Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты
Приведены результаты изучения структуры, твердости и относительной износостойкости поверхностных слоев деталей,
 восстановленных дуговой наплавкой под флюсом с добавлением порошковых материалов и наложением внешнего магнитного аксиального поля. Используя порошки карбида кремния SiC и аэроси...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103496 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты / В.В. Перемитько // Автоматическая сварка. — 2014. — № 8 (734). — С. 56-59. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860100010374332416 |
|---|---|
| author | Перемитько, В.В. |
| author_facet | Перемитько, В.В. |
| citation_txt | Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты / В.В. Перемитько // Автоматическая сварка. — 2014. — № 8 (734). — С. 56-59. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Приведены результаты изучения структуры, твердости и относительной износостойкости поверхностных слоев деталей,
восстановленных дуговой наплавкой под флюсом с добавлением порошковых материалов и наложением внешнего магнитного аксиального поля. Используя порошки карбида кремния SiC и аэросила SiO2, готовили пастообразную смесь на
основе грунтовки ГФ-021, которую наносили валиками вдоль направления наплавки. При проведении экспериментов
варьировали составом смеси, количеством наносимых слоев, эксцентриситетом в расположении слоев относительно
оси электродной проволоки, а также индукцией внешнего магнитного поля. Исходя из полученных результатов, самая
высокая твердость наплавленного металла наблюдается при В = 10…50 мТл. Оптимальный шаг в наложении слоев
— 4…6 мм. Твердость растет при увеличении количества наносимых слоев. Представлены регрессионные уравнения
указанных зависимостей. За счет внешнего магнитного поля стало возможным уменьшение теплового воздействия
на вводимые порошковые материалы без расплавления их частиц. Анализ микроструктур свидетельствует о влиянии
магнитного поля на кристаллизацию. Произошло равномерное распределение частиц порошкового материала в наплавленном металле, балл зерна достиг 10…12 против исходных 6…8. Испытания на износ выявили наименьшие потери
массы образцов, наплавленных с введением частиц SiO₂. При этом происходит допустимая пластическая деформация
и максимальное повышение твердости поверхностных слоев.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:28:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
56 8/2014
УДК 621.791.927.5
ИЗНОСОСТОЙКАЯ ДУГОВАЯ НАПЛАВКА
ПО СЛОЮ ЛЕГИРУЮщЕЙ ШИХТЫ
В. В. ПЕРЕМИТЬКО
Днепродзержинск. гос. техн. ун-т. 51918, г. Днепродзержинск, ул. Днепростроевская, 2. E-mail: welding@dstu.dp.ua
Приведены результаты изучения структуры, твердости и относительной износостойкости поверхностных слоев деталей,
восстановленных дуговой наплавкой под флюсом с добавлением порошковых материалов и наложением внешнего маг-
нитного аксиального поля. Используя порошки карбида кремния SiC и аэросила SiO2, готовили пастообразную смесь на
основе грунтовки ГФ-021, которую наносили валиками вдоль направления наплавки. При проведении экспериментов
варьировали составом смеси, количеством наносимых слоев, эксцентриситетом в расположении слоев относительно
оси электродной проволоки, а также индукцией внешнего магнитного поля. Исходя из полученных результатов, самая
высокая твердость наплавленного металла наблюдается при В = 10…50 мТл. Оптимальный шаг в наложении слоев
— 4…6 мм. Твердость растет при увеличении количества наносимых слоев. Представлены регрессионные уравнения
указанных зависимостей. За счет внешнего магнитного поля стало возможным уменьшение теплового воздействия
на вводимые порошковые материалы без расплавления их частиц. Анализ микроструктур свидетельствует о влиянии
магнитного поля на кристаллизацию. Произошло равномерное распределение частиц порошкового материала в наплав-
ленном металле, балл зерна достиг 10…12 против исходных 6…8. Испытания на износ выявили наименьшие потери
массы образцов, наплавленных с введением частиц SiO2. При этом происходит допустимая пластическая деформация
и максимальное повышение твердости поверхностных слоев. Библиогр. 8, табл. 4, рис.4.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая наплавка под флюсом, внешнее магнитное поле, порошки SiC и SiO2, смеси на основе
грунтовки, анализ микроструктуры, твердость, регрессионные зависимости, износостойкость
Практика восстановительной наплавки деталей в
различных отраслях промышленности предопре-
делила множество направлений развития и совер-
шенствования способов традиционной дуговой
наплавки плавящимся электродом. В разное время
предложены технологии и оборудование, позво-
ляющие увеличить производительность наплав-
ки, обеспечить возможность нанесения слоев в
многослойных покрытиях в различных простран-
ственных положениях и различного химического
состава, в том числе композиционных [1].
