34.1. Материалы для износостойкой и коррозионностойкой наплавки

Сущность наплавки состоит в нанесении методами сварки либо другими спо­собами на поверхность детали слоя, обладающего требуемым комплексом свойств Непременным условием наплавки является получение хорошего сплавления, отсутствие нли в отдельных случаях минимальное количество пор и трещин.

34.1.1. Перлитные материалы

Состав перлитных материалов (Нп-25, Нп-20ХГСА, Нп-90ХГСА и др.) обеспечивает в зависимости от скорости охлаждения наплавки перлитно-сор — битную структуру Твердость наплавленного металла находится на уровне 25-—40 HRC Износостойкость наплавленного слоя значительно уступает мар­тенситной структуре, поэтому сопротивление износу при трении невысоко Наплавочные материалы этого класса часто применяют для создания «под­слоя», на который наплавляют слой повышенной твердости

34.1.2. Мартенситные материалы

Данные материалы характеризуются образованием мартенситной струк­туры сразу после наплавки Обладая повышенной твердостью, стойкостью при абразивном износе, наплавка этого типа характеризуется пониженными пластическими свойствами, хрупкостью, склонны к образованию холодных трещин При работе в условиях ударного нагружения возможны отколы по основному металлу или в зоне сплавления

Низколегированные мартенситные материалы (Нп-40ХЗГ2МФ, Нп — 40Х2Г2М, Нп-50Х6ФМС и др ), процент легирующих элементов в которых относительно невысок, обеспечивают в наплавке мартенситно-бейнитные структуры и отличаются сравнительно невысокой твердостью (45—50 HRC). Свойства наплавки повышаются в основном увеличением содержания в ней углерода и хрома, что приводит к соответствующему увеличению доли мар­тенситной составляющей.

Значительно большей твердостью характеризуются борсодержащие мар­тенситные наплавки (ЛС-У10Х7ГР1, ПЛУ-25Х25ГЗФ2РН, ПП-АН125, ПП-АН 170), в структуре которых по границам высокоуглеродистого мартен­сита расположены твердые карбиды и бориды. Материал отлично сопротив­ляется абразивному износу, задирам, но из-за повышенной хрупкости не может быть рекомендован для работы в условиях динамических нагрузок. Наплавка обладает повышенной склонностью к образованию горячих и хо­лодных трещин, поэтому ведут ее, как правило, с подогревом и применением одного или нескольких подслоев.’ Отпуск в результате наложения несколь­ких слоев практически не снижает твердости.

Для обеспечения повышенной сопротивляемости к задирам применяют наплавочные материалы, содержащие в своей структуре наряду с мартенси­том значительное количество аустенитной фазы (Нп-50Х6ФМС, Нп-30Х5).

Мартенситные хромистые материалы типа Нп-30Х13 после наплавки имеют в основном мартенситную структуру с небольшим содержанием фер­рита. Износостойкость наплавки повышается с увеличением углерода. Низ­коуглеродистые наплавки, помимо достаточной износостойкости, обладают повышенной жаростойкостью и антикоррозионными свойствами. Увеличение количества углерода (Э-120Х12Г2СФ) приводит к появлению в структуре ледебуритной составляющей, что резко повышает износостойкость наплавки и делает ее пригодной для наплавки режущих кромок инструмента.

34.1.3. Высокомарганцовистые аустенитные материалы

Материалы типа Нп-Г12А при резком охлаждении от температуры 1 ООО С образуют аустенитную структуру с повышенной вязкостью и плас­тичностью. Длительная выдержка при температурах выше 400 °С приводит к выделению по границам зерен карбидов и вторичной перлитной фазы, приводящих к снижению пластичности. Уменьшение содержания С снижает вероятность образования, вторичных фаз. В зоне сплавления основного низ­коуглеродистого или низколегированного металла и наплавки возможно об­разование хрупкой мартенситной прослойки и появление трещин. Для избе­жания их рекомендуют применение промежуточного слоя из хромистомарган­цовистой наплавки типа Нп-30Х10Г10Т.

