§ 47. НАПЛАВКА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

Большое количество деталей машин, меха­низмов и инструмента выходит из строя в связи с износом вследствие истирания, эрозии и кавитации.

Современная техника располагает различными ме­тодами повышения срока службы и упрочнения деталей, подверженных интенсивному износу, но одним из наибо­лее рациональных методов является наплавка. Наплавку твердыми сплавами сейчас производят не только при восстановлении изношенных, но и при изготовлении новых деталей машин и механизмов. Поэтому объем наплавоч­ных работ очень велик и непрерывно возрастает, вместе с этим растет номенклатура используемых материалов и разнообразие способов наплавки.

Характеристика наплавочных материалов и способов наплавки

Материалы для наплавки по способу их производства обычно подразделяют на следующие основ­ные группы: порошкообразные смеси, литые твердые
сплавы и электродные материалы. К ним относятся элек­троды для ручной дуговой наплавки (ГОСТ 10051—75), литые, трубчатые порошковые электроды, а также мате­риалы для механизированных способов наплавки: прово­лока и лента сплошная, проволока и лента порошко­вые и др.

Преимуществами ручных способов наплавки твердых сплавов является возможность использования обычного

сварочного оборудования и возможность выполне­ния наплавки деталей сложной конфигурации. К недостаткам ручных спо­собов наплавки можно отнести невысокую произ­водительность, повышен­ные требования к квали­фикации сварщиков и тяжелые условия труда.

Порошкообразные на­плавочные материалы и технология их наплавки. Порошкообразные напла­вочные материалы пред­ставляют механическую смесь зерен металлов, фер­росплавов и металличе­ских соединений с угле­родом. Химический состав некоторых порошкообразных наплавочных материалов приведен в табл. 62.

Наплавка порошкообразных наплавочных материалов может производиться угольной дугой на постоянном токе прямой полярности или током высокой частоты на очи­щенную от загрязнений поверхность.

При наплавке угольной дугой (рис. 145) кромки де­тали подформовываются пластинами / из графита или меди; на наплавленную поверхность насыпается слой прокаленной буры 2 высотой 0,2—0,3 мм и слой порошко­образного материала 3, толщина которого после уплот­нения должна быть в два раза больше высоты наплавки, которая обычно равна 2—3 мм. Затем дуга возбуждается на основном металле, переносится на порошкообразный материал, и при поступательно-зигзагообразном движе­нии электрода по всей ширине наплавляемой полоски
производится одновременное рас­плавление шихты и основного материала, который после охлаж­дения образует слой твердого сплава. При необходимости по­лучения более высокой наплавки, наплавка ведется в несколько слоев. Для уменьшения вероятнос­ти образования трещин и умень­шения остаточных деформаций детали сложной формы рекомен­дуется подогреть до 500 °С. По окончании наплавки следует обес­печить медленное охлаждение де­талей, для чего их помещают в горячий песок, покрывают асбес­том и т. д.

При наплавке токами высокой частоты необходимая тепловая энергия в нагреваемом изделии получается за счет электромагнит­ного поля, создаваемого в индук­торе, к которому подводится ток ог высокочастотного генератора. Материал для наплавки подго­тавливается в виде пасты, брикета или смеси порошкообразного ма­териала с флюсом, обычно бурой.

Наплавка токами высокой час­тоты имеет ряд преимуществ перед другими методами наплавки:

1) малый нагрев и небольшая глубина проплавления основного металла;

2) высокая производительность процесса и большие возможности автоматизации.

В последние годы для полу­чения износостойкой наплавки ис­пользуется механическая смесь мелких зерен борида хрома с же­лезным порошком (КБХ). Этот порошкообразный материал зна­чительно дешевле подобных ма-

териалов на базе карбидов вольфрама и мало уступает ему в отношении износостойкости. Так, порошкообраз­ный материал на базе борида хрома, обеспечивающий наплавленный металл Х35Р5 (0,1 % С, 7,7 % В, 35 % Сг, остальное Fe) имеет твердость 80—85 HR А.

Электроды для дуговой наплавки твердых сплавов. К электродным твердым сплавам для ручной дуговой наплавки относятся сплавы, получаемые за счет расплав­ления сплошного электродного стержня, в том числе и стержней, получаемых отливкой в кокиль, а также труб­чатых электродов со стальной оболочкой, имеющих серд­цевину и толстое покрытие. Легирование металла в этих случаях может осуществляться тремя способами:

1) через толстое покрытие электрода, сердцевину и покрытие порошкового электрода (стержень и оболочка в этом случае изготовляются из низкоуглеродистой стали);

2) через стержень (покрытие в этом случае шихтуется из шлакообразующих и газозащитных материалов);

3) через стержень и покрытие — это так называемое комбинированное легирование, когда стержень изготов­ляется из стали, содержащей лишь некоторые легирую­щие элементы, а необходимая степень легирования на­плавленного металла достигается за счет введения осталь­ной части легирующих элементов в покрытие. Различные типы электродов для дуговой наплавки твердых сплавов, изготовленные в соответствии с ГОСТ 10051—75, обеспе­чивают все три способа легирования металла шва.

