Наплавка твердых сплавов

Категория:
Сварка металлов


Наплавка твердых сплавов

В современной технике получают широкое распространение и быстро совершенствуются твердые сплавы. Развитие техники применения твердых сплавов идет по двум направлениям: с одной стороны, совершенствуются и улучшаются составы твердых сплавов и технология их производства; с другой стороны, совершенствуется техника нанесения твердых сплавов на изделия, главным образом техника их наплавки.

Твердые сплавы характеризуются прежде всего значительной твердостью, примерно HRC 55—94. Они сохраняют свою твердость при нагревании до высоких температур, как правило, не поддаются отпуску и не могут быть смягчены термической обработкой, поэтому механическая обработка твердых сплавов весьма трудоемка и может производиться лишь абразивами, в связи с чем при наплавке твердых сплавов нужно уделять особое внимание сведению до минимума последующей механической обработки. Твердые сплавы при весьма высокой твердости, естественно, обладают малой пластичностью и отличаются хрупкостью, поэтому довольно плохо сопротивляются ударным нагрузкам. Хрупкость твердых сплавов сохраняется и при высоких температурах, вследствие чего они склонны к образованию трещин при наплавке; на это следует обращать особое внимание.

Твердые сплавы можно разделить на следующие четыре группы: 1) литые сплавы, или стеллиты; 2) порошкообразные или зернообразные продукты; 3) керамические или спеченные сплавы; 4) плавленые карбиды. Основой всех твердых сплавов являются прочные карбиды металлов, не разлагающиеся и не растворяющиеся при высоких температурах. Особенно важны для твердых сплавов карбиды вольфрама, титана, хрома, частично марганца. Карбиды металлов слишком хрупки и часто тугоплавки, поэтому для образования твердого сплава зерна карбидов связываются подходящим металлом; в качестве связки используется железо, никель, кобальт.

Литые сплавы могут быть разделены на настоящие стеллиты и более дешевые сплавы-заменители. К настоящим стеллитам относится, например, советский твердый сплав В-ЗК. Настоящие стеллиты представляют собой главным образом карбиды вольфрама и хрома, сцементированные кобальтом и железом-

Вследствие высокого содержания вольфрама и кобальта литые твердые сплавы типа настоящих стеллитов довольно дороги и дефицитны.

Практика многих лет показала, что литые сплавы-заменители являются значительно более дешевыми и в большинстве случаев работают вполне хорошо, поэтому, как не содержащие вольфрама и кобальта, они в последние годы весьма широко применяются в нашей промышленности. Примером такого сплава является изобретенный в 1929 г. отечественный сплав сормайт, название которого происходит от названия Сормовского завода, где впервые было освоено производство этого сплава. Сормайт представляет собой железохромистый сплав с небольшой добавкой никеля и не содержит вольфрама и кобальта.

Литые сплавы сравнительно легкоплавки, температура их плавления несколько ниже температуры плавления сталей и составляет около 1300—1350 °С. Выпускаются они обычно в виде литых прутков или стержней длиной 300—400 мм, диаметром 5—8 мм. Литые сплавы обладают средней твердостью HRC 70—80 и применяются главным образом для наплавки рабочих поверхностей, подвергающихся значительному износу, например, штампов, матриц и пуансонов, калибров, шаблонов, деталей машин и механизмов, работающих на трение, и т. п. Сплавы обладают высокой износоустойчивостью, сохраняющейся до температур 600-700 °С — начала красного каления.

Наплавка твердых сплавов ведется, как правило, в два, а иногда и в три слоя. При наложении первого слоя наплавка представляет собой сплав твердого сплава с расплавленным основным металлом, вследствие чего такой сплав обладает пониженными твердостью и износоустойчивостью и не обеспечивает получения механических свойств чистого твердого сплава. Поэтому первый наплавленный слой обычно не может служить рабочей поверхностью, а^ является лишь подкладкой для нанесения второго слоя, который будет представлять собой почти чистый твердый сплав и обладать необходимыми механическими свойствами. В некоторых особенно ответственных случаях прибегают к наплавке третьего слоя, представляющего собой практически уже чистый переплавленный твердый сплав.

Для получения экономичной наплавки твердого сплава нужно стремиться к наименьшему расплавлению основного металла на минимальную глубину; в то же время основной металл должен быть расплавлен по всей поверхности нанлавки, иначе неизбежны непровары, которые могут вызвать растрескивание и отслаивание твердого слоя при работе наплавленной детали.