34.1.4. Высокохромистые материалы

Высокохромистые материалы на основе железа типа Э-300Х28НЧСЧ, Э-320Х25С2ГР позволяют получать структуру, матрица которой состоит из аустенита с вкраплениями мелкодисперсных частиц карбидов В и Сг, при­дающих наплавке высокую твердость. Поскольку твердость в основном опре­деляется количеством карбидов, она практически не изменяется в процессе иагрева и не зависит от скорости охлаждения. Тем не менее, наплавку сле­дует производить при предварительном подогреве деталей до температур 400—500 °С с целью избежания появления горячих трещин, а также умень­шать скорость охлаждения.

Добавка Nb, W, Мо и других карбидообразователей способствует большому повышению твердости и появленню способности наплавки к вто­ричному твердению: износостойкость при этом повышается.

34.1.5. Коррозионностойкие материалы

Обычно наплавка проводится на изделиях из хромистых илн хромони­келевых аустенитных сталей. Ферритная коррозионностойкая наплавка обес­печивается при высоком содержании Сг и весьма низком С. Наплавки этого типа в отношении к общей коррозии существенно уступают аустеннтным, но превосходят последние по стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Технологические свойства аустенитной наплавки достаточно высоки. Од­нако при наплавке на стали мартенситного класса следует опасаться появ­ления холодных трещии в зоне сплавления. Рекомендуется применять пред­варительный подогрев до относительно невысоких температур —100—150 °С. Превышение этой температуры может привести к замедленному охлаждению наплавки и ее охрупчиванию

34.2. Виды наплавочных материалов

34.2.1. Покрытые электроды

Электроды для ручной дуговой наплавки изготавливают по ГОСТ 10051—75. В качестве стержня обычно используют про­волоку диаметром от 3 до 5 мм, реже до 8 мм.

ГОСТ 10051—75 устанавливает 44 типа наплавочных элек­тродов (табл. 34.1). Значительное количество электродов для наплавки слоев с особыми свойствами изготавливается по от­раслевым ТУ. Проверка твердости наплавленного металла про­изводится по ГОСТ 9466—75 и ГОСТ 9013—59, а химического состава и остальных свойств — по ГОСТ 9466—75.

Твердость наплавки характеризуется индексами, указываю­щими ее величину по Виккерсу и Роквеллу, а следующие цифры (1 или 2) указывают соответственно, в каком состоянии она измерялась; непосредственно после наплавки—1 или после последующей термообработки — 2.

Так, например, в электродах марки ОЗН-350Ц 400/41-1 ин­дексы характеризуют: 400 — твердость по Бриннеллю, 41—по Роквеллу, 1—характеристики определялись непосредственно после наплавки.

34.2.2. Проволока стальная сварочная

Проволока для наплавки (ГОСТ 2246—70) и проволока сталь­ная наплавочная (ГОСТ 10543—75) для автоматической на­плавки под флюсом’, в защитных газах, а также для газовой наплавки может изготовляться из стали, выплавленной элек — трошлаковым (Ш), вакуумно-дуговым (ВД), или вакуумно­индукционным (ВИ) переплавами (табл. 34.2). Обычно для наплавки применяют проволоки диаметром от 0,8 до 6 мм. С целью уменьшения оксидов в металле наплавки проволоки содержат увеличенное количество раскислителей — Mn, Si, Al, Ті.

34.2.3. Порошковая наплавочная проволока

Порошковая проволока (ПП) представляет собой тонкостен­ную металлическую оболочку, заполненную легирующими и шлакообразующими порошками, стабилизаторами дуги и рас-

Условия

Типичные

Марки электродов

работы

структурные

наплавки

СССР

Германия

ПР

ЧСФР

Абразивный износ

Мартенсит,

перлит

13КН/ЛИВТ (60)*, Т-620 (60)

ВСН-8 (60), Т-590 (62)

ЕВ6/55 (55) ЕВ10/65гг (65)

Е-600В (53) Е-450В (45)

Е-684 11 (62) Е-670 31 (60)

