Способ многослойной наплавки чугуна на железоуглеродистую основу изделия

 

Изобретение относится к литейному и сварочному производству и может быть использовано для восстановления деталей металлургического оборудования, в частности прокатных валков. Цель изобретения - получение наплавленного металла с высокой износостойкостью и стойкостью противтрещинообразования. На поверхность изделия наплавляют слой доэвтектического чугуна с содержанием AI 3,5-4,0%, а каждый последующий слой наплавляют чугуном, содержание AI в котором равномерно уменьшают до 0,2-0,5% к последнему слою, что приводит к плавному повышению твердости от первого слоя наплавки к последнему. Кроме того, снижаются сварочные напряжения, а износоостойкая структура отбеленного чугуна имеет высокое качество. Изобретение позволяет наплавлять различные марки чугунов и сталей. В каждом конкретном случае способ осуществляется при подборе соответствующих термических циклов влияния первого слоя наплавки на основной металл 2 табл.

(39) ()!) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (з()э В 23 К 9!00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДETEJlbCTBY (21) 4641191/27 (22) 25.01.89 (46) 15,09,91, Бюл. М 34 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им, Г. И, Носова (72) Ф. Д, Кащенко, Л. А, Фетняева, С. М.

Набатчиков, В.А. Масленников, И. В, Боровков и Б. П. Черняховский (53) 621.791.92(088.8) (56) Черноиванов B. И„Андреев В, П. Восстановление деталей сельскохозяйствечных машин. M,: Колос, 1983, с. 15. (54) СПОСОБ МНОГОСЛОЙНОЙ НАПЛАВКИ ЧУГУНА НА )КЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТУЮ

ОСНОВУ ИЗДЕЛИЯ (57) Изобретение относится к литейному и сварочному производству и может быть использовано для восстановления деталей металлургического оборудования, в частности

Изобретение относится к сварочному и литейному производству и может быть использовано для восстановления деталей металлургического оборудования, в частности прокатных валков.

Цель изобретения — получение наплавленного металла с высокой износостойкостью и стойкостью против трещинообразования.

Согласно изобретению на железоуглеродистую основу поверхности изделия осуществляют поочередную (многослойную) наплавку, при этом первые слои наплавляют доэвтектическим чугуном с содержанием Al

3,5-4%, а каждый последующий слой наплавляют доэвтектическим чугуном, содержание Al в котором равномерно уменьшают прокатных валков. Цель изобретения — попучение наплавленного металла с высокой износостойкостью и стойкостью против трещинообразования, На поверхность изделия наплавляют слой доэвтектического чугуна с содержанием А! 3,5-4,0")ь, а каждый последующий слой нэплавляют чугуном, содержание Al в котором равномерно уменьшают до

0,2 — 0,5$ к последнему слою, что приводит к плавному повышению твердости от первого слоя наплавки к последнему. Кроме того. снижаются сварочные напряжения, а износоостойкая структура отбеленного чугуна имеет высокое качество, Изобретение позволяет наплэвлять различные марки чугунов и сталей. В каждом конкретном случае способ осуществляется при подборе соответствующих термических циклов влияния первого слоя нэплавки нэ основной металл.

2 табл. до 0,2 — 0,5 к последнему наплавленному слою.

По предлагаемому способу используют многослойную наплавку чугуном для создания переходной зоны с постепенным повышением твердости к поверхности наплавки и получения таким способом в последних слоях наплавки структуры отбеленного чугуна, обладающего высокой износостой костью и стойкостью против трещинообразования.

Для получения переходной зоны наплэвляют слой одного материала — чугуна, в котором изменяется содержание одного легирующего элемента (в предлагаемом способе — Al), При осуществлении наплавки по предлагаемому способу AI препятствует образованию закалочных структур при больших

1676763 скоростях охлаждения, какие имеют место . при сварке и наплавке, и выступает в новом качестве — как средство создания растянутой переходной зоны без скачкообразного повышения твердости в зоне термического влияния последующего слоя на предыдущий, что обеспечивает в конечном итоге высокую стойкость наплавленного металла к трещинообразованию.

Содержание Al в доэвтектическом чугуне при наплавке первых слоев менее 3,5$ приводит к уменьшению графитизации и повышению твердости наплавленного металла. Содержание алюминия более 4 способствует формированию мартенситной металлической матрицы в условиях быстрого охлаждения, что значительно увеличивает твердость наплавленного слоя.