Процесс газовой наплавки литого сплава ведут следующим образом. Для уменьшения напряжений, возникающих в наплавленном слое, и возможности образования в нем трещин наплавляемую деталь предварительно подогревают до начала красного каления. Затем поверхность металла осторожно доводят нагреванием горелкой до начала поверхностного оплавления, т. е. до так называемого потения металла, когда на его поверхности выступают отдельные жидкие капельки. Тогда в пламя горелки вводят конец прутка твердого сплава и натирают им поверхность детали, размазывая твердый сплав по поверхности, т. е. как бы облуживая деталь твердым сплавом. При достаточной квалификации сварщика эта операция гарантирует прочное сцепление с основным металлом наплавляемого твердого сплава при минимальном его расходе. На полученную таким образом подкладку наплавляют твердый сплав с минимальным возможным расплавлением ниже лежащего слоя.

Возможна также и дуговая наплавка литых твердых сплавов, для чего на прутки сплава наносят обмазку, не содержащую актив-пых окислителей, например из мрамора, плавикового шпата и т. д., по типу обмазок УОНИ-13. Для дуговой наплавки применяют также специальные электроды со стержнем из обычной низкоуглеродистой проволоки с толстой обмазкой, не содержащей активных окислителей, в которую вводят большое количество феррохрома и ферромарганца. Подобные дешевые электроды дают удовлетворительную наплавку в тех случаях, когда не предъявляется высоких требований к твердости и износостойкости наплавленного слоя. Кроме того, применяют трубчатые электроды, состоящие из стальной тонкостенной трубки, набитой порошкообразным твердым сплавом или материалом, образующим твердый сплав при расплавлении, а снаружи покрытой электродной обмазкой, улучшающей горение дуги и создающей шлаковую защиту. Успешно применяется дуговая наплавка в инертных газах и плазменная наплавка.

Порошкообразные или зернообразные сплавы представляют собой не сплавы, а порошкообразную смесь, шихту или материал для изготовления сплава и превращаются в твердый сплав лишь на поверхности наплавляемой детали в процессе наплавки. Они наиболее дешевы в изготовлении и наплавке и поэтому широко применяются в промышленности. По внешнему виду эти продукты представляют собой грубозернистый порошок или крупинки черного цвета, состоящие, из зерен величиной 1—3 мм.

Различают два вида порошкообразных продуктов для наплавки: вольфрамовые и не содержащие вольфрама. Вольфрамовый продукт представляет собой смесь порошкообразного технического вольфрама или высоко процентного ферровольфрама с науглероживающими материалами. Отечественный сплав этого типа носит название «вокар». Изготовляются подобные сплавы следующим образом: порошкообразный технический вольфрам или высокопроцентный ферровольфрам смешивают с такими материалами, как сажа, молотый кокс и т. п.; полученную смесь замешивают в густую пасту на смоле или на сахарной патоке. Из смеси прессуют брикеты и слегка обжигают их до удаления летучих веществ. После обжига брикеты размалывают и просеивают. Готовый продукт имеет вид черных хрупких крупинок величиной 1—3 мм. Характерным признаком вольфрамовых продуктов является их высокий насыпной вес.

В Советском Союзе изобретен порошкообразный сплав, не содержащий вольфрама и потому весьма дешевый. Сплав носит название «сталинит»; он весьма широко распространен в нашей промышленности. Многолетняя практика показала, что, несмотря на отсутствие вольфрама, сталинит обладает высокими механическими показателями, во многих случаях удовлетворяющими техническим требованиям. Кроме того, благодаря низкой температуре плавления (1300—1350 °С) сталинит имеет существенное преимущество перед вольфрамовым продуктом, который расплавляется лишь при температуре около 2700 °С. Низкая температура плавления сталинита облегчает наплавку и повышает производительность этого процесса.

Основой сталинита является смесь порошкообразных дешевых ферросплавов, феррохрома и ферромарганца. Процесс изготовления сталинита такой же, как и вольфрамовых продуктов. Сталинит содержит 16—20% Сг и 13—17% Мп. Твердость наплавки для вокара HRC 80-82, для сталинита HRC 76—78.

Наплавка сталинита производится угольной дугой по способу Бенардоса. Газовая горелка малопригодна для наплавки, так как газовое пламя сдувает порошок с места наплавки. Деталь, подлежащую наплавке, подогревают до начала красного каления, носле чего на поверхность детали насыпают сталинит равномерным слоем толщиной 2—3 мм. Для получения правильных краев и граней наплавки применяют специальные шаблоны и ограничители из красной меди, графита или угля. На насыпанном слое зажигают Угольную дугу постоянного тока нормальной полярности при силе тока 150—200 а. Наплавку ведут непрерывно, без обрывов дуги, и по возможности без повторного расплавления наплавленного слоя.