При общей тенденции использования для вос-
становления и упрочнения деталей недефицитных
и недорогих наплавочных материалов основную
сложность представляет достижение высокой из-
носостойкости восстанавливаемых контактных
поверхностей. Повышение эксплуатационных ха-
рактеристик наплавленного рабочего слоя обычно
достигается выбором и оптимизацией химическо-
го состава электродных или присадочных напла-
вочных материалов и, в случае необходимости,
последующей термической обработкой [1–5].
С целью увеличения срока эксплуатации де-
талей, работающих в условиях абразивного изна-
шивания, провели усовершенствование установки
для автоматической дуговой наплавки под флю-
сом, разработали технологию наплавки по слою
легирующей шихты, выполнили наплавку образ-
цов по разработанной технологии, исследовали
микроструктуру и износостойкость наплавленных
образцов.
Суть предложенных изменений заключается в
том, что при наплавке на сварочную дугу накла-
дывалось управляющее аксиальное магнитное
поле, которое оказывает тормозящее действие
на скорость потоков жидкого металла в ванне и
уменьшает глубину проплавления основного ме-
талла [6–8]. Наложение внешнего магнитного
поля также обеспечивает увеличение поперечных
размеров сварочной ванны, что дает возможность
наносить порошковую присадочную шихту со сме-
щением ее расположения от оси дуги в той области
сварочной ванны, где температура жидкого металла
относительно невысока. Последнее важно с точки
зрения недопущения полного расплавления дис-
персного материала, вводимого для измельчения
структуры наплавляемого металла и повышения его
износостойкости. В качестве дисперсных матери-
алов использовали карбид кремния SiC и аэросил
SiO2 с размером частиц не более 200 мкм. Аэросил
— коллоидный диоксид кремния, очень легко из-
мельчаемый порошок, техническое название — пи-
рогенный диоксид кремния.
Для улучшения условий внесения и повыше-
ния эффективности влияния, порошки карбида
кремния и аэросила смешивали с порошком же-
леза (Fe+SiC, Fe+SiO2). Это позволило улучшить
усвоение порошков наплавленным металлом и
обеспечить их более равномерную концентрацию
© В. В. Перемитько, 2014
578/2014
по длине наплавленного валика. Для большей рав-
номерности попадания порошкового материала
в наплавляемый валик готовили пастообразную
смесь на основе грунтовки ГФ-021, которую нано-
сили вдоль линии последующей наплавки с шагом
в поперечном направлении 4…10 мм (рис. 1).
Поскольку порошковые материалы отличаются
параметрами (форма, насыпная масса), эксперимен-
тальным путем были определены оптимальные про-
порции и расход порошков на единицу длины шва.
Полученные данные сведены в табл. 1.
Наплавку образцов из стали 45 выполняли под
флюсом АН-348А проволокой Св-08А диаметром
3 мм на установке типа УД-209. Режим наплавки:
ток 400 А, напряжение 32…36 В, скорость пода-
чи проволоки 160 м/ч, скорость наплавки 12…16
м/ч, шаг наплавки 6…8 мм, ток постоянный, по-
лярность обратная. Для изучения структуры и
измерения твердости из наплавленных заготовок
вырезали плоские образцы толщиной 15 мм, а для
испытания на изнашивание — цилиндрические, с
внешним диаметром от 30 до 50 мм и толщиной
10 мм.
Изменяя расстояние N, режимы наплавки и ха-
рактеристики магнитного поля, можно добиться
того, что относительно тугоплавкие частицы ле-
гирующей шихты не полностью расплавляются в
сварочной ванне и после кристаллизации наплав-
ленного металла будут находиться в нем в свобод-
ном состоянии.
