Способ наплавки износостойких сплавов

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при восстановительной и технологической наплавке деталей машин, преимущественно работающих в условиях непосредственного взаимодействия с жесткими абразивными средами при ударных нагрузках, например в горнодобывающем, горнообогатительном, нефтегазоразведочном оборудовании и др. Цель изобретения - повышение износостойкости наплавленного слоя, а также увеличение прочности наплавленного слоя за счет снижения остаточных напряжений. Наплавку осуществляют тремя электродами, два из которых - проволочные, малоуглеродистые диаметром D устанавливают симметрично оси наплавленного слоя на расстоянии M друг относительно друга, зависящем от размеров всех электродов, и создают две независимых сварочных ванны. Третий электрод, содержащий смесь, способную к самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу, устанавливают на расстоянии L от линии расположения малоуглеродистых электродов в направлении, противоположном направлению наплавки, при этом расстояние L выбирают в зависимости от размеров электродов и скорости. В качестве третьего электрода ленточный или колеблющийся с амплитудой А проволочный электрод. Ленточный электрод имеет толщину B и ширину C, а проволочный - диаметр E. При использовании ленточного электрода расстояния M и E задают из соотношений: M=(C+D+1)±2 мм

L=0,5(D+B)+√D+KV+2, мм, где V - скорость относительного перемещения наплавляемой детали и электродов, мм/с

K=1,5...2 с. При использовании проволочного электрода расстояния M и L задают из соотношений M=(е+D-А+1)±2, мм

L=0,5(е+D)+√D+KV+2, мм. В результате наплавки образуется композиционный наплавочный шов, включающий синтезированный твердосплавный материал, расположенный в малоуглеродистой матрице, с переходной зоной между ними. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 зу шо26

51)5 В 23 К 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .Н A BTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 07НРЦГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2l) 4293734/25-27 (22) 15.06.87 (46) 30.10,90, Бюл. 9 40 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа и Институт электросварки им.Е.О,Патона (72) В.Я .Белоусов, А.В.Пилипченко, Л.Д.Луцак, Б,В,Данильченко, А,П,Жудра и А.И.Белый (53) 621.791.92(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1277499, кл, В 23 K 9/04, 1985. (54) СПОСОБ НАПЛАВКИ ИЗНОСОСТОЙКИХ

СПЛАВОВ (5.7) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при восстановительной и технологической наплавке деталей машин, преиму2 щественно работающих в условиях непосредственного взаимодействия с жестки". ми абразивными средами при ударных нагрузках, например в горнодобывающем, горнообогатительном, нефтегазоразведочном оборудовании и др. Цель изобретения — повышение износостойкости наплавленного слоя, а также увеличение прочности наплавленного слоя эа счет снижения остаточных напряжений. Напу. лавку осуществляют тремя электродами, два из которых — проволочные, малоуг леродистые диаметром Й устанавливают симметрично оси наплавляемого слоя на расстоянии ш друг относительно друга, зависящем от размеров всех электродов, и создают две независимые сварочные ванны. Третий электрод, содержащий

1602642 смесь, способную к самораспроетраняю" щемуся высокотемпературному синтезу, устанавливают на расстоянии 1 от ли" нии расположения малоуглеродистых электродов в направлении, противоположном направлению наплавки, при этом расстояние 1 выбирают в зависимости от размеров электродов и скорости. В качестве третьего электрода берут лен-fg точный или колеблющийся с амплитудой

А проволочный электрод. Ленточный электрод имеет толщину Ъ и ширину с, а проволочный диаметр е. При использовании ленточного электрода расстоя- f5

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при восстановительной и технологической наплавке деталей машин.

Цель изобретения — повышение изна- 2 состойкости наплавленного слоя, а также увеличение прочности наплавленного изделия за счет снижения остаточных напряжений.

Сущность способа состоит в том, что наплавку осуществляют тремя электродами, два из которых — проволочные, малоуглеродистые диаметром d устанавливают симметрично оси наплавляемого слоя на расстоянии m друг относительно друга, зависящем от размеров всех электродов, и создают две независимые сварочные ванны, а третий электрод, содержащий смесь, способную к самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу, устанавливают на расстоянии 1 ат линии расположения малоугдеродистых электродов в направлении, противоположном направлению наплавки, при этом расстояние 1 выбирают в зависи- 45 .мости от размеров всех электродов и скорости наплавки.

