Технология машиностроений

Изделия с наплавками из твердых сплавов, механическая обработка которых технологически затруднена, подвергают смягчающей термообработке, а после механической обработки их наплавленный металл зачастую вновь подвергают термообработке для придания заданной твердости.

 

 

Шлифование и резание оказывают определенное механическое и тепловое воздействие на обрабатываемую поверхность, создает опасность возникновения трещин в твердом, хрупком металле. Поэтому механическую обработку наплавленного слоя стеллита осуществляют с помощью режущих твердосплавных пластин (из кар бида вольфрама) в условиях малой глубины резания при небольшой подаче. Для шлифования, также сопровождающегося быстрым локальным разогревом и охлаждением обрабатываемого металла, необходимо выбирать оптимальный режим, исключающий чрезмерный его разогрев.

Контроль качества наплавки. Применяют следующие методы контроля:

1) внешний осмотр для  контроля формы наплавленных  валиков, выявления подрезов и наплывов, поверхностных трещин и проверки размеров с использованием лупы с небольшим увеличением и измерительных инструментов. Этот метод контроля, отличающийся простотой осуществления, не требует больших материальных затрат;

   2) капиллярная дефектоскопия с использованием проникающих жидкостей. Поверхность изделия покрывают специальной жидкостью (пенетрантом), проникание которой в выходящие на поверхность трещины и раковины позволяет выявить эти дефекты.

Проникающие жидкости бывают люминесцентными и цветными (например, красная краска). Для контроля качества наплавки широко используют цветной метод контроля, позволяющий с высокой чувствительностью выявить дефекты по всей поверхности наплавленного металла;

3) ультразвуковая дефектоскопия, состоящая в том, что в изделие с помощью зонда направляют ультразвуковой импульс (звуковые волны высокой частоты — 0,5—15 МГц) и по характеру отраженной волны судят о наличии дефектов, их величине и местах расположения;

4) дефектоскопия рентгенографическим  методом, основанным на применении  рентгеновского и гамма-излучения; в настоящее время наиболее распространенный метод неразрушающего контроля. На метод контроля металлов с использованием проникающего излучения утвержден промышленный стандарт;

 

5) измерение твердости  разными способами: по Виккерсу, Роквеллу, Бринеллю и Шору. Все  способы измерения, кроме способа  по Шору, заключаются в статическом  вдавливании наконечника алмазной  пирамидки, конуса или стального  шарика, оставляющих отпечаток при  их вдавливании в поверхность  изделия.

Измерение твердости по Шору заключается в сбрасывании стержня с алмазным наконечником или стального шарика на изделие с определенной высоты и измерении высоты отскакивания. Некоторые приборы для измерения твердости по Шору снабжены индикатором с цифровой шкалой, тогда как другие приборы этого типа не имеют такой шкалы, а твердость отсчитывают путем визуальной оценки высоты отскакивания стального шарика. Преимущество способа измерения твердости по Шору связано с простотой обращения, однако надежность результатов невысокая;

6) определение содержания  феррита, необходимого при наплавке аустенитной коррозионно-стойкой стали для предотвращения горячих трещин. Контроль качества изделий после наплавки зачастую включает определение содержания феррита, количество которого для такого наплавленного металла должно составлять несколько процентов. От этого содержания зависят также однородность и пластичность наплавленного металла в состоянии после термообработки.

Содержание феррита в лабораторных условиях определяют двумя способами: 1) подсчетом занимаемой им площади на микроснимках структуры; 2) расчетом по химическому составу с использованием структурных диаграмм Шеффлера и Делонга. На практике при контроле качества наплавленных изделий используют исключительно магнитный способ измерения как метод неразрушающего контроля.

В практике металловедения применяют разнообразные способы определения содержания феррита, основанные на использовании магнитных свойств, таких как силы магнитного притяжения (контактные магнитные приборы — ферритометры), магнитной индукции (ферритоскопы, приборы для измерения

 

магнитной проницаемости). Находят применение также ферритные индикаторы, действие которых основано на сопоставлении магнитных сил.

 

13.2.4 Дефекты  наплавки и методы их предотвращения

 

Трещины. При наплавке на основной металл с неудовлетворительной свариваемостью или при высокой твердости наплавленного металла зачастую образуются сварочные трещины, что может быть связано с чрезмерно большими термическими напряжениями, возникающими, в частности, при сплошной наплавке по большой поверхности.

Для предотвращения образования трещин обычно применяют следующие меры: 1) предварительный и сопутствующий подогрев во время наплавки для поддержания заданной температуры нагрева основного металла; 2) нагрев изделий непосредственно после наплавки и замедленное охлаждение наплавленного металла; 3) последующую термообработку для снятия напряжений; 4) наплавку пластичного подслоя на поверхность основного металла, обладающего неудовлетворительной свариваемостью; 5) уменьшение числа слоев при многослойной износостойкой наплавке; 6) выбор для износостойкой наплавки способов, вызывающих меньшие термические напряжения в изделиях; при наплавке участков поверхности с потенциальной концентрацией напряжений следует применять, например, наплавку в два приема; 7) правильный выбор наплавочного материала для первого слоя коррозионно-стойкой наплавки с учетом характера влияния основного металла на состав наплавленного слоя; 8) выполнение наплавки только после удаления с поверхности основного металла поверхностного слоя, содержащего дефекты или имеющего повышенную твердость.

При наплавке боросодержащего мартенситного материала, осуществляемой с целью повышения износостойкости изделия, наличие небольших трещин в наплавленном металле иногда допустимо.

 

 

Поры и раковины. Для предотвращения образования пор и раковин необходимо: 1) зачищать поверхности основного металла от ржавчины, масла и других загрязнений; 2) обеспечивать хранение флюса и наплавочных материалов в условиях, исключающих поглощение влаги, и их прокалку перед использованием для наплавки; 3) воздерживаться от подачи наплавочного материала к очагу наплавки до момента запотевания поверхности основного металла при газовой наплавке и от резкого удаления пламени при окончании наплавки, применять горючие смеси, обеспечивающие получение науглероживающего пламени; 4) воздерживаться от применения при дуговой наплавке большой силы тока и излишних поперечных колебаний электрода, поддерживать оптимальную длину дуги; 5) предотвращать проведение наплавки в условиях неудовлетворительной защиты зоны дуги (обеспечение необходимой защиты сварочной ванны флюсом-шлаком или защитным газом).

Подрезы. Для предотвращения подрезов, особенно характерных для наплавки ленточными электродами, необходимо:

1) исключать наклон наплавляемой  поверхности более чем на 3°  к горизонту;

2) воздерживаться от чрезмерного  повышения скорости наплавки;

3) обеспечивать надлежащее  положение дуги, исключающее магнитное дутье;

4) выбирать оптимальный способ наложения валиков с необходимым их перекрытием.

Прочие дефекты. Кроме перечисленных, возможно возникновение других дефектов, в том числе застревание шлака в наплавленном металле, неудовлетворительное сплавление наплавленного слоя с подложкой, деформация изделия и др.

Связанные с застреванием шлака и плохим сплавлением дефекты возникают при недостаточной силе тока и низком напряжении при дуговой наплавке или при неправильном манипулировании — подаче присадочного материала. Для

 

 

предотвращения таких дефектов необходим правильный выбор способа и режима наплавки.

Одна из серьезнейших проблем наплавки — деформация изделий, для предотвращения которой применяют равномерный предварительный подогрев изделия, различные приемы наплавки, исключающие неравномерную деформацию изделия, сварочные приспособления, зажимные устройства и др. Предварительная оценка возможной деформации составляет важнейшую предпосылку правильного выбора мер предотвращения ее при наплавке.

13.3 Применение  наплавки

 

В настоящей главе приведены некоторые практические рекомендации, относящиеся к применению наплавки для восстановления и повышения износостойкости деталей машин разнообразного назначения.

Строительные машины. Наплавку применяют с целью повышения износостойкости различных деталей строительных машин, в частности при ремонте бульдозеров и одноковшовых экскаваторов для восстановления изношенных деталей.

Рабочие органы и другие детали этих машин работают в условиях интенсивного износа при контакте с грунтом или скальными породами. К числу деталей, подвергаемых восстановлению наплавкой, относятся режущие кромки бульдозерных отвалов, зубья ковшей экскаватора и детали ходовой части (катки, траки, ленивцы, звездочки, башмаки и др.).

