Наплавлення твердих сплавів
У сучасній техніці набувають широкого поширення і швидко удосконалюються тверді сплави. Розвиток техніки застосування твердих сплавів йде за двома напрямами: з одного боку, удосконалюються та покращуються склади твердих сплавів та технологія їх виробництва, з іншого боку, удосконалюється техніка нанесення твердих сплавів на вироби, головним чином техніка їх наплавлення.
. Тверді сплави зберігають свою твердість при нагріванні до високих температур, як правило, не піддаються відпустці і не можуть бути пом'якшені термічною обробкою, тому механічна обробка твердих сплавів дуже трудомістка і може проводитися лише абразивами, тому при наплавленні твердих сплавів подальшої механічної обробки. Тверді сплави, при дуже високій твердості, природно мають малу пластичність і відрізняються крихкістю, тому досить погано опираються ударним навантаженням. Крихкість твердих сплавів зберігається і за високих температур, тому вони схильні до утворення тріщин при наплавленні, на що слід звертати особливу увагу.
Тверді сплави можна розділити на чотири групи: 1) литі сплави чи стелити; 2) порошкоподібні чи зерноподібні продукти; 3) керамічні чи спечені сплави; 4) плавлені карбіди. Основою всіх твердих сплавів є міцні карбіди металів, що не розкладаються і не розчиняються при високих температурах. Особливо важливі для твердих сплавів карбіди вольфраму, титану, хрому, частково марганцю. Карбіди металів дуже крихкі і часто тугоплавкі, тому для утворення твердого сплаву зерна карбідів зв'язуються відповідним металом; як зв'язування використовуються залізо, нікель, кобальт.
Литі сплави. Литі сплави можуть бути поділені насправжні стелліти та дешевші сплави – замінники. До справжніх стеллітів відноситься, наприклад, радянський твердий сплав В-ЗК. Справжні стеліти є головним чином карбіди вольфраму і хрому, зцементовані кобальтом і залізом.
Внаслідок високого вмісту вольфраму та кобальту литі тверді сплави типу справжніх стеллітів досить дорогі та дефіцитні.
Склад деяких литих твердих сплавів наведено у табл. 22.
і застосовуються головним чином
для наплавлення робочих поверхонь, що піддаються значному зносу, наприклад, штампів, матриць і пуансонів, калібрів, шаблонів, деталей машин і механізмів, що працюють на тертя, і т.п. червоного жару.
Наплавлення твердих сплавів проводиться переважно газовим ацетилено-кисневим пальником і ведеться, як правило, у два, а іноді й у три шари. Необхідність багатошарового наплавлення диктується наступним: при накладенні першого шару наплавлення являє собою сплав твердого сплаву з розплавленим основним металом, тому такий сплав має знижену твердість і зносостійкість і не забезпечує отримання механічних властивостей чистого твердого сплаву. Тому перший наплавлений шар зазвичай не може служити робочою поверхнею, а є лише підкладкою для нанесення другого шару, який буде майже чистим твердим сплавом і мати необхідні механічні властивості. У деяких особливо відповідальних випадках вдаються до наплавлення третього шару, що є практично вже чистим переплавленим твердим сплавом.
Для отримання економічного наплавлення твердого сплаву необхідно прагнути до найменшого розплавлення основногометалу на мінімальну глибину, але в той же час основний метал повинен бути розплавлений по всій поверхні наплавлення, інакше неминучі непровари, які можуть викликати розтріскування та відшаровування твердого шару при роботі наплавленої деталі.
Процес газового наплавлення литого металу ведеться в такий спосіб. Для зменшення напруги, що виникають у наплавленому шарі і можливості утворення в ньому тріщин наплавлювана деталь попередньо підігрівається до початку червоного гартування. Потім поверхню металу обережно доводиться нагріванням пальником на початок поверхневого оплавлення, т. е. до так званого потіння металу, коли його поверхні виступають окремі рідкі крапельки. Тоді в полум'я пальника вводять кінець дроту твердого сплаву і натирають їм поверхню деталі, розмазуючи твердий сплав поверхнею, тобто ніби облуджуючи деталь твердим сплавом. При достатній кваліфікації зварювальника ця операція гарантує міцне зчеплення з основним металом твердого сплаву, що наплавляється, при мінімальному його витраті. На отриману таким чином підкладку наплавляється твердий сплав з мінімальним можливим розплавленням нижче шару, що лежить.
Можлива також і дугове наплавлення литих твердих сплавів, для чого на прутки сплаву наноситься обмазка, що не містить активних окислювачів, наприклад, мармуру, плавикового шпату і т. д., за типом обмазок УОНІ-13. Дугова наплавка за якістю зазвичай дещо поступається газовою.
