Способ сварки трением

 

Использование: для сварки трением стали с чугуном, содержащим шаровидный графит , в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения: при сварке трением деталей из чугуна и стали применяют чугун с графитом шаровидной формы и структурой, характеризующейся содержанием графитных шариков 280-320 на 1 мм2, ферритных зерен 280-300 на 1 мм2 и долей шаровидного графита более 95% в общем содержании графита. Время трения при сварке устанавливают таким образом, чтобы диффузия углерода, в сталь в зоне сварного соединения была минимальной. Давление сжатия выбирают таким, чтобы происходило лишь количественное выпрессовывание науглероженного расплава и не допускалось расплющивание графитных шариков в пластины. 1 з.п. ф-лы.

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 20/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4203814/08 (22) 07,12.87 (31) Р 3644577.0 (32) 27,12,86 (33) (DE) (46) 23.10.92. Бюл. М 39 (71) Вальтер Хундхаузен ГмбХ УНД Ко, КГ и

Кука Швайсэнлаген унд Роботер ГмбХ (DE) (72) Вольфганг Фарренкопф, Хайнрих Грюнауер, Манфред Менцингер, Йоахим фон

Хирш и Райнхард Опитц (ОЕ) (56) DE-Z: RICHTER, H. und PALZYILL, А In

Schweiben und Schneiden, Bd 37, 1985, Heft

2, S. 60-65.

DE-1: Konstruieren und Gieben, Bd, 11, 1986, Nr. 2, S. 33 — 37.

Изобретение относится к сварке давлением, в частности сварке трением стали с чугуном, содержащим шаровидный графит, при котором между контактирующими поверхностями стыкуемых деталей создают посредством вращения относительное перемещение и стыкуемые детали прижимают друг к другу их контактирующими поверхностями как s ходе относительного перемещения (фрикционное давление), так и в неподвижном состоянии при более высоком давлении (сжимающее давление).

Целью изобретения является повышение прочности соединения.,, Ы, „1771440 АЗ (54) СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ (57) Использование: для сварки трением стали с чугуном, содержащим шаровидный графит, в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения: при сварке трением деталей из чугуна и стали применяют чугун с графитом шаровидной формы и структурой, характеризующейся содержанием графитных шариков 280-320 на 1 мм2, ферритных зерен 280 — 300 на 1 мм и долей шаровидного графита более 95 g, в общем содержании графита. Время трения при сварке устанавливают таким образом, чтобы диффузия углерода, в сталь в зоне сварного соединения была минимальной.

Давление сжатия выбирают таким, чтобы происходило лишь количественное выпрессовывание науглероженного расплава и не допускалось расплющивание графитных шариков в пластины. 1 з.п. ф-лы.

Эта цель достигается применением чугуна с графитом шаровидной формы и структурой, характеризующейся содержанием графитных шариков 280-320/мм, феррит2 ных зерен 280 — 300/мм и долей шаровидно2

ro графита >95 / в общем содержании графита; время трения устанавливается таким образом, чтобы диффузия углерода в сталь в месте сварки трением была минимальной; величина давления сжатия выбирается такой, чтобы в процессе сварки трением происходило лишь количественное выпрессовывание науглероженного расплава и не допускалось расплющивания гра.фитных шариков в пластинки.

Обычно причиной дефектов B зоне сварного соединения при сварке трением является, пoми1ло прочего, сда олива}lèB в чугуho

IUBpoBMpH0I о гро<1>ита. В связи с этим задачей, решаеMoé настоя.цим изобретением, является нахождение технологичес,<их ilHраметрав, при которых удается предотвратить такое сдавливание и одновременно обеспечить прочность сварного соединения, cooTBQTGTBQIoUQ!fo прочности ОснОвнаго материала (стали и.чугуна), Изобретение основано также на знании того, что ограниченная способность к сварке трением проявляется в результате обусловленного теплотой трения растворения углерода, которое вследствие быстрого отвода тепла через деталь приводит к абразоBBнию ледебурита и Mартенсита и, тем

cBMblM, существенному охрупчивани о материала, Следствием этого является затруднительная обработка деталей из-за недостаточной вязкости и появление трещин от внутренних напряжений на элементах конструкций.

Проведенные исследования показали, что применяемый в настоящее время чугун мажет содержать в своей стру:<турее ахрупчива, Ощие элементы, которые после осуществления сварки трением сразу же приводAT к образовани о грещин и повреждению Мате0 попа, Используемая в настоящее время после сварки паследу ощая термаобрабатка удорожает процесс, и такая термоабрабатка не мажет устранить первичные трещины ат внутренних напряжений, то есть трещины, возникшие непосредственна после завершения процесса сварки таением. В связи с этиM BoBH !KJIB необходимость воспринимающее нагрузки сечение сварного соединения беэ дополнительной термаОбрабатки и без содержания ледебурита, Поэтому Одна из задач, которую необходимо решить при реализации изабоетения, з";кл(ачалась B том, чтобы усовершенствовать материал чугун с шаровидным графита.";.

< (I =/l B B его и р, I 0/f I I h! M J1л я 0 B B p K N т р е н (и е м и избех<ать ухудша ац их качества ч1/Г(на структурных изменений, в частности появления ледебуритной лли мартен IIT»o! I структуры под влиянием теплоты сварки трением.

Используемый для изготовления ч„гунной детали чугун с шаровидным графитом характеризуется определенными свойствами вязкости.