Как вариант, в качестве третьего электрода берут ленточный шириной с и толщиной Ь, при этом расстояние между малоуглеродистыми электродами выбирают в следующих пределах .m (c+d+l)+2, мм, а расстояние 1 устанавливают из соотношения:

1=0, 5 (d+b) +Д+К7+2, мм, где V " "скорость относительного перемещения наплавляемой детали и электродов, мм/с; ния ш и е задают из соотношений:

m= (c+d+ f )+2» 1=0в 5 (й+Ь)+Я+К7+2 в мм, где V — скбрость относительного перемещения наплавляемой детали и электродов, мм/с; К=1,5....2с. При использовании проволочноro электрода расстояния m и 1 .задают из соотношений

m= (e+d+A+1)+ 2, мм; 1=0, 5 (e+d) +-(й+К7+2, мм. B результате наплавки образуется композиционный наплавочный шов,. включающий синтезированный твердосплавный материал, расположенный в малоуглеродистой матрице, с переходной зоной между ними. 2 з.п.ф-лы, 3 ил,1 табл.

К=.1,5...,2 с.

Также, как вариант, выбирают третий электрод проволочным с диаметром е, электроду сообщают колебания с амплитудой А, а расстояния ш и 1 выбирают из соотношений: m (e+d+A+f) 2, мм, 1=0,5(e+d)+4d+KV+2, мм, На фиг.1 приведена схема осуществления способа при использовании в качестве электрода, содержащего способную к самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу смесь (СВС), ленточного электрода шириной с и тол-. щиной Ь; на фиг.2 — схема процесса наплавки при использовании проволочного колеблющегося электрода со смесью диаметром е, на фиг.3 — поперечное сечение наплавленного слоя.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале начинают наплавку малоуглеВ родистых валиков 1, затем начинают наплавлять порошковую ленту или элект- : род 2 при перемещении детали 3 на расстояние 1 (фиг, 1,2). В момент наплавки.в порошковой смеси под действием электрических дуг, горящих между лен-. той и деталью, а также между электродами и деталью, инициируется СВС. В процессе синтеза в электроде образуются твердосплавные соединения, спекаемые в кермет и смоченные металлом оболочки. Монолитность и предварительный нагрев в процессе синтеза материала порошковой ленты исключает разбрызги" ванне раскаленного металла, уменьшает его окисление, предохраняет растворение твердых сплаь в в сварочной ван- не.

42 о лента шириной 8 и 10 мм и толщиной

2 мм и порошковые электроды диамет- . ром 5 мм. Для наполнения порошковой ленты и электрода использовалась порошковая смесь, способная к самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу.

Способ осуществляли по вышеописан1 ным операциям. При этом скорость перемещения детали (образца) была равна

6 мм/с. Амплитуда колебаний порошкового электрода равна 15 мм. Контроль качества наплавленного слоя проводился путем измерения твердости ТП-7Р-1 методом Виккерса, оценкой процентного содержания пор и однородности наплавленного слоя.

Данные по наплавке !2-ти образцов приведены в таблице.

Образцы 1-3 наплавлялись порошковой лентой шириной 8 мм при различном расстоянии между центрами малоуглеродистых электродов m рассчитываемом из формулы. Образцы 4-6 наплавлялись той же лентой, но при различном расстоянии между центром электродов и се, рединой порошковой ленты 1.

Образцы 7-9 наплавлялись порошковой лентой шириной 10 мм при различном расстоянии m и одинаковом I совпадающим с оптимальным в предыдущих наплавках. Образцы 10-12 наплавлялись порошковым электродом диаметром 5 мм, при его колебаниях с амплитудой 15 мм, на различном расстоянии m при оптимальном расстоянии 1, равном 16,5 мм. Наплавленный слой в образцах 1, 4, 7, 10 однородный по внешнему виду, беспорис-. тый, однако обладает пониженной твердостью за счет значительного перемешивания расплавленного металла малоуглеродистых электродов с твердосплавными соединениями, образующимися при

СВ-синтезе в порошковой ленте или электродах. Наплавленный слой в образцах 3, б, 9, 12 обладает высокой твердостью, однако вследствие высокого содержания твердосплавных соединений посредине наплавочного шва в нем происходит образование пор. Наплавленный слой в образцах 2, 8, 11 однородный по внешнему виду, без пор с высокой твердостью посредине наплавочного. шв а.

5 16026

Течение процесса СВС зависит от взаимного распо ожения двух проволочных электродов, установленных симметрично относительно оси наплавки, и третьего электрода, содержащего смесь, способную к СВС.

Отклонение расстояния 1 в сторону увеличения от оптимального приводит к недостаточному нагреву порошковой 1ð ленты, что обуславливает неполный синтез В порошковой смеси. При уменьшении

1 наблюдается прогорание металлической оболочки под воздействием суммарной тепловой энергии, выделяемой при син- 15 теэе и горении электрода.