Абразивный износ при больших удельных давле­ниях и ударных нагрузках

Перлит,

мартенсит

ОЗН-400У (42), НП-70 (35) УЗ-40 (32), ОЗИ-З (66), ОМГ-Н (30), ВСН-10 (42), ОЗШ-1 (38) 12АН/ЛИВТ (30) ТКЗ-Н (55)

ЕВ 1/250 (28)

ЕВ 1^900 (35)

ЕВ 10/50 (60 W)

50,

EB(R) 10/40 (60 W) (40)

Е-200В (16) Е-450В (45) Е-280МоВ (33) Е-400МпО (25)

Е-630 00 (33) Е-624 2 (24) Е-669 04 (45) Е-658 24 (50)

Износ от трения о металл при боль­ших давлениях

Перлит,

мартенсит,

аустенит

ОЗН-250У (24),

ОЗН-ЗООУ (32)

ОЗН-350У (37),

УОНИ 13/НЖ (40) ЦНИИН-4 (33), ВСН-6 (52) ВСН-9 (621, ЦН-16 (55), ЭНУ-2 (57)

ЕВ 1/350 (35) ЕВ 7/200К (20)

ENS-2MO-B (66) ENS-50B (50)

Е-669 04 (45) Е-658 24 (50)

Условия

Типичные

Марки электродов

работы

наплавки

СССР

Германия

ПР

ЧСФР

Износ от трСния по металлу при больших удельных давлениях и по­вышенных темпе­ратурах Термо­усталость

Мартенсит,

карбиды

ОЗШ-2 (56), ОЗШ-З (55), УОНИ 13/4Х10В5МФ (45), ЭН-60М (55), ОЗШ-4 (58), ЦИ-1М (60), ОЗИ-4 (50), ОЗИ-5 (60)

ЕВ (R) 4/60S (60) ЕВ (R) 3/50 (60) ts (50),

ЕВЗ/55 (60) ts (55)

ENS 18W9 (60) ENS CoMol (40) ENS CoMol 1 (50) ENS 50В (50)

VUZ VNI E-658.24 (50) VUS-A6 (60) E-634.27 (40)

Интенсивный из­нос с ударными нагрузками прн повышенных тем­пературах в аг­рессивных средах

Аустенит

ЦН-6Л (34), ВПИ-1 (25) ЦН-12М (45), ЦН-2 (45)

EB8/200VCK (35) ЕВ (R) 5/400Zr (40) ЕВ (R) 5/350Zr (30) ERR (13) 20/40 (40)

ENS15CB (45)

EStel CoW—40 (40) EStel Co—50 (50) EStel CoW—55 (55)

E-626.94 (30) E-655 22 (50) E-644,97 (45) E-634.97 (45)

Износостойкие на­плавки на метал­лорежущий н бы­строрежущий ин­струмент

Мартенсит,

карбиды

ИТ-10 (60), ЖСН-60Р (58), ОЗИ-5 (60)

ЕВ4/60 (65W)S (60) ЕВ4/60 (65W) R (60)

EWNL—11 (50) EWWN—1 (54)

VUZ—5 (62) E-675.25 (58) VUZ—4 (58)

Создание коррози­онностойких по­верхностей

Аустенит

с 2—8 % феррита

УОНИ 13/НІ-БК (26), ЗИО-8 (25) ЭА-вЭв’гШ (25), ЭА-855/51 (24),

ЭА-582/23 (24),

ЭА-400/10У (24)

* Здесь и далее в таблицах в скобках после написания марки указывается на твердость (HRC) металлапосле наплавки.

ТАБЛИЦА 34.2

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ПРОВОЛОК

Условия работы

Рекомендуемые наплавочные проволоки

Абразивный износ

Абразивный износ с большими удельными давлениями и удар­ными нагрузками

Износ от трения о металл при больших удельных давлениях

Износ от трений по металлу при больших давлениях и повышен­ных температурах Термическая усталость

Интенсивный износ с ударными нагрузками при повышенных тем­пературах в агрессивных средах

Коррозионностойкие покрытия

Нп-40Х13 (50), НП-Г13А (26), Нп-50 (24), Нп-40ХЗГ2МФ (42), Нп-65 (33), Нп-80 (37), Нп-ЗОХГСА (33)

