Зміцнююча наплавка та ремонт деталей

Зміцнююча наплавка захищає деталі від різних видів зношування, надаючи поверхні деталі специфічних властивостей. Зміцнююча наплавка застосовується як при ремонті зношених деталей. і при виготовленні нових деталей. Необхідні властивості деталей отримують за рахунок нанесення на їх поверхню шару металу, який забезпечує хороший опір зносу. Нанесення зміцнювальних шарів може здійснюватися різними способами зварювання. Підвищена твердість не завжди має на увазі хороший опір зносу та збільшення терміну служби виробу. Число наплавлених шарів також може позначатися на рівні твердості та значно впливати на здатність чинити опір зносу.

Чинники зносу

Існує велика кількість факторів зношування, які виявляються як у чистому вигляді, так і в комбінації один з одним. Отже, для забезпечення максимального коефіцієнта корисної дії зміцнення наплавний метал повинен бути ретельно обраний.

Марку зміцнюючого металу слід обирати як компроміс між кожним фактором зношування. Тому, коли досліджується механізм зносу, визначають, який є головним, який другорядним.

Досвід показує, що для того, щоб вибрати оптимальний метал для зміцнення наплавлення, необхідно знати наступне:

1. які основні чинники зносу; 2. яка марка основного металу деталі, що зміцнюється; 3. які способи зварювання переважно використовувати; 4. яка потрібна остаточна механічна обробка деталі.

Якщо основний фактор зношування - абразивне зношування, а другорядний - ударне зношування, то зміцнювальний метал слід застосовувати такий, щоб він мав хороший опір абразивному зношуванню, а також достатній опір ударному зношуванню. Щоб спроститизагальне уявлення про фактори зношування вони можуть бути поділені на характерні типи.

Зношування при терті металу про метал або адгезійний знос

Цей тип зносу виникає при терті однієї деталі іншу, наприклад: при обертанні валів у підшипниках, при контакті зірочок з ланцюгами, при роботі пари шестерень і т.д. Мартенситні сплави добре протистоять зносу металу на метал. Аустенітно-марганцеві і кобальтові сплави також добре пручаються цьому виду зносу. Кобальтові сплави використовуються для деталей, що працюють при високих температурах та в окислювальних середовищах.

Зазвичай контакт між поверхнями матеріалів однакової твердості дає надмірне зношування. Тому для пари тертя вибирають матеріали різної твердості.

Ударне знос

Металеві деталі деформуються, частково ламаються і навіть повністю руйнуються, якщо поверхні не захищені від впливу ударного зносу. Ударне зношування має місце в дробильному та розмольному устаткуванні, де дробляться гірські породи або гравій. При цьому утворюються дрібні абразивні частинки, тому поверхні обладнання потрібно одночасно захищати від абразивного зносу.

Аустенітно-марганцеві сталі після нагартовки поверхні чинять великий опір чистому ударному зносу, завдяки їх високій поверхневій твердості та відносно м'якій серцевині. Мартенситні сплави також чинять опір помірному ударному зносу, але меншою мірою, ніж аустенітно-марганцевисті. Інтенсивному ударному зносу схильні плити дробарок, ударні молоти, залізничні хрестовини та рейки.

Абразивне знос дрібними мінеральними частинками

Цей тип зношування виникає при ковзанні гострих частинок по металевій поверхні з різноюшвидкістю. Знос відбувається за допомогою сточування металу частинками, які подібні до маленьких ріжучих інструментів. Чим важча частка і гостріша у неї форма, тим серйозніше стирання.

Цей вид зносу зустрічається у землерийного обладнання, сільськогосподарського інструменту при транспортуванні мінералів. Завдяки відсутності ударних навантажень, тендітні високовуглецеві хромисті сталі і карбідовмісні сплави чудово протистоять цьому виду зносу.