Ввиду довольно значительного расплавления основного металла угольной дугой первый слой наплавки не обеспечивает необходимых свойств и обладает недостаточной твердостью, поэтому наплавку сталинита ведут в два, а иногда и в три слоя. По окончании наплавки слоя, не давая ему остыть, на него насыпают новый слой сталинита и производят наплавку, а затем — замедленное охлаждение во избежание образования трещин в наплавленном слое, для чего горячую деталь помещают в золу, сухой песок, хлопья асбеста, слюды и т. п. После окончания наплавки рекомендуется наплавленную деталь отжечь при температуре около 900° С в течение 2—3 ч. Отжиг вызывает распадение остаточного аустенита, образующегося при наплавке, с выпадением добавочных карбидов и повышением твердости наплавки на две-три единицы по Роквеллу; одновременно устраняются внутренние напряжения. За отжигом следует замедленное равномерное охлаждение детали.

Ввиду дешевизны продукта, а также простоты и высокой производительности процесса наплавки сталинит весьма широко применяется в нашей промышленности для самых разнообразных наплавочных работ. Сталинитом наплавляют части всевозможных машин и механизмов, подвергающиеся быстрому износу в работе,— штампы, рабочие части машин для обработки грунтов и горных пород (землечерпалок, экскаваторов), зубки врубовых машин и т. п. Нанлавку вокара производят аналогично наплавке сталинита.

Керамические, или спеченные твердые сплавы — важнейший вид твердых сплавов, обладающих очень высокой твердостью, HRC 86—90, имеют важное значение для обработки металлов резанием, главным образом для оснащения металлорежущего инструмента. Керамические сплавы изготовляют на специальных заводах. Основой их, придающей им высокую твердость, являются карбиды вольфрама, титана и других элементов.

Карбиды, изготовляемые в специальных электрических печах, подвергаются весьма тонкому размолу, до мельчайшего порошка. Порошкообразный карбид цементируется металлическим кобальтом или никелем, обладающим значительной пластичностью, поэтому керамические сплавы менее хрупки, чем другие виды твердых сплавов, лучше выносят ударную нагрузку и дают стойкое острие лезвия металлорежущего инструмента, успешно обрабатывающее самые твердые сорта металлов и сохраняющее стойкость при нагреве до светло-красного каления.

Количество связки, т. е. кобальта или никеля, в различных марках составляет 3—15%, остальное карбид. В Советском Союзе наиболее известен керамический твердый сплав победит, представ-чяющий собой карбид вольфрама, сцементированный кобальтом. Д тя изготовления металлокерамических сплавов тончайший порошок карбида тщательно смешивают с тонким порошком кобальта или никеля в надлежащей пропорции. Из полученной смеси прессуют пластинки hi другие изделия. Спрессованные изделия подвергают предварительному обжигу, после чего эти изделия получают некоторую прочность, но еще легко поддаются механической обработке — доводке, которой придают изделиям окончательные размеры; второй окончательный обжиг придает изделиям высокую механическую прочность и твердость. После окончательного обжига металлокерамические сплавы могут обрабатываться лишь абразивами высших сортов и не поддаются никакой термообработке.

Керамические сплавы чувствительны к высокому перегреву. При нагреве до слишком высокой температуры начинает плавиться кобальтовая или никелевая связка, связь между зернами карбида ослабляется, в массу сплава проникает кислород воздуха, который производит окисление металла. В результате сплав теряет механическую прочность, трескается и рассыпается при работе.

Сплав, испорченный вследствие перегрева, нельзя исправить последующей • обработкой, что делает невозможной приварку пластинок к державке металлорежущего инструмента. При температуре, необходимой для расплавления сплава или по крайней мере для расплавления стали державки, пластинка керамического сплава портится и теряет прочность.

Пластинки керамических сплавов припаивают к державке медью при температуре (температуре плавления меди 1083° С), безопасной для прочности керамического сплава, не ухудшающей его структуры. Отличные результаты дает пайка медью в атмосфере водорода. Припайка пластинок керамических сплавов может производиться также на электрических контактах сварочных машин.

Плавленые карбиды обладают наивысшей твердостью, до HRC 92—94, но одновременно и значительной хрупкостью. По химическому составу эти сплавы представляют собой чистый сплавленный карбид вольфрама, иногда с добавками других веществ. Сплавы отличаются высокой температурой плавления (—3000° С); выпускаются в форме кусков с острыми гранями. Главная область их применения — горная промышленность, где они служат для оснащения буровых долот и другого бурового инструмента, в особенности для твердых горных пород.

Куски сплава ввариваются в углубления на поверхности изделия так, чтобы режущая грань кусочка сплава несколько выступала над поверхностью основного металла. Пространство между кусочками сплава заполняют наплавкой литого или порошкообразного сплава. При работе инструмента промежуточный твердый сплав изнашивается быстрее, и режущая грань кусочков плавленых карбидов, выступая над поверхностью инструмента, режет горную породу. Для наплавки этих сплавов успешно используется индукционный наг рев. Сплав помещают на поверхность стального инструмента, высокочастотный индуктор расплавляет поверхность стали и вплавляет в нее зерна сплава.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум