Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла
Исследовано влияние наплавки пластичного подслоя на термическую стойкость наплавленного металла 25Х5ФМС. Установлено, что наплавка пластичного подслоя проволокой Св-08А примерно на 20 % повышает термическую стойкость образцов из стали 40Х, наплавленных порошковой проволокой ПП-Нп-25Х5ФМС. The effect...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103540 |
| 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: | Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла / И.А. Рябцев, А.А. Бабинец, И.И. Рябцев // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 22-25. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103540 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Рябцев, И.А. Бабинец, А.А. Рябцев, И.И. 2016-06-20T08:08:23Z 2016-06-20T08:08:23Z 2011 Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла / И.А. Рябцев, А.А. Бабинец, И.И. Рябцев // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 22-25. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103540 621.791.92 Исследовано влияние наплавки пластичного подслоя на термическую стойкость наплавленного металла 25Х5ФМС. Установлено, что наплавка пластичного подслоя проволокой Св-08А примерно на 20 % повышает термическую стойкость образцов из стали 40Х, наплавленных порошковой проволокой ПП-Нп-25Х5ФМС. The effect of deposition of a ductile sublayer on heat resistance of deposited metal 25Kh5FMS was investigated. It was established that the ductile sublayer deposited with wire Sv-08A provides an approximately 20 % increase in heat resistance of 40X steel samples deposited with flux-cored wire PP-Np-25Kh5FMS. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла Influence of plastic underlayer on heat resistance of multilayer deposited metal Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла |
| spellingShingle |
Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла Рябцев, И.А. Бабинец, А.А. Рябцев, И.И. Научно-технический раздел |
| title_short |
Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла |
| title_full |
Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла |
| title_fullStr |
Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла |
| title_full_unstemmed |
Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла |
| title_sort |
влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла |
| author |
Рябцев, И.А. Бабинец, А.А. Рябцев, И.И. |
| author_facet |
Рябцев, И.А. Бабинец, А.А. Рябцев, И.И. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Influence of plastic underlayer on heat resistance of multilayer deposited metal |
| description |
Исследовано влияние наплавки пластичного подслоя на термическую стойкость наплавленного металла 25Х5ФМС. Установлено, что наплавка пластичного подслоя проволокой Св-08А примерно на 20 % повышает термическую стойкость образцов из стали 40Х, наплавленных порошковой проволокой ПП-Нп-25Х5ФМС.
The effect of deposition of a ductile sublayer on heat resistance of deposited metal 25Kh5FMS was investigated. It was established that the ductile sublayer deposited with wire Sv-08A provides an approximately 20 % increase in heat resistance of 40X steel samples deposited with flux-cored wire PP-Np-25Kh5FMS.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103540 |
| citation_txt |
Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость многослойного наплавленного металла / И.А. Рябцев, А.А. Бабинец, И.И. Рябцев // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 22-25. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT râbcevia vliânieplastičnogopodsloânatermičeskuûstoikostʹmnogosloinogonaplavlennogometalla AT babinecaa vliânieplastičnogopodsloânatermičeskuûstoikostʹmnogosloinogonaplavlennogometalla AT râbcevii vliânieplastičnogopodsloânatermičeskuûstoikostʹmnogosloinogonaplavlennogometalla AT râbcevia influenceofplasticunderlayeronheatresistanceofmultilayerdepositedmetal AT babinecaa influenceofplasticunderlayeronheatresistanceofmultilayerdepositedmetal AT râbcevii influenceofplasticunderlayeronheatresistanceofmultilayerdepositedmetal |
| first_indexed |
2025-11-25T22:33:15Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:33:15Z |
| _version_ |
1850566498952675328 |
| fulltext |
УДК 621.791.92
ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИЧНОГО ПОДСЛОЯ НА ТЕРМИЧЕСКУЮ
СТОЙКОСТЬ МНОГОСЛОЙНОГО НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
И. А. РЯБЦЕВ, д-р техн. наук, А. А. БАБИНЕЦ, инж., И. И. РЯБЦЕВ, канд. техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Исследовано влияние наплавки пластичного подслоя на термическую стойкость наплавленного металла 25Х5ФМС.
Установлено, что наплавка пластичного подслоя проволокой Св-08А примерно на 20 % повышает термическую
стойкость образцов из стали 40Х, наплавленных порошковой проволокой ПП-Нп-25Х5ФМС.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая наплавка, наплавленный ме-
талл, многослойная наплавка, пластичный подслой, терми-
ческая стойкость
Термическая усталость является характерным ви-
дом повреждений инструментов для горячего де-
формирования металлов: прокатных валков, шта-
мпов горячей обработки давлением, ножей го-
рячей резки и многих других, испытывающих воз-
действие циклических теплосмен [1, 2].
Трещины термической усталости возникают на
поверхности таких инструментов после некото-
рого количества теплосмен. Процесс их образо-
вания зависит от свойств материала инструментов
и ряда параметров, характеризующих условия эк-
сплуатации. Еще до появления трещин в мате-
риале происходят необратимые структурные из-
менения, которые могут повлиять на его меха-
нические свойства, форму и размер деталей [3–
10]. Характеристикой сопротивления материалов
термической усталости обычно служит количес-
тво циклов нагрев–охлаждение до появления сет-
ки трещин разгара.
При контакте с заготовкой, температура ко-
торой достигает 1200 °С, поверхностные слои
прокатного валка (штампа) нагреваются, а после
прекращения контакта с ней резко охлаждаются.
Соответственно в каждом цикле нагрев–охлаж-
дение у этих слоев должны изменяться объем и
напряженно-деформированное состояние (рис. 1).
В процессе нагрева поверхностные слои рас-
ширяются, но более холодные внутренние слои
препятствуют этому, вследствие чего внешние
слои упруго сжимаются. Если температурный гра-
диент от поверхности внутрь детали достаточно
велик, то значения напряжения сжатия могут дос-
тигать предела текучести. При быстром охлаж-
дении этот же слой должен постепенно сжимать-
ся, но из-за сопротивления теперь уже более наг-
ревшихся внутренних слоев этот процесс проис-
ходит затрудненно или вообще не происходит,
и поверхностный слой сначала упруго, а затем
пластично растягивается. При возврате к перво-
начальной температуре размер поверхностного
слоя совпадает с его начальным размером, но при
этом значения остаточных растягивающих нап-
ряжений в нем могут достигать предела текучести.
Глубина пластически деформированного слоя
определяется условиями нагрева и охлаждения,
а также физико-механическими свойствами ма-
териала этого слоя — коэффициентом термичес-
кого расширения, модулем упругости, теплопро-
водностью. Структурные изменения материала в
процессе теплосмен, в частности, упрочнение и
разупрочнение на различных этапах циклического
деформирования, могут вызывать изменение вида
гистерезисной петли. Если при достижении мак-
симальной температуры цикла дается выдержка
до проведения очередного цикла охлаждения, то
происходит релаксация термических напряжений,
и, как следствие, гистерезисная петля также из-
меняется (рис. 1). Все это свидетельствует о том,
что нет определенного значения напряжения, ко-
торое может характеризовать термическую уста-
лость [4].
Повторяющиеся пластические деформации так
же, как и при циклических условных нагрузках,
© И. А. Рябцев, А. А. Бабинец, И. И. Рябцев, 2011
Рис. 1. Остаточная пластическая δ1 и упругая δ2 деформации,
вызывающие термическую усталость [8]: 1–3-й — циклы
нагрев–охлаждение; l0 — удлинение
22 10/2011
приводят к образованию трещин, и одновременно
с их углублением и расширением на поверхности
образуется сетка трещин разгара.
Целью настоящей работы было исследование
влияния подслоя, геометрических размеров под-
слоя и износостойкого слоя на термическую стой-
кость наплавленных деталей.
Исследования проводили применительно к
стальным валкам горячей прокатки. Как указы-
валось выше, на термическую усталость инстру-
ментов для горячего деформирования металла
оказывает влияние максимальная температура
нагрева в зоне контакта этого инструмента с наг-
ретой заготовкой и распределение температуры
в его поверхностных слоях.
На первом этапе расчетно-экспериментальным
путем определили характер распределения тем-
пературы по сечению валка в процессе прокатки
[11]. Известно [1, 2], что во время контакта с
деформируемой заготовкой поверхностные слои
прокатного валка нагреваются до максимальной
температуры 700…800 °С (рис. 2, а), затем в про-
цессе вращения валка интенсивно охлаждаются, их
температура резко снижается до 200 °С. Темпера-
тура в центре валка составляет 20 °С (рис. 2, б).
Из этих данных следует, что в процессе экс-
плуатации прокатного валка термический цикл
имеет пилообразный характер и выдержки при
максимальной температуре нет. В связи
с этим при расчете термической уста-
лости можно не учитывать ползучесть,
существенно снижающую сопротивле-
ние термической усталости [3]. При
этом толщина слоя, который прогрева-
ется до 700 °С, составляет 4…6 мм, а
температура нижележащих слоев, резко
снижается до 300…400 °С (общая тол-
щина слоев нагретых свыше 300 °С,
составляет 6…8 мм) и далее до 200 °С.
Таким образом, у рабочего слоя прокатного
валка, который подвергается воздействию терми-
ческих циклических нагрузок, толщина будет сос-
тавлять 6…8 мм. Для материалов слоев, нагретых
ниже 200 °С, более важной характеристикой бу-
дет усталостная прочность при циклических эк-
сплуатационных силовых нагрузках. Существен-
ную роль в данном случае должен выполнять
пластичный подслой, поскольку усталостная
прочность основного металла прокатного валка
(как правило, это средне- и высокоуглеродистые
низколегированные стали) невысока.
В соответствии с этими расчетами были выб-
раны геометрические размеры подслоя и основ-
ного слоя у образцов для исследования терми-
ческой стойкости металла, наплавленного порош-
ковой проволокой ПП-Нп-25Х5ФМС, которая ши-
роко используется при наплавке прокатных вал-
ков, штампов и других подобных деталей.
На заготовки из стали 40Х производили нап-
лавку по следующим вариантам: наплавку порош-
ковой проволокой ПП-Нп-25Х5ФМС без подслоя
(2 и 4 слоя, общая толщина наплавленного ме-
талла после шлифовки соответственно 4 и 8 мм);
наплавку пластичного подслоя проволокой Св-08
(2 слоя) и износостойких слоев порошковой про-
волокой ПП-Нп-25Х5ФМС (2 и 4 слоя, общая тол-
щина износостойкого наплавленного металла пос-
Рис. 2. Распределение температуры на поверхности валка (а) и расчетные изотермы температурного поля в сечении валка (б)
в процессе прокатки
Т а б л и ц а 1. Характеристика наплавленных слоев опытных образ-
цов
Номер
образца
Тип легирования
наплавки
Количест-
во наплав-
ленных
слоев
Толщина изно-
состойкого
слоя после
шлифовки, мм
Твердость
наплавлен-
ного метал-
ла HRC
1.1 25Х5ФМС (без подслоя) 2 3...4 45...47
1.2 4 7...8 46...47
1.3 Подслой Св-08+25Х5ФМС 2+2 3...4 43...45
1.4 2+4 7...8 44...46
10/2011 23
ле шлифовки составляла соответственно 4 и 8 мм)
(табл. 1).
Наплавку выполняли с перекрытиями валиков
примерно на 50 % проволокой диаметром 2,8 мм
на следующем режиме: сварочный ток Iсв =
= 350…400 А; напряжение на дуге Uд = 28…30 В;
скорость наплавки vн = 16 м/ч. После наплавки
образцы медленно охлаждали под слоем флюса.
Подслойный химический анализ наплавленно-
го металла приведен в табл. 2, там же дан стан-
дартный состав металла, наплавленного порош-
ковой проволокой ПП-Нп-25Х5ФМС. Как видно
из таблицы, уже во втором слое обеспечивается
получение наплавленного металла, соответству-
ющего по химическому составу ТУУ
05416923.024–97.
Затем из наплавленных заготовок вырезали об-
разцы размером 40×40×30 мм для испытаний на
термическую стойкость. Наплавленную поверх-
ность образцов размером в плане 40×40 мм перед
испытаниями подвергали шлифовке (рис. 3). Из-
готавливали и испытывали по три-четыре образца
каждого варианта наплавки.
Термическую стойкость изучали на блочно-мо-
дульной установке, разработанной в ИЭС им.
Е. О. Патона для испытаний различных свойств
наплавленного металла [12].
Условия испытаний были следующими: нагрев
шлифованной наплавленной поверхности образца
осуществляли газовым резаком до 800 °С (пятно
нагрева 15 мм, нагреваемая поверхность образца
размером в плане 40×40 мм), охлаждение нагре-
той поверхность струей воды до 60 °С. Циклы
нагрев–охлаждение повторяли до появления ви-
димой невооруженным глазом сетки трещин раз-
гара. Термостойкость оценивали исходя
из количества циклов нагрев–охлаждение
до появления первых трещин и достиже-
ния определенной степени растрескива-
ния — образования сетки трещин разгара.
Результаты испытаний (средние по 3-4
образцам каждого типа) приведены в табл.
3, а внешний вид образцов после испы-
таний — на рис. 4.
Полученные результаты показали, что
наплавка подслоя позволяет получить тер-
мическую стойкость наплавленного ме-
талла 25Х5МФС, особенно на стадии
появления сетки трещин разгара.
Т а б л и ц а 2. Результаты послойного химического анализа и твердость наплавленного металла типа 25Х5ФМС
Номер слоя
Массовая доля легирующих элементов, %
HRC
С Si Mn Cr V Mo
1 0,22 0,69 0,53 4,5 0,25 0,87 46...48
2 0,24 0,74 0,56 5,4 0,37 0,95 48...50
3 0,26 0,79 0,64 5,5 0,40 1,01 49...51
4 0,26 0,76 0,64 5,4 0,40 0,99 49...51
25Х5ФМС (ТУУ 05416923.024–97) 0,22...0,33 0,70...1,20 0,4...1,0 4,7...5,9 0,3...0,6 0,9...1,5 45...53
Рис. 3. Внешний вид наплавленных образцов
Т а б л и ц а 3. Термическая стойкость образцов наплав-
ленного металла
Номер образца
Количество циклов нагрев–охлаждение
до появления
первых трещин
до развития
трещин
до появления
сетки трещин
1.1 69 114 175
1.2 66 104 170
1.3 72 123 186
1.4 86 130 200
Рис. 4. Внешний вид образцов после испытаний на термостойкость,
наплавленных порошковой проволокой ПП-Нп-25Х5ФМС без подслоя
(а) и с подслоем Св-08 (б)
24 10/2011
Выводы
1. Расчетно-экспериментальным путем установле-
но, что толщина рабочего слоя прокатного валка
черновой клети, который в зоне контакта с де-
формируемой заготовкой периодически нагрева-
ется до 200…700 °С, составляет 6…8 мм. Для ма-
териалов слоев, нагретых ниже 200 °С, важной
характеристикой является усталостная прочность
при циклических эксплуатационных силовых наг-
рузках. Исходя из этого, для наплавки подслоя
в валках горячей прокатки рекомендуется исполь-
зовать низкоуглеродистые низколегированные
стали, отличающиеся высокой пластичностью и
усталостной прочностью.
2. Экспериментально установлено, что наплав-
ка пластичного подслоя проволокой Св-08А при-
мерно на 20 % повышает термическую стойкость
образцов из стали 40Х, наплавленных порошко-
вой проволокой ПП-Нп-25Х5ФМС.
1. Фрумин И. И. Автоматическая электродуговая наплавка.
— Харьков: Металлургиздат, 1961. — 421 с.
2. Тылкин М. А. Повышение долговечности деталей метал-
лургического оборудования. — М.: Металлургия, 1971.
— 608 с.
3. Дульнев Р. А., Котов П. И. Термическая усталость ме-
таллов. — М.: Машиностроение, 1980. — 200 с.
4. Баландин Ю. Ф. Термическая усталость металлов в судо-
вом энергомашиностроении. — Л.: Судостроение, 1967.
— 272 с.
5. Давиденков Н. Н., Лихачев В. А. Необратимое формоиз-
менение металла при циклическом тепловом воздейс-
твии. — М.: Машгиз, 1962. — 223 с.
6. Тылкин М. А., Яловой Н. И., Полухин П. Т. Температура и
напряжения в деталях металлургического оборудования.
— М.: Высш. шк., 1970. — 427 с.
7. Термопрочность деталей машин / И. А. Биргер, Б. Ф.
Шорр, И. В. Демьянушко и др. — М.: Машиностроение,
1975. — 455 с.
8. Артингер И. Инструментальные стали и их термическая
обработка / Пер. с венг. — М.: Металлургия, 1982. —
312 с.
9. Довнар С. А. Термомеханика упрочнения и разрушения
штампов объемной штамповки. — М.: Машиностроение,
1975. — 255 с.
10. Трощенко В. Т., Шемеган Ю. М., Синявский Л. П. Иссле-
дование закономерностей разрушения сплавов при тер-
моусталости и при совместном действии циклических
механических и термических напряжений // Материалы
Всесоюз. симп. по малоцикловой усталости при повы-
шенных температурах. — Челябинск, 1974. — Вып. 2. —
С. 137–156.
11. Рябцев И. А. Восстановление и упрочнение методами
наплавки деталей, эксплуатирующихся в условиях изна-
шивания и различных видов циклических нагрузок: Дис.
... д-ра техн. наук. — Киев, 2010. — 268 с.
12. Рябцев И. И., Черняк Я. П., Осин В. В. Блочно-модульная
установка для испытаний наплавленного металла //
Сварщик. — 2004. — № 1. — С. 18–20.
The effect of deposition of a ductile sublayer on heat resistance of deposited metal 25Kh5FMS was investigated. It was
established that the ductile sublayer deposited with wire Sv-08A provides an approximately 20 % increase in heat
resistance of 40X steel samples deposited with flux-cored wire PP-Np-25Kh5FMS.
Поступила в редакцию 26.04.2011
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. — Киев: ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, 2011. —
216 с. Мягкий переплет, 200×290 мм.
Сборник включает 42 статьи, опубликованные в журнале «Авто-
матическая сварка» за период 2006–2010 гг., по проблемам разработки,
изготовления и применения сварочных материалов, включая покрытые
электроды, порошковые проволоки и ленты, сварочные флюсы, а также
материалы для наплавки. Представлены обзоры состояния рынка сва-
рочных материалов в Украине, России и Китае.
Сборник предназначен для научных сотрудников, инженеров, тех-
нологов и аспирантов, занимающихся сварочными технологиями и их
применением.
Заказы на книгу просьба направлять
в редакцию журнала «Автоматическая сварка»:
тел./факс: (38044) 200-82-77, 200-54-84,
E-mail: journal@paton.kiev.ua.
10/2011 25
|