Интенсивность изнашивания деталей зависит от условий работы строительных машин. На рисунке 13.3.1 показана зависимость относительного износа деталей из углеродистой стали (износ определен по отношению к износу низкоуглеродистой стали с твердостью HV 120) от твердости стали. При работе в контакте с песком повышение твердости материала сопровождается линейным снижением относительного износа. Вместе с тем при работе в условиях умеренного и сильного изнашивания (гравий, щебень) кривая твердость — износ имеет ломаный характер: повышение твердости до HV 400— 500 сопровождается

 

заметным снижением износа, но при дальнейшем ее повышении относительный износ почти не изменяется. Округляя значения, соответствующие перелому кривой, относительный износ можно приближенно выразить в следующем виде:

 

Условия незначительного изнашивания:                       γ=1,15е-1,15х;         (13.3.1)

Условия изнашивания средней интенсивности:           γ=1,40е-2,8х;         (13.3.2) 
Условия интенсивного изнашивания:                            γ=1,65е-4,1х;         (13.3.3)

x=HV/1000.

 

 

Рисунок 13.3.1 – Зависимость относительного износа у образцов из углеродистой стали от ее твердости:

__________  – средние   экспериментальные данные, --------- – результаты расчета по уравнениям (13.3.1), (13.3.2) и 13.3.3); 1 — низкоуглеродистая сталь (HV120); 2 — условия незначительного изнашивания (песок); 3 — условия изнашивания средней интенсивности (пизолит); 4 — условия интенсивного изнашивания (щебень).

 

Эти уравнения зависимости величины относительного износа от твердости материала образцов хорошо согласуются с экспериментальной зависимостью для реальных деталей машин. На рисунке 13.3.2 приведены данные по относительной износостойкости ножей режущих органов строительных машин, работающих в условиях изнашивания различной интенсивности. При работе деталей в сложных

 

условиях основным фактором, определяющим их износостойкость, является правильный выбор износостойкого материала.

 

 

Рисунок 13.3.2 –  Относительный износ у ножей  строительных  машин,  по данным   К. Дайте;   у — упрочнение:

О — одноковшовый экскаватор, условия незначительного изнашивания; Δ — одноковшовый экскаватор; условия интенсивного изнашивания; — бульдозер, условия незначительного изнашивания; — бульдозер, условия интенсивного изнашивания; X — скрепер.

 

Катки, траки, ленивцы и другие детали гусеничной ходовой части подвергают обычно автоматической наплавке под флюсом или в среде углекислого газа, обеспечивающей высокопроизводительное нанесение ровного слоя износостойкого сплава на рабочие поверхности деталей (таблица 13.3.1). Зубья и ведущие звездочки подвергают ручной или полуавтоматической наплавке.

 

 

 

 

 

 

Таблица 13.3.1 – Режимы автоматической наплавки под флюсом износостойких покрытий.

Детали	IД, В	UД, В	Температура, °С		Средняя толщина наплавки, мм	Число слоев
			подогрева	металла наплавки
Катки Ленивцы Траки	325—350 325—350 350—375	28 28 30	250 250 200	200—250 200—250 150—200	6 7 4	3 3 2

 

Землечерпальные суда. В зависимости от назначения машины этого класса подразделяют на землесосные снаряды, драговые землесосы, храповые дноуглубительные снаряды, многоковшовые землечерпалки, одночерпаковые драги и др. Наиболее широкое применение имеют землесосные снаряды, служащие для выемки с морского дна песка и породы с помощью ротационной врубной головки и выбрасывания грунта с помощью насоса на большое расстояние от места его выемки.

Наплавке подвергают следующие основные детали землесосных снарядов: корпуса насосов, рабочие колеса, ножи врубных головок, изготовляемых, как видно из таблицы 13.3.2, из сталей различных типов.

Врубная головка (рисунок 13.3.3) содержит каркас с закрепленными на нем зубьями, которые при работе землесосного снаряда врубаются в породу. Для выемки глины и другого мягкого и вязкого грунта используют врубные головки лопастного типа, подвергающиеся абразивному износу. Для наплавки таких врубных головок используют обычные наплавочные материалы, предназначенные для повышения стойкости к абразивному изнашиванию.