CC BY
13
УДК 621.791.92
Зусин В.Я., Кабанец АН., Носовская О.Б., Конкевич В.Ю.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРИСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ НАПЛАВКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Применяемая в настоящее время порошковая лента для наплавки алюминиевых сплавов позволяет в широких ¡пределах изменять качественный состав наплавленного металла. Это достигается введением в состав необходимых элементов как в виде лигатуры сердечника, так и в виде отдельных порошков. Однако, количественный состав наплавки ограничен образованием при кристаллизации сварочной ванны нежелательных массивов интерметалл идов алюминия, кремния, железа и меди в структуре и выделением свободного кремния в виде игл, что приводит к снижению механических характеристик наплавленного металла.
Фиксация состава расплава при скорости кристаллизации около 103 К/с обеспечивает получение материала с мелкодисперсной структурой и позволяет повысить степень легирования сплава. Такие скорости кристаллизации характерны для процесса получения гранулированных порошков. При гранулировании удается обеспечить получение интерметаллидов в дисперсном виде, и эта дисперсность сохраняется в сварном шве, так как скорость охлаждения при кристаллизации сварочной ванны достаточно высока, чтобы обеспечить определенное пересыщение твердого раствора, а также дисперсность интерметалл ид ных фаз. Интерметалл ид, образовавшийся в слитке, практически не изменится при деформации слитка, а также не успеет раствориться в сварочной ванне. Таким образом, перспективным является применение для наплавки порошковой ленты с наполнителем, изготовленным методом порошковой металлургии [1].
Общий для всех алюминиевых ставов дефект - водородная пористость, возникающая как при наплавке, так и прк литье. Анализ источников водорода в сварочной ванне при наплавке порошковой лентой показывает, что водород попадает в жвдкий металл двумя путями [2]. Первый путь - с материалом наплавляемой детали, оболочки и наполнителя порошковой ленты. Второй - с поверхности порошка наполнителя, оболочки и наплавляемой детали. Для уменьшения концентрации растворенного водорода в жидком металле ниже предельного значения 0,69 см3/100г необходима дегазация порошка наполнителя и тщательная подготовка поверхностей оболочки и наплавляемой детали.
В работе [3] показано, что для получения плотного наплавленного металла можно намеренно насыщать сварочную ванну водородом. Это вызовет бурную дегазацию при охлаждении и обеспечит практически полное отсутствие пор во внутреннем объеме наплавки. Однако, в верхнем слое избежать пористости удается не всегда. Поэтому такой вариант наплавки целесообразно применять в случае, когда верхний слой наплавленного металла подлежит удалению.
Технологический процесс изготовленья гранулированных порошков из алюминиевых сплавов включает в себя вакуумвую дегазацию. Это позволяет снизить содержание водорода в материале гранул до 0,1 -0,15 см3/100 г. Форма гранул, близкая к сферической, максимально уменьшает площадь их поверхности. Таким образом, при использовании гранулированных порошков в качестве наполнителя порошковой ленты, содержание водорода в сварочной ванне зависит преимущественно от величины и качества подготовки поверхности оболочки и наплйвляемой детали, размера гранул, содержания газа в основном металле. Исследование металла наплавки, полученной порошковой проволокой с гранулами, показало наличие одиночных пор, что не удовлетворяет требованиям к качеству наплавки.
Избавиться от влияния оболочки на пористость наплавки позволяет переход от порошковой проволоки к проволоке сплошного сечения, изготовленной из гранулированного порошка, прессованием с последующим волочением. Содержание-растворенного водорода в такой проволоке не превышает 0,20 см3/100 г, .что существенно
снижает вероятность порообразования при наплавке. Исследования, проводимые в АО ВИЛС, свидетельствуют о том, что, при аргоно-дуговой наплавке на поверхность сплава АЛ-25 с применением композиционной проволоки в качестве присадки, поры в наплавленном металле отсутствуют. Это открывает перспективы для промышленного использования композиционных проволок при наплавке алюминиевых сплавов. По результатам исследований для упрочняющей наплавки алюминиевых сплавов предложены дае проволоки: 1 - дешевая проволока, получаемая прессованием с последующим волочением из гранул одного состава, экономно легированная дорогими дефицитными компонентами (Св 01397); 2 - композиционная проволока, с высоким уровнем легирования, предназначенная для наплавки на поршни, работающие в условиях форсированных режимов (Св 01399). Для повышения пластичности в состав проволоки Св 01397, получаемой из гранул одного состава, введено 0,04 % стронция. Высокие характеристики износостойкости обеспечиваются высоким содержанием железа и добавкой циркония и титана. Кроме того, стронций обеспечивает благоприятные форму и размеры железо и никельсодержащих фаз. Проволоку Св 01399 предложено изготавливать в виде композиционного материала за счет разделения базового состава на высоколегированную труднодеформируемую и низколегированную пластичную составляющие. В состав пластичной составляющей введены кремний и марганец для улучшения условий формирования наплавленного слоя. Состав проволок защищен патентом РФ № 2067041 приоритет изобретения от 2.06.1994 г.
При промышленном использовании этих проволок важным является вопрос о соблюдении разработанной технологии наплавки. Увеличение скорости наплавки позволяет получать мелкодисперсную структуру за счет увеличения скорости охлаждения при кристаллизации металла. В соответствии с разработанными параметрами технологического процесса упрочнения поршней была проведена наплавка поршней композиционными проволоками. Эксплуатационные испытания показали увеличение срока службы восстановленных поршней в сравнении с поршнями из сплава АЛ 25 в 2,3 -2,7 раза.
Выводы
1. Получение требуемого химического состава, обеспечивающее мелкодисперсную структуру, при наплавке алюминиевых сплавов возможно методами порошковой металлургии.
2. Предлагаемые алюминиевые проволоки Св 01397 и Св 01399 обеспечивают высокую плотность и износостойкость наплавки алюминиевых сплавов и могут быть рекомендованы для промышленного использования, что позволит увеличить срок службы деталей в 2,3 - 2,7 раза.
Перечень ссылок
1. Носовская О.Б. Применение быстрозакристаллизованных гранул для наплавки // II регион, научн. - техн. конф., май 1993 Тез. докл. / ММИ. - Мариуполь, 1996. - Т.З. - С. 54.
2. Кабанец А.Н., Зусин В.Я. Об источниках водорода в сварочной ванне при наплавке антифрикционных алюминиевых сплавов порошковым электродом // Сварочное производство. -1984. - № 11. - С. 41 - 43.
3. Зусин В.Я., Редчиц В В. Повьгшение плотности металла шва при наплавке алюминиевых сплавов порошковой проволокой // Автоматическая сварка. -1991. - № 5. - С. 49 - 50.
