Малафеев Ю.М., Казарян Г.А.

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», г. Киев

НАПЛАВКА ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Промышленности развитых стран мира ежегодно несут огромные убытки из-за износа ответственных деталей, вызывающих остановку оборудования и их ремонт, а это, в сою очередь, приводит к значительному снижению производительности предприятий. Проблема восстановления поверхностей таких ответственных деталей может быть решена путем наплавки сплавов, содержащих легирующие элементы. Это приводит к упрочнению рабочих поверхностей деталей. Широко распространенным и эффективным способом восстановления, с учетом стоимости реализуемой технологии, является электродуговая наплавка. Этот метод позволяет продлить срок службы металлических изделий нанесением на их поверхность упрочненного слоя, обеспечивающего значительное повышение стойкости детали в сравнении с новым ее изготовлением. Наплавки применяют не только для восстановления изношенных поверхностей, но и для придания специальных свойств поверхностям новых изделий перед введением их в эксплуатацию. Метод наплавки имеет следующие преимущества [1, 3]:

- уменьшает количество запасных частей эксплуатируемого оборудования;

- сокращает время простоя оборудования, что повышает эффективность;

- удешевляет стоимость изделия за счет дешевых материалов основной части детали;

- уменьшает затраты на обслуживание оборудования.

Процесс наплавки является многофакторным и качество наплавленных поверхностей зависит от широкого спектра ее параметров. Наиболее сложной является наплавка сплавов. В этом случае для реализации процесса требуются такие режимы и материалы, которые отличается от применяемых в сварочном производстве. Это объясняется тем, что высоколегированные сплавы обладают повышенной склонностью к образованию трещин и необходимостью точного обеспечения требуемого химического состава наплавленного металла, их высокой чувствительностью к образованию пористости, повышенной окисляемостью легирующих элементов, ликвацией. С целью предотвращения возникновения этих дефектов применяют следующие меры:

1. Операция подготовки поверхности деталей под наплавку. Перед началом наплавки высоколегированных сплавов поверхности деталей должны быть очищены от оксидных пленок и жировых загрязнений. Это обеспечивается: механической обработкой разными видами металлорежущих инструментов (резцы, фрезы, шлифовальные круги); последующим обезжириванием органическими растворителями или обработкой химически активными флюсами.

2. Внедрение технологий, обеспечивающих минимальное проплавление основного металла. Выбор технологий наплавки связан в первую очередь с обеспечением требуемого количества легирующих элементов в наплавенном металле, формирующим нужные свойства детали. Проплавление основного металла и его перемешивание с наплавленным должно быть близким к нулю. Это условие обеспечивают такие способы наплавки: плазменная; индукционная наплавка заливкой жидкого присадочного металла; электрошлаковая двумя электродными лентами; смешанные технологии наплавки.

3. Защита сварочной ванны в среде инертных газов. Достаточно часто наплавки металла осуществляют в среде защитного газа. Это обеспечивает защиту сварной ванны и зону горения электрической дуги от вредного воздействия кислорода и азота. В качестве защитных газов используют углекислый газ, гелий, аргон.

4. Предварительный подогрев и влияние на первичную структуру основного метала. Прогревание изделия перед началом наплавки необходимо во всех случаях, как минимум, до комнатной температуры (20 - 40° С). Выполнение этого условия необходимо при работе с обычными сталями. Стали с повышенным содержания углерода и легирующих элементов, как правило, необходимо подогревать до более высоких температур. Такой подогрев способствует предотвращению появления внутренних трещин, трещин в наплавленном металле, выкрашиванию наплавленного слоя.

5. Контроль скорости охлаждения. Скорость охлаждения наплавленной детали влияет на износостойкость некоторых сплавов, а также существенно влияет на хрупкость и разрушение наплавленного металла и деформацию детали. Охлаждение должно быть медленным, даже если условия закаливания будут ухудшаться.

6. Термическая обработка после наплавки. Завершающим этапом наплавки высоколегированных сплавов является термообработка отпуском. Режим отпуска зависит от марки сплава. Так для никель-хромового сплава НХ15СР2 применяют высокий отпуск при температуре 600...700° С в течение 3...24 часов для перераспределения внутренних напряжений. Сокращенную термообработку в виде двух- или трехкратного отпуска при 560° С применяют для быстрорежущих сталей. Отпуск не только снижает остаточные внутренние напряжения в стали, но и закаляет ее на воздухе в процессе наплавки, повышает вторичную твердость до НRС 63...64 для вольфрамомолибденовых сталей и до НRС 66 ... 67 для кобальтовых сталей [1, 2, 3].

В дальнейших исследованиях предполагается:

- проведение обоснования ширины зоны начального контакта;

- определение диапазона диаметров восстанавливаемых валов;

- исследование пришовной зоны, возникающей при наплавлении;

- проведение оптимизации процесса наплавления;

- обоснование применения термообработки после наплавления.

Литература:

1. И.А. Бартенев. Технологические особенности наплавки высоколегированных сплавов. Автоматическая сварка - 2011. - № 5. – с. 53-56.

2. В.В. Купаев. Термическая обработка металлов при выполнении сварочных работ. Вестник НГИЭИ - 2014. - № 4(35). - с. 78-83.

3. Износостойкие наплавочные материалы. [Электронный ресурс] www.gamma.com.kz/admin/.../iznosostoykie_naplavki.pdf