Увеличение степени легирования через покрытие при­водит к заметному увеличению коэффициента покрытия. Так, kn электродов марки Т-620 составляет 1,65, что соз­дает определенные трудности при изготовлении и произ­водстве наплавочных работ. Этого недостатка лишены

электроды на базе литых твердых сплавов и порошковые электроды.

Электроды со стержнями из литых твердых сплавов* К литым твердым сплавам относятся стеллиты марок В2К и ВЗК, а также стеллитоподобные их заменители сормайт-1 и сормайт-2 (табл. 63). Получают стеллиты путем сплавления в индукционных печах при темпера­туре 1400—1600 °С из шихты, состоящей из кобальта, хрома, вольфрама, битого стекла, древесного угля или кокса. Разливкой расплава в кокиль получаем стержни диаметром 4—7 мм длиной 250—300 мм.

Стеллиты используются для наплавки на уплотни­тельные и трущиеся поверхности арматуры, изготовлен­ной из антикоррозионной и углеродистой стали, рабо­тающей в агрессивных средах и в условиях повышенных температур (до 600 °С). Наплавка производится толсто­покрытыми электродами марки ЦН-2 (имеющими стер­жень из стеллита ВЗК), соответствующими наплавоч­ными электродами типа Э-190К62Х29В5С2. Наплавку следует производить в нижнем положении постоянным током обратной полярности с минимальным проплавле­нием основного металла с предварительным и сопутствую­щим подогревом массивных деталей до 700—800 °С. Сва­рочный ток подбирается из расчета 30 А на 1 мм диаметра стержня.

Железохромоуглеродистый сплав сормайт-1 является заэвтектическим сплавом, приближающимся по струк­туре к высокохромистым нержавеющим чугунам. Прак­тически не поддается термической обработке. Сормайт-2— доэвтектический сплав, поддается термической обработке и после отжига можно производить обработку наплав­ленного металла обычным режущим инструментом. Сор-

майты обладают износостойкостью, жаростойкостью и устойчивостью к коррозии. Наплавка сормайтом произ­водится толстопокрытыми электродами марок ЦС-1 и ЦС-2. Первая марка соответствует типу Э-300Х28С4Н4 и предназначена для наплавки на быстроизиашивающиеся детали машин, станков, металлургическое оборудование и нефтяную арматуру. Вторая марка ЦС-2 предназначена для наплавки штампов, пуансонов, ножей и др.

Порошковые электроды. Эти электроды имеют стер­жень из порошковой проволоки и толстое, обычно основ­ное, покрытие. Меняя состав порошкового наполнителя, можно получить наплавленный металл различного со­става и свойств. Эти электроды маркируются буквами ПЭ (порошковые электроды), затем следует обозначение марки металла, получающегося в результате наплавки, по при­нятой системе маркировки сталей. Например, электроды ПЭ-6ХЗВ10 при наплавке ими на сталь марки ЗХ2В8 обеспечивают получение наплавленного металла следую­щего химического состава: 0,5 % С, 3 % Сг, 10,4 % W, 0,25 % V. Такой металл наплавки соответствует стали марки 5ХЗВ10. Твердость этого металла после закалки и отпуска при температуре 580 °С — 63—64 HRQ.

Порошковые электроды более производительны, чем стержневые и имеют коэффициент наплавки 11—12 г/(А - ч). Применяются также порошковые электроды (марок ПЭ-11Х4ВЮ, ПЭ-Р9 и др.'В процессе наплавки порошко­вым электродом наполнитель плавится быстрее, чем оболочка электрода. Это улучшает защиту легирующих элементов расплавленного металла от окружающего воз­духа и коэффициент их усвоения возрастает: для марганца он равен 0,85, для углерода 0,9.

В тех случаях, когда металл наплавки и зона терми­ческого влияния склонны к закалке на воздухе, наплавку следует производить с предварительным и сопутствующим подогревом от 300 до 600 СС в зависимости от степени чувствительности стали к термическому циклу наплавки. По окончании наплавки следует обеспечить медленное охлаждение деталей.