Способ электродуговой наплавки износостойкими композиционными материалами с зернистой упрочняющей фазой

 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам электродуговой наплавки для нанесения на поверхности деталей специальных композиционных слоев, обладающих повышенной износостойкостью. На поверхности изделия создают ванну расплавленного металла и наносят слой армирующих частиц. Процесс ведут в среде защитных газов. Ванну расплавленного металла создают под слоем армирующих частиц. На армирующие частицы предварительно наносят электроизолирующее и термозащитное покрытие. Реализация способа позволяет значительно расширить диапазон применяемых наплавочных материалов и режимов наплавки. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам электродуговой наплавки для нанесения на поверхности деталей специальных композиционных слоев, обладающих повышенной износостойкостью, стойкостью против задиров, ударных нагрузок, коррозии и т.д., благодаря упрочнению прочными армирующими частицами, в частности карбидами, нитридами, боридами.

Известны способы автоматической дуговой наплавки композиционных сплавов системы релит-мельхиор порошковой лентой с внутренней тепловой защитой (Муратов В. А., Малинов Л.С., Чигарев В.В., Трапезникова Л.А., Ладный Л.Н., Котов В.В. Механизированная электродуговая наплавка высокоизносостойкими композиционными сплавами. //Сварочное производство, 1974, 5, с.39) и газовой наплавки карбидовольфрамовых порошковых материалов (А.М.Ханов, М.Н.Игнатов, О. И. Ломовский, Н.В.Фотин. Применение вторично переработанных карбидовольфрамовых порошковых материалов в составе наплавочного прутка. //Сварочное производство, 2000, 8, с.43-45). К их недостаткам можно отнести ограниченный выбор вариантов материала матрицы сплава: в первом случае это мельхиор, во втором - никель.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ наплавки частицами твердого сплава, по которому на поверхности изделия создают ванну расплавленного металла и в кристаллизующуюся часть этой ванны вводят частицы твердого сплава (Юзвенко Ю.А. и др. Способ наплавки. А.с. СССР 472764, В 23 К 9/04, заявл. 9.01.74, 1985146/26-27, опубл. БИ 21, 1975). Недостатком этого способа является возможность шунтирования сварочной дуги армирующими частицами, покрытыми электропроводящей оболочкой, что создает вероятность нарушения процесса оптимального формирования наплавленного валика и несплавления его с основным металлом и накладывает жесткие условия на диапазон дозирования армирующих частиц, подаваемых в ванну расплавленного металла. Кроме того, этот способ требует введения дополнительной энергии на подогрев армирующих частиц твердого сплава перед введением их в ванну расплавленного металла и усложняет процесс в связи с необходимостью применения специальных дозаторов для подачи армирующих частиц.

Задачей изобретения является расширение диапазона применяемых наплавочных материалов и режимов наплавки.

Поставленная задача достигается тем, что способ электродуговой наплавки износостойкими композиционными материалами с зернистой упрочняющей фазой, при котором на поверхности изделия создают ванну расплавленного металла, наносят слой армирующих частиц, процесс ведут в среде защитных газов. Новым в способе является то, что ванну расплавленного металла создают под слоем армирующих частиц, нанесенных на поверхность наплавляемой детали.

Кроме того, на армирующие частицы предварительно наносят электроизолирующее и термозащитное покрытие.

Способ осуществляют следующим образом.

На поверхность детали, предназначенную для армирования износостойким слоем, наносят слой армирующих частиц, имеющих электроизолирующее и термозащитное покрытие. Наплавку осуществляют плавящимся электродом в полуавтоматическом или автоматическом режиме в среде защитных газов, например аргона или углекислого газа. Сварочная дуга возникает между поверхностью наплавляемой детали и плавящимся электродом, благодаря чему ванна расплавленного металла образуется под слоем армирующих частиц. Последние под действием сил гравитации и движения расплавленного металла ванны перемешиваются с ним и оседают в хвостовой части ванны. Насыщение расплавленного металла ванны армирующими частицами на всю ее глубину, независимо от плотности частиц, обеспечивается давлением верхних слоев частиц на нижние. В результате создается композиционный материал с максимальной для данной грануляции плотностью упаковки армирующих частиц. Оставшийся сверху "излишний" слой армирующих частиц используется для последующих наплавок.

Вероятность возникновения сварочной дуги в слое армирующих частиц предотвращается нанесением на них электроизолирующего покрытия, а защита частиц от высоких температур дуги и перегретого металла ванны осуществляется введением в покрытие термозащитных компонентов. В качестве материала защитной оболочки армирующих частиц могут быть использованы компоненты электродных покрытий и сварочных флюсов.

Предлагаемый способ не требует специального дозирования армирующих частиц и принудительной подачи их в ванну расплавленного металла. Армирующие частицы перемешиваются с металлом сварочной ванны под действием сил гравитации и потоков расплавленного металла. Основное его достоинство заключается в возможности использования широкого спектра исходных материалов как матрицы сплава, так и армирующих (упрочняющих) частиц. В качестве материалов матрицы за счет применения различных марок плавящегося электрода могут быть выбраны углеродистые, высокопрочные, коррозионно-стойкие, жаропрочные и жаростойкие стали, цветные металлы и сплавы. Материал армирующих частиц выбирается в зависимости от целей наплавки. Как правило, это твердые материалы и сплавы: карбид титана в металлической матрице, литой карбид вольфрама, отходы твердых сплавов, колотая дробь отбеленного чугуна и т.п.

Для увеличения ширины наплавляемого валика наплавку осуществляют поперечными колебаниями электрода. Экспериментальным путем установлен оптимальный диапазон размеров армирующих частиц, который лежит в пределах от 0,4 до 3 мм.

Наплавку под слоем армирующих частиц литого карбида вольфрама грануляцией 0,5-3 мм выполняли проволокой Св-08Г2С, диаметром 1,2 мм в среде углекислого газа с поперечными колебаниями электрода на пластины из Ст 3, толщиной 6 мм. Высота слоя армирующих частиц перед наплавкой составляла 10 мм. В результате получены наплавленные валики шириной 30 мм и высотой 8 мм.

Металлографические исследования показали плотную упаковку зерен карбида вольфрама по всему сечению наплавленного валика. Объемная концентрация армирующих частиц в наплавленном слое 60%.

Способ прост и надежен. Им можно наплавлять изделия, работающие в условиях интенсивного абразивного и ударно-абразивного износа.

Формула изобретения

1. Способ электродуговой наплавки износостойкими композиционными материалами с зернистой упрочняющей фазой, при котором на поверхности изделия создают ванну расплавленного металла, наносят слой армирующих частиц, а процесс ведут в среде защитных газов, отличающийся тем, что ванну расплавленного металла создают под слоем армирующих частиц.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на армирующие частицы предварительно наносят электроизолирующее и термозащитное покрытие.