Інтенсивне абразивне зношування за наявності тиску

Високотемпературне знос

Коли метали експлуатуються тривалий час за високих температур, вони зазвичай втрачають міцність. В результаті роботи при високих температурах з'являються термічні тріщини втоми. Термоудари, викликані циклічними термічними напругами, спостерігаються у інструментів та штампів для кування та гарячої обробки. При роботі в окисному середовищі поверхня металу покривається окисною плівкою, яка руйнується при охолодженні і повторюється процес окислення. Мартенситні сталі, що містять 5-12% хрому, мають добрий опір термічного втомного зносу. Сплави з карбідами хрому чудово пручаються зносу при температурах до 600°С. p align="justify"> Для роботи в умовах підвищених температур часто використовують сплави на нікелевій або кобальтовій основі. За високих температур працюють прокатні ролики, штампи, ножі гільйотин, пуансони, матриці для гарячої обробки металу тощо.

Основний метал

Аустенітно-марганцеві сталі повинні зварюватися без підігріву та подальшої термообробки. Температура деталей з аустенітно-марганцовистих сталей при наплавленні повинна бути не більше 200°С, оскільки ці матеріали стають крихкими при перегріві.

Способи дугового зварювання, що застосовуються принаплавлення

Нижче описані найпоширеніші способи зварювання, які застосовуються при зміцнюючій наплавці.

Ручне дугове зварювання покритими електродами, SMAW

дозволяє здійснювати наплавлення великих площ;
є порівняно недорогим способом зварювання;
є універсальним способом, що дозволяє здійснювати зміцнювальну наплавку на відкритому повітрі та в різних просторових положеннях.

Дугове зварювання порошковим дротом, FCAW

дозволяє робити зміцнюючу наплавку на різні деталі;
має високу продуктивність;
може використовуватися в польових умовах завдяки можливості проведення зварювання відкритою дугою;
при зварюванні самозахисним дротом немає необхідності застосування захисних газів.

Дугове зварювання під флюсом, SAW

виконується лише у нижньому положенні;
має високу швидкість наплавлення;
дозволяє відновлювати зношені поверхні великої протяжності;
характеризується відсутністю розбризкування металу та відсутністю світлового випромінювання при горінні дуги.

Остаточне механічне оброблення деталей, зміцнених наплавкою

Оброблюваність зміцненої поверхні визначається типом наплавленого металу, так як деякі з них можуть легко оброблятися, а деякі взагалі не обробляються механічно. Крім того, багато високолегованих наплавлених матеріалів призводять до появи "рельєфних тріщин", які формуються поперек наплавленого металу при його охолодженні і можуть впливати на основний метал. Тому перед вибором наплавлювальних матеріалів для зміцнення слід відповісти на наступні запитання: Чи потрібна токарна обробка після зварювання абобільш кращим є шліфування? Чи прийнятні рельєфні тріщини?

Як правило, якщо твердість наплавленого металу менше 40 HRC, то можлива токарна обробка. Якщо твердість більша за 40 HRC, то необхідне шліфування. Рельєфні тріщини часто не надають згубного впливу на якість наплавлення і не є причиною сколювання металу та руйнування деталей. Однак, якщо деталі піддаються інтенсивному навантаженню з вигином, необхідно наносити пластичні буферні шари перед зміцнюючою наплавкою, щоб запобігти розвитку тріщин в основному металі. Імовірність появи рельєфних тріщин зростає при низьких значеннях зварювального струму та високих швидкостях зварювання.

Типи наплавлювальних матеріалів

Наплавні матеріали можуть бути розділені на групи відповідно до їх характеристик, властивостей та опірності зносу:

Метали на основі заліза:

Метали на основі інших металів:

сплави на кобальтовій основі;
сплави на основі нікелевої основі.

Властивості перерахованих наплавних матеріалів такі:

мають чудовий опір ударному зносу;
добре підходять для відновлення геометрії зношених деталей;
мають хороший опір абразивному зносу.

використовуються при відновленні геометрії зношених деталей і для зміцнення наплавлення;
мають хорошу зносостійкість при терті металу про метал;
мають хороший опір ударному зносу;
мають хороший опір абразивному зносу.

мають прекрасний опір абразивному зносу;
мають хорошу термічну стійкість;
мають гарну корозійну стійкість;
характеризуються низьким опором ударному зносу.

Сплави на кобальтовій та нікелевій основі: