Упрочнение деталей, наплавленных в среде защитных газов

При наплавке деталей в среде защитных газов широко применя­ется проволока марок: Св-12ГС, Св-08Г2С, Х13, Х17, Св-06Х19НТ, Св-18ХМА и др. Для наплавки цилиндрических поверхностей дета­лей из сталей марок 45, ЗО, 40Х и др. при требуемой твердости не выше НВЗОО следует применять проволоку Нп-30ХГС, а для получения твер­дости HRC50…55 применяют проволоку Св-10Х13 или Нп-2Х13.

Преимущества наплавки в среде защитных газов: меньшая зона термического влияния, достаточная защита наплавленного металла от азота и кислорода, высокая производительность процесса наплав­ки. Качество наплавки ниже наплавки под флюсом, но выше качества вибродуговой наплавки. При наплавке в среде защитных газов на­блюдается сильное разбрызгивание металла, трудно получить глад­кую поверхность. В этом случае делают большой припуск на по­следующую механическую обработку, что связано с потерями метал­ла на стружку и с отвлечением на эту работу металлорежущих станков.

Ю. А. Корытовым разработан метод ремонта деталей, заключа­ющийся в сочетании наплавки в среде защитных газов и пластичес­кого формообразования (рис. 5.4). При этом одновременно реша­ются две задачи:

— образуется поверхность заданного профиля с определенным классом шероховатости;

— упрочняется наплавленный металл, повышается его износостойкость.

Рис. 5.4. Процесс наплавки в среде защитного газа и формообразования поверхности детали

Приспособление для накатки укрепляется на станине токарного станка. Деталь 1 (см. рис. 5.4) крепится в планшайбе и в центре зад­ней бабки токарного станка, газоэлектрическая горелка 2 закрепля­ется на суппорте станка. Накатной ролик 4 при наладке и регули­ровке можно перемещать в вертикальной плоскости по на­правляющим сварных колонн и фиксировать двумя гайками, а в горизонтальной плоскости — по направляющему пазу в опоре. На­катной ролик вращается на шариковых подшипниках и может быть легко вынут из державки вместе с осью. Козырек 3 защищает ролик от брызг расплавленного металла. Форма накатного ролика опре­деляется формой поверхности восстанавливаемой детали. Ролик из­готавливается из штамповой стали, во время работы может охлаж­даться проточной водой. Шероховатость поверхности рабочей час­ти ролика должна соответствовать 7…8 классу, твердость HRC 62.

Накатной ролик подводится к наплавляемой поверхности дета­ли так, чтобы размер от оси детали до рабочей поверхности роли­ка соответствовал альбомному и фиксировался в таком положе­нии. В зазор между деталью и роликом наплавочный автомат, пере­мещаемый вдоль детали, подает наплавленный металл 5 высотой Я, которая может быть переменной в некоторых пределах. При враще­нии детали наплавленный металл попадает в зев накатного ролика и обжимается. В результате этого получается ровный наплавленный слой с заранее заданной толщиной. Теплота, получаемая от свароч­ной дуги, и давление ролика используются одновременно для плас­тического формообразования и ТМО наплавленного металла. Тем­пература деформации регулируется расстоянием между элект­родом и роликом и лежит в интервале температур начала и конца горячей обработки металлов давлением.

При восстановлении деталей большой длины наплавкой с накат­кой роликом необходимо использовать люнет во избежание проги­ба и коробления детали, что является существенным недостатком однороликового приспособления.

Оптимальный режим наплавки с накаткой роликом применитель­но к деталям диаметром 30…50 мм из стали марки 45 для восстанов­ления в среде углекислого газа (почти не изменяется при наплавке в среде аргона и азота) следующий:

— сила тока 180…220 А;

— напряжение сварочной дуги 21…22 В;

— скорость подачи проволоки 79 м/ч;

— шаг наплавки 3,0 мм/об детали;

— вылет проволоки из мундштука 20 мм;

— смещение с зенита 11 мм.

В качестве присадочного материала использовались проволоки диаметром 2 мм (в среде углекислого газа — марка Св-08ГС, в среде аргона — Св-08 и Св-08ГС, в среде азота — Св-08).

Режим накатки для получения ровной цилиндрической поверх­ности при наплавке в среде углекислого газа (высота наплавленно­го металла Н = 3,5 мм, высота наплавленного металла после накат­ки h = 3 мм):

— расстояние от сварочной дуги до зоны деформации 20…25 мм;

— температура металла при деформации 750…850 °С;

— усилие деформации при формообразовании 9…10 кН;

— радиус накатного ролика, определяемый из условия деформа­ции наплавленного металла на глубину до 3 мм, рекомендуется на­значать в пределах 20…50 мм;

— длина накатного ролика равна длине наплавляемой поверхнос­ти детали.

В результате пластического формообразования непосредственно в процессе наплавки получается гладкая поверхность, характеризу­емая 3…5 классом шероховатости. Одновременно с формообразо­ванием происходит термомеханическое упрочнение поверхности, в результате которого улучшается макро — и микроструктура наплав­ленного металла. Так, например, детали из стали марки 45, наплав­ленные в среде углекислого газа, после точения и после накатки ро­ликом имеют одинаковую феррито-перлитную структуру; различие состоит в величине зерен и их ориентации. У деталей, наплавленных без накатки, наблюдается более крупное зерно и неравномерное рас­пределение структурных составляющих. Деформирование роликом приводит к образованию в наплавленном металле текстуры дефор­мации и размельчению зерен.

Основным дефектом при наплавке в среде углекислого газа и азота являются поры и трещины, появляющиеся при выделении из метал­ла газов. В результате ТМО они завариваются, если стенки их чисты и не успели покрыться тонким слоем окислов.

На рис. 5.5 приведены кривые распределения микротвердости наплавленного металла в поверхностном слое толщиной 1,2 мм.

Кривая 1 показывает усреднен­ную микротвердость металла, наплавленного в среде углекис­лого газа и обработанного то­чением, кривая 2—после ТМО роликом. Толщина зоны тер­мического влияния (ЗТВ) у обоих образцов была одинако­ва — 2 мм. Как видно из гра-

фика, в результате упрочнения металла после накатки роли­ком микротвердость (Н) повы­шается. Разброс значений мик­ротвердости у наплавленных образцов без ТМО (кривая /) почти в пять раз больше, чем после накатки. Накатной ролик необходимо охлаждать. Если его не охлаждать, то он будет оказывать на металл отжигающее действие. Это проявляется в увеличении зерна (ЗТВ) и уменьшении твердости наплавки.

Детали, наплавленные в среде углекислого газа, аргона и азота, после накатки роликом обладают достаточно высокой прочностью сцепления наплавки с основным металлом.

Результаты испытания на изнашивание, проводимые на машине трения МИ, показали, что износостойкость деталей, наплавленных в среде углекислого газа и азота с обкаткой роликом, повышается на 40 % по сравнению с деталями, наплавленными и обработанными на токарных станках. Износостойкость деталей после наплавки в ар­гоне и накатки почти такая же, как у наплавленных без накатки. Результаты испытаний деталей на усталость при изгибе показали по­вышение (незначительное) усталостной прочности у деталей, наплав­ленных с ТМО роликом. Долговечность деталей, восстановленных наплавкой в среде защитных газов с ТМО, повышается на 40 %.