При проведении экспериментов выполняли
центральное некомпозиционное планирование
второго порядка для четырех факторов — соста-
ва смеси, количества наносимых слоев смеси
(наносились один на один, после высыхания пре-
дыдущего), эксцентриситета в расположении слоя
относительно оси горелки, индукции внешнего
магнитного поля. Обработка экспериментальных
данных была проведена с помощью математиче-
ского пакета STATISTICA 6.0. Определение твер-
дости проводили на твердомере ТК-2. Исходя из
полученных результатов, самые высокие показа-
тели твердости наплавленного металла наблюда-
ются при магнитной индукции B = 20…50 мТл
(табл. 2).
Регрессионные уравнения зависимостей твер-
дости для двух типов смесей имеют вид
HВ = 156,974 + 29,190[с] +
+ 22,605n – 2,638[с]2 – 4,721[с]n – 1,829n2, (1)
HВ = 177,856 + 15,427N – 0,176B –
– 0,962N2 – 0,039NB + 0,002B2. (2)
Уравнение (1) позволяет рассчитывать твер-
дость наплавленного металла при использовании
смеси SiC + Fe. Эта смесь дает наибольший рост
твердости ([с] — концентрация SiC в смеси, фак-
тически выраженная ее номером). Уравнение (2),
Таблица 1. Пропорции смесей и их расход на единицу
длины шва
Номер
смеси
Состав
смеси
Соотношение ком-
понентов в смеси
Расход порошка
на валик длиной
15 см, г
1
SiC + Fe
0,04:1,0
0,062 0,08:1,0
3 0,12:1,0
4
SiO2+ Fe
0,15:1,0
0,55 0,30:1,0
6 0,45:1,0
Рис. 1. Схема автоматической дуговой наплавки под флюсом
по легирующей шихте, расположенной вне зоны действия
дуги, с наложением на дугу магнитного поля: 1 — катушка,
создающая магнитное поле; 2 — проволока; 3 — слой леги-
рующей шихты; 4 — флюс; 5 — наплавляемый образец; N —
расстояние от центра дуги до слоя легирующей шихты
Т а б л и ц а 2 . Результаты определения твердости на-
плавленного металла образцов
Номер
об-
разца
Номер
смеси
N,
мм
Количество
наносимых
слоев смеси
B, мТл HВ
1
Без
внесения
порошков
7 – 80 213,5
2 -»- 4 – 20 217,6
3 6 10 2 50 223,0
4 5 4 2 50 230,2
5 1 10 2 50 215,0
6 2 4 2 50 219,7
7 4 7 2 80 214,5
8 5 7 2 20 220,0
9 3 7 2 80 219,7
10 3 7 2 20 235,6
11 2 7 3 50 220,9
12 4 7 1 50 219,1
13 3 7 3 50 229,0
14 3 7 1 50 227,6
58 8/2014
соответственно, позволяет рассчитывать твер-
дость наплавленного металла при использовании
смеси SiO2 + Fe.
Твердость растет при смене состава смесей по-
рошков в такой последовательности: (без порош-
ка)<(Fe + SiO2)<(Fe + SiC) и увеличении количе-
ства n наносимых слоев порошковых материалов
до трех (1 < 2 < 3). Двукратное применение по-
рошка увеличивает твердость наплавленного ме-
талла в 1,5 раза, а трехкратное — в 1,05 раза по
сравнению с двукратным. Оптимальное смещение
слоев легирующей шихты N от центра шва нахо-
дится в пределах 4…6 мм.
Из наплавленных заготовок были изготовлены
образцы для исследования микроструктуры и из-
носостойкости наплавленного металла.
Анализ микроструктур свидетельствует о по-
ложительном влиянии магнитного поля на кри-
сталлизацию наплавленного металла (рис. 2, а,
б). Вследствие интенсивного перемешивания при
наложении магнитного поля ферритно-перлитные
зерна имеют разориентированную направлен-
ность. Кроме того, наплавленный металл имеет
очень мелкую структуру — балл зерна наплавлен-
ного металла составляет 10…12. Это объясняется
влиянием магнитной индукции и присутствием
нерасплавившихся частиц диоксида и карбида
кремния, которые достаточно равномерно распре-
делены в наплавленном металле.
Рис. 2. Структура (×1000) наплавленного металла образцов: а — основной металл (сталь 45); б — ЗТВ; в, г — наплавленный
металл со смесью порошков (SiC + Fe) и (SiO2 + Fe) (черные точки — частицы SiC и SiO2 соответственно)
Рис. 3. Схема сканирования наплавленного металла образцов Рис.4. Распределение элементов по линии сканирования
598/2014
Идентификацию включений проводили с помо-
щью энергодисперсионного анализатора на раст-
ровом электронном микроскопе Zeiss EVO50
(рис. 3, 4). Детальное изучение структурных со-
ставляющих выполняли на глубине 2, 4 и 6 мм от
поверхности валика на участках шириной 5 мм
симметрично его оси. Характер распределения
дисперсных включений, а также их количество во
всех случаях оставались приблизительно одина-
ковыми. Размер частиц уменьшился на порядок.
Самые крупные из них имели линейные размеры
в пределах 10 мкм. Полученные данные (табл. 3)
свидетельствуют о том, что частицы частично со-
хранили свой химический состав.
Были проведены исследования износостойкости
наплавленного металла на установке МИ-1М по схе-
ме «ролик-ролик» (время изнашивания — 2 ч, уси-
лие прижатия роликов — 1 кН, табл. 4).
Как видно, максимальная потеря массы и мини-
мальная износостойкость наблюдались в контакт-
ной паре, наплавленной без внесения порошков.
Наплавленный металл имел минимальную твер-
дость, износ шел с пластическим деформирова-
нием и отслоением поверхностных слоев. Более
высокую износостойкость имела пара трения об-
разцов, наплавленных по шихтовой смеси с части-
цами SiC.
Хотя твердость образцов этого типа до и по-
сле испытаний были выше, чем у неупрочненных
образцов, но их износ проходил без значительно-
го пластического упрочнения. Лучший результат
показали образцы, наплавленные по шихте с ча-
стицами аэросила. Они в большей степени упроч-
нялись в процессе изнашивания и имели наивыс-
шую твердость после испытаний.
Выводы
1. Предложена схема дуговой наплавки по слою ле-
гирующей шихты, с наложением на дугу внешнего
магнитного поля, которая позволяет существенно
— в 1,8…2,2 раза — увеличить износостойкость
наплавляемого металла при использовании нелеги-
рованной проволоки и распространенных флюсов, а
также порошков диоксида и карбида кремния.
2. Определены оптимальные параметры пода-
чи легирующей шихты относительно центра дуги
(магнитная индукция 20…50 мТл, смещение сло-
ев шихты относительно оси дуги — 4…6 мм) при
которых достигаются максимальное снижение
потерь массы образцов при износе (от 0,2065 до
0,0827 г) и измельчение зерна наплавленного ме-
талла.
3. Локальным анализом дисперсных включе-
ний подтверждено, что нерасплавившиеся ча-
стицы сохранили в основном свой состав (Si до
17,76 %, С до 14,74 %, O2 до 35,72 %) при значи-
тельном — на порядок — уменьшении линейных
размеров.
1. Рябцев И. А., Сенченков И. К. Теория и практика напла-
вочных работ. – Киев: Екотехнологія, 2013. – 400 с.
2. Чигарев В. В., Малинов В. Л. Выбор экономнолегиро-
ванных наплавочных материалов для различных усло-
вий ударно-абразивного воздействия // Автомат.сварка.
– 2000. – № 5. – С. 58–60.
3. Восстановление и повышение износостойкости и срока
службы деталей машин / Под ред. В. С. Попова. – Запо-
рожье: ОАО «Мотор Сич», 2000. – 394 с.
4. Лившиц Л. С., Гринберг Н. А., Куркумелли Э. Г. Основы
легирования наплавленного металла. – М.: Машиностро-
ение, 1969. – 188 с.
5. Фрумин И. И. Автоматическая электродуговая наплавка.