При наплавке как с порошковой лентой, так и колеблющимся порошковым электродом подача порошкового электрода осушествляется в пространство меж- 20 ду валиками, наплавленными малоуглеродистыми электродами, расположенными на расстоянии m относительно друг друга. Расстояние m, рассчитанное по предлагаемой формуле, обеспечивает частич-25 ное (но не полное) перемещение слоев, наплавленных различными электродами.

Как показано на фиг.3, слой, наплавленный на деталь 3, состоит иэ трех разновидностей: I — малоуглеро- 30 дистая сталь, наплавленная электродами; II — твердосплавный гетерогенный материал, IV — смесь малоуглеродистой стали с твердым сплавом, Слой I снижает величину остаточных напряжений, увеличивает сцепление тнердосплавного слоя II с подложкой, За счет этого возможно увеличение количества твердосплавного материала, т,е. коэффициента заполнения порошковой ленты или 40 проволоки, приводящего к повышению износостойкости.

В результате наплавки образуется, как видно из фиг,3, композиционный наплавочный шов, включающий синтезиро. 45 ванный твердосплавныи материал, расположенный в малоуглеродистой матрице. При этом образуется переходная зона IV позволяющая прочно связать твердосплавный материал, 50 !

Пример. Наплавка производилась на поступательно перемещаемый образец с помощью автомата для наплавки (тип А38411К) и источнике питания ВДУ-504, В качестве малоуглеродистых электродов использовалась проволока типа ПП-АН120 диаметром 3,5 мм.

Для наплавки применялась порошковая

При работе деталей, упрочненных предлагаемым способом, в условиях трения в абразивных породах твердосплав7 ) 602642 8

Толщина Диаметр

Бирина

Диаметр электродов, мм

Образец, У, MM

Твердость, HV

Содержание пор, Х

1, мм порошковой порошковой ленпорошковой ленm, мм. ленты, MM, ты, мм ты, мм

1 3,5

2 3,5

3 3,5

4 3,5

5(2) 3,5

6 3,5

7 3,5

8 3,5

9 3,5

10 .3,5

11 3,5 !

2 3,5

10 15 620

12 15 710

14 15 780

12 13, 5 670

12 150 710

12 16,5 715

12 15 . 680

14 15 740

16 . 15 790

22 16,5 700

24 16 5 730

26 16 5 780

2

2

2

8

8

8

4-5

1-2

5-7

5-7 ный слой защищает от изнашивания поверхность детали, а периферийная наплавка малоуглеродистой проволокой пре-. дохраняет от выкрашивания твердосплав"

5 ный слой в условиях значительных энакопеременных напряжений, Способ позволяет получать наплав-! ленные поверхности с Хорошим качеством, при максимально реализуемых сте- 10 пенях легирования (особенно тугоплавкими соединениями) и добиваться такой твердости материала, которой невозможно достичь традиционными способами наплавки.

Формула и з о б р е т е н и я

1, Способ наплавки иэносостойких сплавов, при котором используют три 20 электрода, два из которых устанавливают симметрично относительно оси наплавки, а центр третьего устанавливают по оси наплавки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения изно- 25 состойкости наплавленного слоя и увеличения прочности наплавленного изделия за счет снижения остаточных напряжений, первые два электрода из малоуглеродистой стали диаметром d уста- 30 навливают с расстоянием друг от друга m, зависящим от размеров всех электродов, и создают две независимые сварочные ванны, а третий электрод, содержащий смесь, способную к самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу, устанавливают на расстоянии от линии расположения малоуглеродистых электродов в направлении, противоположном направлению наплавки, при этом указанное расстояние выбирают в зависимости от размеров всех электродов и скорости наплавки.

2. Способ по п.l, о т л и ч а ю— шийся тем, что третий электрод выбирают ленточным шириной с и толщиной Ь, при этом расстояние между малоуглеродистыми электродами m выбирают в следующих пределах:

m= (c+d+ 1)+ 2, мм, а расстояние 1 от оси малоуглеродистых электродов до ленточного устанавливают из соотношения:

1=0, 5 (d+b) ++d+KV+2, мм, где V — скорость относительного перемещения наплавляемой детали и электродов, мм/с, K=1 5,...2 с.

3. Способ по п.l, о т л и ч а ю— шийся тем, что третий электрод выбирают проволочным с диаметром е, электроду сообщают колебания с амплитудой А, расстояние m выбирают из соотношения

m= (е+Й+А+1)+2, мм, а расстояние 1 выбирают из соотношения

1=0, 5 (й+е) +,Я+КЧ+2, мм.

1602642

Фиг, Я

Составитель Т.Арест

Техред M.Дидык

P ед акт ор М, Б андура

Корректор Н.Король

Тираж 656

Заказ 3349

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101