Элементами, придающими хрупкие свойства, являются марганец, хром и медь, а такя<е фосфор, сера и микроэлементы. При производстве чугуна согласно изобретению

5 i0

30 >5

50 берется (перед обработкой ма-нием для образования шаровидного графита) предпочтительно расплав, содержащий Мп

0,01 — 0,25%; Сг 0,01-0,05%; Со 0,02 — 0,05%;

Р 0,01 — 0,02; Я 0,001-0,02%„, а также карбидстабилизирующие микроэлементы — висмут, олово, селен, теллур, сурьма, молибден; ванадий в общей концентрации не более

0,15%, Из техники известно, что элемент кремний сплавляется в ферите и с увеличением содер>кания приводит к повышению хрупкости. С другой стороны, кремний является важнейшим легирующим элементом, стимулирующим выделение углерода во время затвердевания и тем самым предотвращающим образование цементитнай или ледебуритной структуры. ,Для обеспечения низкого содержания кремния при оптимальном и стабильном затвердевании при точке звтектики зарекомендовали себя как предпочтительные следующие технологические приемы.

С целью стимулирования процесса кристаллизации графита содержание углерода в расплаве устанавливают предпочтительно в пределах 3,75-3,85%. Содержание кремния в базисном расплаве устанавливают предпочтительна в пределах 2,14 — 2,16%, при этом проводится преимущественно двухступенчатое введение затравки в расIInaB до получения окончательного содержания 2,30 0,10 %.. Кроме того, для уменьшения обусловленной технологией склонности к переохлаждению и тем самым для того, чтобы избежать затвердевания с

Образованием карбида. целесообразно проводить обработку чистым магнием в конвертсре при содержании Mg 0,045 -0,005%, В результате благодаря предложенному составу расплава и методам eio переработки материал приобретает такие свойства, которые согласно изобретению приводят к дасти>кени а эначительнога соответствия со свойствами стали и тем самым создают реша10щ1/IO и редпос6!л ку для Однаабразнага поведения материалов после сварки трением.

Соединяемые между собой материалы

ABnAIoTcA, с одной стороны, ферритным чугунам с шаровидным графитом и конструкционной ORB»fo, с другой стороны.

Прочность получаемого сварного соединения соответствует прочнэсти обоих соеДи,AGMI Ix между собой основных глеталлов, В очень узкой зоне шва (100!T!y) происходит незначительное повышение твердости вследствие образования перлита являю1771440

Составитель В.Зотин

Редактор О.Стенина Техред М.Моргентал Корректор T.Bàøêîâè÷

Заказ 3752 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 щейся в остальном ферритной основы, Это относится к состоянию без дополнительной термообработки, Время трения и давление нагрева и проковки зависят от размеров машины, сечения сварки и диаметра детали, причем на время трения дополнительно еще влияет разная скорость вращения различных размеров машин. Время трения, а в конечном счете также давление нагрева и проковки должны определяться путем немногих экспериментов, что является обычным и ропустимым.

Ниже приводится конкретный пример выполнения предложенного в изобретении способа сварки трением, а именно: для трения двух труочатых тел, которые в первом случае имеют условный проход 50 мм; э во втором случае условный проход 200 мм: — материалы соединяемых между собой заготовок в обоих примерах являются чугун с шаровидным графитом и сталь; — поперечные сечения заготовок на участке сварного соединения в первом примере образуются из толщины стенки 4 мм при номинальном диаметре 50 мм, а во втором пример из толщины стенки 8 мм при номинальном диаметре 200 мм; — величина относительной скорости вращения между заготовками составляет в первом примере 5,0 м/с. а во втором примере 55 м/с; — время давления трения составляет в обоих случаях 4 с; — величина давления трения составляет в первом примере 27 бар, а во втором примере 52 бар; — время давления нагрева и проковки составляет в первом случае 4 с, а во втором примере 5 с; — величина давления нагрева и проковки составляет 82 бар или соответственно

124 бар; — номинальные значения твердости получаемого сварного соединения составляют в обоих примерах 42, М м при 12 Д вращения.

В приведенном выше примере использовали чугун, расплав которого имел следующий состав: 3,80% угля: 2,50ß, кремния;

0,27 $ марганца: 0,016ь фосфора; 0,003;4 серы; 0,040",ь хрома; 0,001 $ ванадия, Расход магния; 1,1 — 1,3 кг/т Мо.

Температура расплава, flpl1 которой

5 осуществляется ввод магния, 1460 С, Продолжительность обработки расплава магнием до 2 мин.

Таким образом, благодаря сокр".ùåíèà принятого до сих flop времени тоения, можl0 но gìÎH6øèTü диффузию углерода в сталь в зоне сварного соединения при сварке трением. Благодаря повышению применявшегося до сих пор давления сжатия достигается выпрессовывание науглеро15 женного расплава из зоны сварки трением и тем самым — устранение ледебуритной или мартенситной структуры, Процесс реализуем лишь при условии, что величина давления сжатия соответствует такому значению, 20 при котором не происходит расплющивания графитным шариков в,пластинки.

Формула изобретения

1, Способ сварки трением деталей из стали и чугуна, при котором свариваемые

25 детали вращают одна относительно другой и сжимают, вращение прекращают и прикладывают давление проковки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения прочности соединения в случае сварки чугу30 на с шаровидным графитом, для изготовления чугунной детали используют полученный из расплава чугуна, содержащий графитные шарики 280-320 на 1 мм2. ферритные зерна 280-300 на 1 мм и долей

35 шаровидного графита более 95,ь в общем содер>кании графита, время трения при сварке ограничивают моментом оплавления контактной поверхности детали из чугуна при давлении трения, обеспечивающем вы40 прессовывание науглероженного расплава из зоны контакта без расплющивания графитных шариков B пластинки.

2. Способпоп.1, отличающийся тем, что при сварке трением трубчатой дета45 ли из стали с трубчатой деталью из чугуна с шаровидным графитом, имеющих наружные диаметры 100 мм и толщину стенок 12 мм, давление трения выбирают равным 22 бар, время трения 40 с, давление проковки

50 86 бар.