, во многих случаях удовлетворяющими техническим требованиям. Кроме того, благодаря низкой температуре плавления 1300— 1350° сталинит обладает существенным преимуществом перед вольфрамовым продуктом, который расплавляется лишь при температуре около 2700°. Низкая температура плавления сталинита облегчает наплавку, повышает производительность наплавки и является существенным техническим преимуществом сталинита.
Основой сталинита является смесь порошкообразных дешёвых ферросплавов, феррохрома и ферромарганца. Процесс изготовления сталинита такой же, как и вольфрамовых продуктов. Сталинит содержит от 16 до 20% хрома и от 13 до 17% марганца. Твёрдость наплавки по Роквеллу для вокара 80—82, для сталинита 76—78.
Наплавка сталинита производится угольной дугой по способу Бенардоса . Газовая горелка мало пригодна для наплавки, так как газовое пламя сдувает порошок с Места наплавки. Деталь, подлежащая наплавке, подогревается до начала красного каления, после чего на поверхность детали насыпается сталинит равномерным слоем толщиной 2—3 мм. Для получения правильных краёв и граней наплавки применяются специальные шаблоны и ограничители из красной меди, графита или угля. На насыпанном слое зажигается угольная дуга постоянного тока нормальной полярности при силе тока 150—200 а. Наплавку ведут непрерывно без обрывов дуги и по возможности без повторного расплавления наплавленного слоя.
Ввиду довольно значительного расплавления основного металла угольной дугой первый слой наплавки не обеспечивает необходимых свойств и обладает недостаточной твёрдостью, поэтому наплавку сталинита ведут в два, а иногда и в три слоя. По окончании наплавки слоя, не давая ему остыть, на него насыпают новый слой сталинита и производят наплавку. По окончании наплавки детали нужно дать замедленное охлаждение во избежание образования трещин в наплавленном слое, для чего горячую деталь помещают в золу, сухой песок, хлопья асбеста, слюды и т. п. Рекомендуется по окончании наплавки дать наплавленной детали отжиг при температуре около 900° продолжительностью один-два часа. Отжиг вызывает распадение остаточного аустенита, образующегося при наплавке, с выпадением добавочных карбидов и повышением твёрдости наплавки на две-три единицы по Роквеллу , с одновременным устранением внутренних напряжений. За отжигом следует замедленное равномерное охлаждение детали.
Ввиду дешевизны продукта, а также простоты и высокой производительности процесса наплавки, сталинит весьма широко применяется в нашей промышленности для самых разнообразных наплавочных работ. Сталинитом наплавляются части всевозможных машин и механизмов, подвергающихся быстрому износу в работе; штампы; рабочие части машин для обработки грунтов и горных пород (землечерпалок, экскаваторов); зубки врубовых машин и т. п. Наплавка вокара производится аналогично наплавке сталинита