Для дугового наплавлення застосовуються також спеціальні електроди зі стрижнем із звичайного маловуглецевого дроту з товстою обмазкою, що не містить активних окислювачів, в яку вводиться велика кількість ферохрому і феромарганцю. Подібні дешеві електроди дають задовільну наплавку в тих випадках, коли не висуваються високі електроди.вимог до твердості та зносостійкості наплавленого шару. Крім того, застосовуються трубчасті електроди, що складаються із сталевої тонкостінної трубки, набитої порошкоподібним твердим сплавом або матеріалом, що утворює твердий сплав при розплавленні, а зовні покритою електродною обмазкою, що покращує горіння дуги і дає шлаковий захист.
Порошкоподібні або зерноподібні сплави або продукти правильніше було б не називати сплавами, так як вони являють собою не сплав, а порошкоподібну суміш, шихту або матеріал для виготовлення сплаву і перетворюються на твердий сплав лише на поверхні деталі, що наплавляється в процесі наплавлення. Ці сплави є найдешевшими у виготовленні та наплавленні і тому широко застосовуються в промисловості. На вигляд ці продукти являють собою грубозернистий порошок або крупку чорного кольору, що складається з зерен величиною 1-3 мм.
Розрізняють два види порошкоподібних продуктів для наплавлення: вольфрамові і вольфраму, що не містять. Вольфрамовий продукт являє собою суміш порошкоподібного технічного вольфраму або високопроцентного феровольфраму з матеріалами, що вуглерожують. Радянський сплав цього типу зветься вокар. Виготовляються подібні сплави наступним чином: порошкоподібний технічний вольфрам або високовідсотковий феровольфрам змішується з такими матеріалами, як сажа, мелений кокс тощо, отримана суміш замішується в густу паску на смолі або цукровій патоці. З суміші пресують брикети і злегка обпікають їх до видалення летких речовин. Після випалення брикети розмелюють та просіюють. Готовий продукт має вигляд чорних тендітних крупинок величиною 1-3 мм. Характерною ознакою вольфрамових продуктів є їхня висока насипна вага.
У Радянському Союзі винайдено порошкоподібний сплав,містить вольфраму і тому дуже дешевий. Сплав має назву сталініт і має дуже широке поширення в нашій промисловості. Багаторічна практика показала, що незважаючи на відсутність вольфраму сталініт має високі механічні показники, що в багатьох випадках задовольняють технічним вимогам. Крім того, завдяки низькій температурі плавлення 1300 - 1350 ° сталініт має істотну перевагу перед вольфрамовим продуктом, який розплавляється лише при температурі близько 2700 °. Низька температура плавлення сталініту полегшує наплавлення, підвищує продуктивність наплавлення та є суттєвою технічною перевагою сталініту.
Основою сталініту є суміш порошкоподібних дешевих феросплавів, ферохрому та феромарганцю. Процес виготовлення сталініту такий самий, як і вольфрамових продуктів. Сталініт містить від 16 до 20% хрому та від 13 до 17% марганцю. Твердість наплавлення по Роквелл для вока 80-82, для сталініту 76-78.
Наплавлення сталініту проводиться вугільною дугою за способом Бенардосу. Газовий пальник мало придатний для наплавлення, так як газове полум'я здуває порошок з місця наплавлення. Деталь, що підлягає наплавленню, підігрівається до початку червоного гартування, після чого на поверхню деталі насипається сталініт рівномірним шаром товщиною 2-3 мм. Для отримання правильних країв та граней наплавлення застосовуються спеціальні шаблони та обмежувачі з червоної міді, графіту чи вугілля. На насипаному шарі запалюється вугільна дуга постійного струму нормальної полярності при силі струму 150-200 а. Наплавлення ведуть безперервно без обривів дуги і по можливості без повторного розплавлення наплавленого шару.
Зважаючи на досить значне розплавлення основного металу вугільною дугою, перший шар наплавлення не забезпечує необхідних.властивостей і має недостатню твердість, тому наплавку сталініту ведуть у два, а іноді і в три шари. Після закінчення наплавлення шару, не даючи йому охолонути, на нього насипають новий шар сталініту і виробляють наплавлення. По закінченні наплавлення деталі потрібно дати уповільнене охолодження, щоб уникнути утворення тріщин в наплавленому шарі, для чого гарячу деталь поміщають у попел, сухий пісок, пластівці азбесту, слюди і т. п. Рекомендується після закінчення наплавлення дати наплавленої деталі відпал одну-дві години. Відпал викликає розпадання залишкового аустеніту, що утворюється при наплавленні, з випаданням додаткових карбідів і підвищенням твердості наплавлення на дві-три одиниці за Роквеллом, з одночасним усуненням внутрішніх напруг. За відпалом слід уповільнене рівномірне охолодження деталі.
Зважаючи на дешевизну продукту, а також простоту і високу продуктивність процесу наплавлення, сталініт дуже широко застосовується в нашій промисловості для найрізноманітніших наплавних робіт. Сталінітом наплавляються частини всіляких машин і механізмів, що зазнають швидкого зношування в роботі; штампи; робочі частини машин для обробки ґрунтів та гірських порід (землечерпалок, екскаваторів); зубки врубових машин і т. п. Наплавлення вокара проводиться аналогічно до наплавлення сталініту