– Харьков: Металлургиздат, 1961. – 421 с.
6. Размышляев А. Д., Миронова М. В. Магнитное управле-
ние формированием валиков и швов при дуговой наплав-
ке и сварке. – Мариуполь: Приазов. гос. техн. ун-т, 2009.
– 196 с.
7. Рижов Р. М., Кузнецов В. Д. Магнітне керування якістю
зварних з’єднань. – К.: Екотехнологія, 2010. – 288 с.
8. Перемитько В. В. Разработка и исследование техноло-
гии восстановительной наплавки катков ходовой части
гусеничных машин // Технологии упрочнения, нанесе-
ния покрытий и ремонта: Теория и практика: В 2 ч. Ч. 1.
Материалы 15-й Междунар. науч.-практ. конф. – С.-Пб:
Изд-во политехн. ун-та, 2013. – С. 168–172.
Поступила в редакцию 17.03.2014
Т а б л и ц а 3 . Химический состав дисперсных включений, мас. %
Номер смеси С O Al Si S Ті Mn Fe
3 14,74 35,72 4,61 15,14 1,18 0,30 26,81 1,49
6 7,15 33,08 2,56 17,76 0,97 0,28 31,59 6,61
Т а б л и ц а 4 . Результаты исследования износостойкости наплавленного металла образцов
Номер смеси
Твердость поверхностного слоя, HB Потеря массы, г
до испытания после испытания на ролик, ведущий/ведомый на контактную пару
Без введения порошков 213,5 220 0,12170/0,08485 0,20655
3 235,6 269 0,06929/0,05520 0,12449
6 223 285 0,05345/0,02925 0,08270
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103496 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:28:24Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Перемитько, В.В. 2016-06-16T14:34:09Z 2016-06-16T14:34:09Z 2014 Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты / В.В. Перемитько // Автоматическая сварка. — 2014. — № 8 (734). — С. 56-59. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103496 621.791.927.5 Приведены результаты изучения структуры, твердости и относительной износостойкости поверхностных слоев деталей,
 восстановленных дуговой наплавкой под флюсом с добавлением порошковых материалов и наложением внешнего магнитного аксиального поля. Используя порошки карбида кремния SiC и аэросила SiO2, готовили пастообразную смесь на
 основе грунтовки ГФ-021, которую наносили валиками вдоль направления наплавки. При проведении экспериментов
 варьировали составом смеси, количеством наносимых слоев, эксцентриситетом в расположении слоев относительно
 оси электродной проволоки, а также индукцией внешнего магнитного поля. Исходя из полученных результатов, самая
 высокая твердость наплавленного металла наблюдается при В = 10…50 мТл. Оптимальный шаг в наложении слоев
 — 4…6 мм. Твердость растет при увеличении количества наносимых слоев. Представлены регрессионные уравнения
 указанных зависимостей. За счет внешнего магнитного поля стало возможным уменьшение теплового воздействия
 на вводимые порошковые материалы без расплавления их частиц. Анализ микроструктур свидетельствует о влиянии
 магнитного поля на кристаллизацию. Произошло равномерное распределение частиц порошкового материала в наплавленном металле, балл зерна достиг 10…12 против исходных 6…8. Испытания на износ выявили наименьшие потери
 массы образцов, наплавленных с введением частиц SiO₂. При этом происходит допустимая пластическая деформация
 и максимальное повышение твердости поверхностных слоев. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты Wear-resistant arc surfacing over a layer of alloying charge Article published earlier |
| spellingShingle | Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты Перемитько, В.В. Производственный раздел |
| title | Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты |
| title_alt | Wear-resistant arc surfacing over a layer of alloying charge |
| title_full | Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты |
| title_fullStr | Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты |
| title_full_unstemmed | Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты |
| title_short | Износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты |
| title_sort | износостойкая дуговая наплавка по слою легирующей шихты |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103496 |
| work_keys_str_mv | AT peremitʹkovv iznosostoikaâdugovaânaplavkaposloûlegiruûŝeišihty AT peremitʹkovv wearresistantarcsurfacingoveralayerofalloyingcharge |