Выбор состава наплавленного металла

Современная сварочная техника использует для наплавки сплавы весьма разнообразного состава. Наплавленный металл можно классифицировать по разным признакам: структуре, химическому составу, назначению и т. п. В табл. 21 приведена классификация наплавленного металла по химическому составу, принятая Международным институтом сварки (МИС).

Для характеристики наплавленного металла данных только о химическом составе и его твердости недостаточно. В зависимости от скорости охлаждения, режима термообработки и, наконец, от ориентации первичных кристаллитов по отношению к разрушающим нагрузкам наплавленный металл одного и того же химического состава обладает разной работоспособностью. Поэтому необходимый тип металла для наплавки выбирают на основе анализа условий службы рабочих поверхностей наплавляемой детали. Таким образом, важнейшим свойством наплавленного металла является его способность сопротивляться определенным видам изнашивания.

Таблица 21.

Тип наплавленного металла в зависимости от его химического состава

Тип наплавленного металла.	У слов, обозн.	Химический состав.	Твердость,. HRC
Нелегированные или низколегированные стали (< 0,4% С).	А.		20−45.
Нелегированные или низколегированные стали (> 0,4% С).	В.		52−60.
Аустенитные высокомарганцевые стали.	С.		25−35.
Аустенитные хромоникелевые стали.	D.		18−25.
Хромистые стали.	Е.		50−60.
Быстрорежущие стали.	F.		52−60.
Высокохромистые специальные чугуны.	G.		55−65.
Хромовольфрамовые теплостойкие стали.	Н.		52−60.
Кобальтовые сплавы с хромом и вольфрамом.	N.		38−58.
Никелевые сплавы с хромом и бором.	Qa.		40−60.
Никелевые сплавы с молибденом.	Q".		НВ.
Карбидные сплавы зернистые спеченные.	Р.		>67.

Известны следующие виды износа: абразивный, газои гидроабразивный, кавитационная эрозия, термическая усталость и износ при трении металла о металл.

Абразивный износ обусловлен наличием абразивной среды в зоне трения. Разрушение поверхностей трения происходит в результате местного пластического деформирования, микроцарапания и микрорезания абразивными частицами. Наиболее широко распространенный абразив — кварцевый песок, который входит в состав грунтов, почв, пыли и является главным агентом, вызывающим износ рабочих поверхностей деталей почвообрабатывающих машин, загрузочных и разгрузочных устройств строительных и дорожных машин, в том числе двигателей внутреннего сгорания.

Наивысшей износостойкостью против абразивного износа обладает наплавленный металл типа F и Р, т. е. с высоким содержанием вольфрама. Несколько уступает упомянутым типам металл типа G, но он значительно дешевле высоковольфрамовых сплавов. Среди сплавов типа G более высокой износостойкостью обладают заэвгектические высокохромистые чугуны с бором.

Многие детали (ножи дорожных машин, лемеха плугов, работающие в почве с валунами, била дробилок и т. п.) испытывают абразивный износ с ударами. Интенсивность этих ударов о наплавленную поверхность весьма неопределенная. Поэтому наплавленный металл, предназначенный для работы в абразивной среде, условно разделен на три группы, отличающиеся по склонности к выкрашиванию. Сплавы первой группы наиболее, а третьей наименее хрупки; сплавы второй группы занимают промежуточное место.

Газои гидроабразивные износы вызываются механическим действием твердых частиц, перемещаемых потоком газа или жидкости. Разрушение поверхности происходит в результате срезания, выкрашивания, выбивания и многократного пластического деформирования поверхностных микрообъемов.

Газоабразивному износу подвергаются детали трасс пневмотранспорта, лопатки пылевых вентиляторов и насосов, клапаны, конусы и чаши загрузочных устройств доменных печей, сопла реактивных двигателей, работающих на твердом топливе и т. п.

Гидроабразивному износу подвергаются рабочие колеса и улитки земснарядов и песковых насосов, лопасти и камеры гидротурбин, работающих на реках, а также пульпопроводы гидротранспорта.

Интенсивность изнашивания определяется скоростью перемещения, свойствами и формой абразивных частиц, физико-механическими свойствами изнашиваемого материала и рядом других факторов. Однако важнейшим кинематическим фактором являются углы встречи абразивных частиц с изнашиваемой поверхностью, зависящие от условий обдува детали газовым потоком или условий обтекания ее жидкостью.

Наиболее высокой износостойкостью, особенно при гидроабразивном износе, обладают высокохромистыс чугуны, типа G.

Кавитационная эрозия появляется главным образом в результате импульсного механического воздействия гидравлических ударов потока жидкости на поверхность металла. Кавитации подвержены гребные винты, лопасти и камеры проточного тракта гидротурбин, рабочие колеса и камеры различных гидромашин. Наличие коррозионной среды ускоряет процесс кавитационного разрушения. Поэтому для работы в условиях кавитации применяют коррозионно-стойкие стали.

Высокой стойкостью против кавитационного разрушения обладают хромистые стали с мартенситной структурой (тип Е). Однако более технологичны аустенитные хромоникелевыс стали 18−8 типа D, но более высокой износостойкостью обладают стали с нестабильным аустенитом, который при микроударном нагружении превращается в мартенсит. К этим сталям относятся 30Х10Г10, Х15Н8, Х13Н9 и др.

Термическая усталость — изменения структуры и формы, сопровождающиеся разрушением материалов в результате действия циклических нагревов и охлаждений. Наиболее характерный вид разрушения при термической усталости — трещины. Они возникают на поверхности детали после определенного числа циклов нагрева и охлаждения. В результате их действия образуется сетка трещин, которую часто называют сеткой разгара.

Термической усталости подвержены многие детали и инструмент: валки горячей прокатки, штампы для горячей штамповки, пресс-формы для литья под давлением и т. п. Наиболее высокой стойкостью против термической усталости обладают сплавы типа Н.

Износ при трении металла о металл при нормальных температурах происходит в подшипниках скольжения (коленчатые валы, оси, пальцы ковшовых цепей), а также при трении качения (крановые колеса, детали ходовой части гусеничных машин, скаты вагонеток и т. п.). В узле трения обычно присутствуют абразивные частицы: окалина, песок, руда, частицы наклепанного металла и др. На износостойкость трущейся пары влияет много факторов: соотношение твердости трущихся поверхностей, удельная нагрузка, концентрация и твердость абразива, микроструктура наплавленного слоя. Для наплавки деталей, работающих в этих условиях, чаще всего используют низколегированные стали типов, А и В, а в тех случаях, где рабочие поверхности подвержены большим контактным нагрузкам, — самоупрочняющиеся стали с нестабильным аустенитом и др.