CC BY
61
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ХРОМОВАНАДИЕВЫХ ЧУГУНОВ В ВИДЕ НАПЛАВОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Грядунов С.С., Коньшаков М.В., Шугаев Ю.В.
(БГИТА, г. Брянск, РФ)
The analysis of an opportunity of use of some materials for наплавки on a detail of machines.
Проблема преждевременного износа деталей и узлов лесозаготовительного оборудования работающего в условиях абразивного и ударно-абразивного изнашивания, имеет большое значение, особенно в настоящее время, когда оборудование практически все предприятий существенно изношено, а перспективы его замены на новое в ближайшее время нет в связи с общим падением производства и отсутствием средств на изготовление или покупку других машин и механизмов. Частые остановки оборудования для замены вышедших из строя деталей новыми, приводят к значительному снижению производительности труда, качества продукции, нарушают ритмичность процесса производства, вызывают непроизводственные затраты металла на изготовление сменных деталей, создают необходимость в содержании специальных ремонтных бригад, существенно затрудняют, а иногда и совершенно исключают возможность механизации и автоматизации производства.
Для изготовления быстроизнашиваемых деталей используется много различных материалов. В целях увеличения долговечности машин применяются сложные по составу сплавы, содержащие дефицитные и дорогостоящие легирующие элементы. В некоторых случаях сложнолегированные стали применяются для условий, в которых не используются все возможности, заложенные в них легированием.
Проведенные ранее исследования показали, что наиболее перспективными материалами, при изнашивании в условиях деталей лесных машин являются сплавы с высокой исходной твердостью (56-65 НЯСэ), содержанием в структуре до 25-30% упрочняющей избыточной твердой фазы, расположенной в мартенситно-аустенитной матрице. Повышение пластичности матрицы в ущерб ее износостойкости необходимо для удержания большого количества избыточной фазы.
Указанным требованиям, на наш взгляд, достаточно хорошо отвечают сплавы системы Fe-C-Cr-V, которые не содержат в своем составе дефицитных элементов. Данные сплавы обладают высокими потенциальными возможностями, поскольку позволяют выбрать те необходимые оптимальные соотношения количества упрочняющей фазы и типа матрицы, которые обеспечивают максимальную износостойкость металла в условиях эксплуатации рабочих органов лесных машин. При этом в хромованадиевых белых чугунах можно реализовать эффект
композиционного упрочнения. Под композиционным упрочнением понимается упрочнение за счет объемного армирования матрицы сплавов карбидной фазой в виде дендритообразного каркаса, вследствие чего указанные материалы обладают высоким комплексом механических и противоизносных свойств.
Однако, несмотря на все преимущества хромованадиевых чугунов, недостаточно изученным оказался вопрос, связанный с наплавкой данных материалов. Применение наплавочных процессов позволит многократно восстанавливать изношенные детали лесных машин, а также создавать поверхностный слой с требуемыми технологическими и эксплуатационными свойствами, который во много раз превышают ресурс работы изделий, значительно сокращает расход конструкционных и легированных инструментальных сталей и снижает трудоемкость их изготовления.
В связи с этим встает задача применения хромованадиевых белых чугунов в качестве наплавочных материалов. Сложность этой задачи заключается в том, что помимо химического соответствия наплавленного материала необходимо добиться его структурного соответствия, эффекта композиционного упрочнения.
С целью оптимизации химического состава и решения задачи максимального увеличения способности наплавленного материала к сопротивлению изнашивания был проведен ряд экспериментов. В качестве способов получения наплавленного слоя были выбраны наплава электродами в среде защитных газов и наплавка порошковыми смесями.
Для наплавки электродами были изготовлены стержневые электроды методом отливки в песчано-глинистую форму прутков диаметром 6 мм и длиной 350 мм. Однако данный способ получения имеет существенные недостатки наблюдалась разнотолщинность электродов не только в партии, но и по длине прутка, электроды необходимо дополнительно очищать от пригоревшей песчано-глинистой смеси. В связи с этим для аргонно -дуговой наплавки использовался прутковый наплавочный материал. Прутки изготавливали литьем в кварцевые трубки, внутренний диаметр которых составлял 4 мм. длина прутков 500 мм Температура жидкого металла при заливке составляла 1400-1450 °С.
Наплавку осуществляли неплавящимся электродом при токе до 500 А. На материал «подложку» наплавлялся слой материала в виде бочонков диаметром 20-25 мм и высотой 8-10 мм, из которых вырезались образцы для испытаний.
Проведенный рентгеноспектральный анализ полученных наплавкой и эталонного (литого) образцов показал, что характер спектрограммы этих образцов несущественно отличается друг от друга, при этом содержание основных легирующих элементов остается на заданном уровне (Рисунок 1). Твердость наплавленных образцов составляла 58-62 НЯСэ.
Для индукционной (высокочастотной) наплавки основанной на использовании токов высокой частоты для нагрева и расплавления металла изготовляли шихту, состоящую из смеси порошка компонентов сплава и
флюса. Компоненты порошка измельчались в механической мельнице и просеивались через сито, размер частиц порошка не превышал 0,25 мм. В качестве флюса применялся плавленый флюс состоящий из 60% борной кислоты, 16% буры технической, которую предварительно обезвоживали при температуре 110 °С в печи в течение 12 часов, 18% силикокальция и 6% соды кальцинированной. Данный флюс обладает большой скоростью раскисления наплавляемого металла, улучшает теплоотдачу от основного металла к шихте и предотвращает взаимодействие жидкой ванны с окружающей средой [3]. Индукционная наплавка выполнялась с односторонним нагревом, т.е. во внешнем поле индуктора. Деталь располагалась под индуктором, перед наплавкой ее предварительно прогревали до температуры 250-300 °С. Наплавку производили при токе 7 А, напряжении 10 кВ, частоте 14000 Гц. На плоский образец наплавляли 1-3 слоя сплава. Толщина одного слоя наплавки составляла 1,8-2 мм. Постоянство толщины наплавки зависит от равномерности насыпки шихты, стабильности процесса плавления и величины электромагнитного давления поля индуктора на расплавленный металл. В процессе остывания образца происходило самоотделение шлака.
а) б)
Рисунок 1 - спектрограммы полученного а) наплавкой и б) эталонного (литого) образцов
Существенным недостатком при наплавке порошковыми смесями является невозможность производить наплавку на элементы имеющие небольшую массу. При наплавке на такие детали наблюдалось расплавление подложки, а порошковая смесь, неуспевала расплавится и спекалась. Однако восстановление порошковыми смесями для небольших деталей все же
возможно. Эффективным способом снижения отрицательного теплового воздействия является увеличение скорости теплоотвода с использованием медных водоохлаждаемых кристаллизаторов.
Литература
1. Виноградов В.Н. Сорокин Г.М. Износостойкость сталей и сплавов. - М: Нефть и газ, 1994. - 413 с.
2. Лившиц Л.С., Гринберг Н.А.. Куркуммелли Э.Г. Основы легирования наплавленного металла.-М.: Машинострое-ние. 1989.-188с.
3. Ткачев В.Н. и др. Методы повышения долговечное [и деталей машин. -М.: Машиностроение. 1971. -272 с.