Содержание Al a чугуне более 0,5 при наплавке последнего слоя ведет к уменьшению количества цементита в наплавленном металле и снижению твердости наплавленного металла. Содержание At менее 0,2 слабо влияет на структуру наплавленного чугуна, не вызывает заметного измельчения структуры и повышения механических характеристик наплавленного металла, а также не влияет на формирование наплавленного валика, При наплавке предпоследнего слоя содержание Al в чугуне желательно иметь не менее 1,5, что предотвращает возмож35

55 ность образования закалочных структур в зоне термического влияния последнего наплавленного слоя и приводит к более однородному распределению твердости от слоя к слою.

При двухслойной наплавке с содержанием алюминия в чугуне при наплавке первого слоя 3,5 — 4, а второго — 0,2 — 0,5, обеспечиваются высокие характеристики наплавленного металла в результате отсутствия закалочных структур в зоне термического влияния слоя на слой и высокой твердости и иэносостойкости верхнего наплавленного слоя. Наиболее полно преимущества предлагаемого способа проявляются при наплавке более двух слоев.

Пример. Проведена серия опытов по плазменной наплавке на серийной установке УПН-303 массивных образцов (дисков толщиной 50 мм), вырезанных из шейки прокатного валка стана 300 ММК. Химический состав чугуна, ф: С 3,29; St 0,85; Мп

0,42; Сг 0,24; Nt 0,23. Наплавку проводят чугунным порошком фракции 0,1-0,4 мм, полученным путем дробления стружки от того же валка, дополнительно легированной

Al. Опыты проводят с изменением содержания А! внаплавленной шихтеот0,1 до 6 и

30 изменением количества наплавляемых слоев. Температура предварительного подогрева образцов 350-400 С, наплавочный ток 160-180 А, амплитуда колебания плазмотрона 35 мм, частота 15 колеб(мин, перекрытие поперечных валиков осуществлено на 50$. Толщина каждого наплавленного слоя составляет 3-3,5 мм; Общая толщина двухслойной наплавки 6-6,5 мм,,трехслойной — 8,5-9 мм. Охлаждение наплавленного образца до 300 С осуществляют на воздухе, затем, s течение суток — с печью.

В. табл. 1 приведены характеристики наплавленного металла.

По результатам, приведенным в табл, 1 видно, что оптимальное содержание Al в чугуне при наплавке последнего слоя для обеспечения высокой твердости и качества наплавленного слоя должно быть 0,2-0,5 ь.

Содержание А! в чугуне при наплавке первого слоя иэ условия минимальной твердости должно быть 3,5-4 . Закалочные структуры в зоне термического влияния отсутствуют при содержании Al в чугуне, .на которой ведется наплавка, 1,5 и более.

Испытания наплавленного слоя металла на износостойкость проводили на лабораторной установке износа. Установка позволяет моделировать условия износа, возникающие при горячей прокатке металла, т.е. испытуемый металл работает в условиях высокого давления и термоциклирования. Износ образцов замеряли взвешиванием, Величину износа сравнивали с износом образцов из валкового чугуна (СП;

СПХН). Наплавленный металл показал стойкость не ниже, а в ряде случаев на 15 — 20 выше стойкости валкового чугуна. Для испытания выбирали беэдефектные образцы.

° Результаты испытаний сведены в табл.

2.

Отбеленный чугун СП, применяемый для сравнительных испытаний, имел твердость около 50 ед, HRC.

Предлагаемым способом можно наплавлять различные марки чугунов и сталей.

В каждом конкретном случае способ осуществляют при подборке соответствующих термических циклов влияния первого слоя наплавки на основной металл, так как трещиностойкость основного металла в этом случае выступает на первое место.

Проведены эксперименты по наплавке чугуна на сталь 45, сталь 150ХНМ, 60ХН, и т,п. Результаты аналогичны описанным в примере с небольшими отклонениями по твердости первых наплавленных слоев в результате понижения в них содержания углерода.

1676763

Таблица!

Характеристики наплавленного слоя ершание Al, Z в чугуне наплавке слоя

Холичество наплавпеннык слоев

Номер з

->-I

Высокая твердость напеавленнык слоев, 2 соотв. 45-48 HRC и 53-55 HRC, закалочные структуры в зоне термнческ. влияния первого напл. слоя на второй; поры во втором слое наплавки, трещины

Повышен. твердость наплевленнык слоев, 2 соотв. 43-45 HRC и 52-53 HRC, эакалочные структуры в зоне термич.влияния отсутствуют, поры и трещины во втором наплав.слое отсутствуют

Повышен. твердость первого слоя (35- г

36 ед.HRC) l твердость второго слоя

50-52 ед. HRC. исключ.мелкозерннст,структура отбел. чугуна, трещин и пор нет

Твердость первого слоя 32-34 ед,HRC> 2 структура половинчатого чугуна на.феррнтоперлитной основе с измельч.структ.составляющими, твердость второго слоя

46-48 ед.HRC, структура отбел. чугуна

Иинимальная твердость первого слоя 2

28-32 ед. HRC, структура половинчатого чугуна, второй слой имеет твердость

50-52 ед.!ИС> трещин и пор нет

Высокая твердость первого слоя наплавки 2 (54-56 ед.HRC), трещины

Твердость первого слоя 30-32 ед.HRC, з структура половинчатого чугуна перлитоферритнОЙ ОснОВы с нзмельч,структ ° сОстав лающими и вермикулярными включен. графита, твердость зоны сплавлення первого и второго слоев, 35-36 ед.HRCl твердость второго слоя 38-40 ед,HRC; структура аналогичн. структуре первого слоя, но с большим кол-вом цементита! твердость зоны сплавления второго и третьего слоев 42-45 ед. HRC, твердость третьего слоя наплавки

51-52 ед.HRC структура белого чугуна с исключ. мелкимн структурными составляющими

О, l5

1 1

2 1,5 0,2

3 3,2 0>5

4 3 5 0 6 5 4,0 0,5

6 42 05

3>9 2,1

0,3

Предлагаемый способ многослойной наплавки позволяет наплавлять чугун как на чугунную, так и на стальную основу.

Наплавлять чугун предлагаемым способом можно также с использованием электроду.

Товой наплавки при подборе соответствующих термических циклов, близких к описанным в примере., Проведены опыты по злектродуговой наплавке чугуна с использованием чугунных электродов, в обмазку которых включался алюминий в указанных количествах.

Для достижения описываемого эффекта требуется повысить температуру предварительного подогрева йаплавляемого образца и погонную энергию сварки.

Предлагаемый способ не требует применения высоколегированных наплавочных материалов для получения иэносостойкой структуры наплавки и тем не менее обеспечивает эа счет получения в последнем слое ,, наплавки структуры отбеленного чугуна более высокую износостойкость, чем у ряда высоколегированных материалов, По предлагаемому способу структура отбеленного чугуна высокого качества получается при технологической температуре предварительного подогрева (350-400 С), а это указывает на значительное снижение

5 внутренних напряжений, что не представляется возможным при других известных способах наплавки. В результате наплавленный металл обладает высокой износостойкостью и способностью против образования тре10 щин.

Формула изобретения

Способ многослойной наплавки чугуна на железоуглеродистую основу иэделия, при котором осуществляют поочередную

15 наплавку слоев различного химического состава, отличающийся тем, что, с целью получения наплавленного металла высокой износостой кости и стойкости против трещинообразования, на поверхности изделия на20 плавляют дозвтектический чугун с содержанием Al 3,5 — 4,0Я„а последующие слои наплавляют доэвтектическим чугуном, содержание А! в котором равномерно уменьшают до 0,2-0,5 к последнему на25 плавленному слою.

1676763

Таблица2

Опыт Содержание алюминия,й, в наплавленных слоях

Результаты испытаний

1,5 0,2

Износостойкость на 15Ж выше, чем у отбелен, чугуна типа СП, на отдельных образцах появились трещины на весь наплавленный слой .

Износостойкость на уровне отбе 1ен. чугуна типа СП,, трещин визуально не обнаружено, на шпифах видно, что микротрещины из эоны термическ. влияния на основной металл получили развитие в первый слой .

Износостойкость ниже на 5-103, чем у отбеленного чугуна CII> трещин не .обнаружено

Износостойкость на уровне отбеленного чугуна СП, трещин не обнаружено

Износостойкость на 10-153 выше износостойкости отбеленного чугуна, трещин не обнаружено

3,2 0,5

3э5 Ов 6

4,0 . 0,5

3,9 2,1

0,3

Составитель Д.Слинко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор C.Øåâêóè

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3069 Тираж 507 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CC

Г Т СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5