Нп-40ХЗГ2МФ (42), Нп-105Х (38), Нп-ЗОХЮПОТ (22), Нп-40Х2Г2М (56)

Нп-30 (21), Нп-40 (22), Нп-50 (24),

Нп-65 (33), Нп-80 (37), Нп-40г (24) ,

Нп-50Г (24), Св-08(160НВ),Св-08ГС(190НВ), Нп-40Х2Г2М (56), Нп-Х13 (45),

Нп-50ХФА (50), Св-18ХГС (24)

Нп-65Г (34), Нп-ЗОХГСА (33), Нп-ЗОХ5 (40), Нп-5ХМА (45), НП-50Х6ФМС (45), Нп-40Х13 (50), Нп-45Х4БЗФ (42), Нп-бОХЗВЮФ (48), Нп-45Х2В8Т (45)

Нп-Х15Н60 (180 НВ), Нп-Х20Н80Т (180 НВ)

Нп-20Х14 (36), Нп-Х15Н 60 (180 НВ), Св-20Х13 (45), СВ-10Х17Т (35),

Св-ОбХ 19Н9Т (180 НВ), Св-08Х19Н9ФС2(23)

ГА БЛИЦА 34 3 РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАПЛАВЛЯЕМЫХ ПОРОШКОВЫХ ПРОВОЛОК

Условия работы

Рекомендуемые марки проволок

Абразивный износ

Абразивный износ, сопровождаю­щийся большими удельными дав­лениями и ударными нагрузками

Износ от трения по металлу при больших удельных давлениях

Износ от трения по металлу при больших давлениях и повышен­ных температурах Термическая усталость

Интенсивный износ ударными на­грузками при повышенных тем­пературах в агрессивных средах

ПП-АН120 (40), ПП-АН126 (45), ПП-АН135 (56), ПП-ИТС-02 (57), ПП-У10Х4Г2Р (60)

ПИ-АН 135 (56), ПИ-АН 125 (56), ПП-АН170 (65), ПП-АН170П (63)

ПП-ТН250 (27), ПП-АН121 (36),

ПИ-АН 105 (20), ПП-АНЮЗ (44)

ПП-25Х5ФМС (50), ПП-АН130 (45) ПП-ЗХ2В8 (48), ПП-АН132 (50), ПП-20Х4В10НЧФТ-0 (43), ПП-АН104 (44)

ПП-ИТС102 (57), ПП-АН106 (48), ПП-АН133 (32), ПП-АН138 (26)

кисляющими компонентами. Она позволяет получать наплавку практически любого заданного состава (табл. 34.3). Наиболее часто применяют ПП диаметром от 1,6 до 3 мм с использова­нием дугового процесса в защитных газах открытой дугой или под флюсом. Ввиду отсутствия общесоюзного стандарта на ПП ее изготовляют по техническим условиям.

34.2.4 Наплавочные ленточные электроды

В СССР ленточные электроды или ленты производятся толщи­ной от 0,4 до 1 мм при ширине от 20 до 200 мм (табл. 34.4).

Ленты подразделяются на стальные холоднокатаные, по­рошковые и металлокерамические. Все ленты изготовляются по техническим условиям. Нередко для целей наплавки при­меняют стандартизованную стальную ленту, предназначенную для других целей (ГОСТ 4986—70). В последнее время разра­ботана серия порошковых наплавочных лент (ЛП), представ­ляющих собой оболочку из низколегированных или специаль­ных сталей с сердцевиной, заполненной шихтой из легирующих материалов и флюса. Металлокерамическую ленту изготовляют методом спекания порошкообразных компонентов (ЛС), обе­спечивая ей необходимые прочностные и пластические свойства.

Ленты поставляют потребителям в рулонах и применяют преимущественно при автоматической наплавке под флюсом.

ТАБЛИЦА 34 4

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАПЛАВЛЯЕМЫХ ЛЕНТ

Условия работы

Рекомендуемые марки леит*

Абразивный износ, сопровожда­ющийся большими удельными давлениями и ударными нагруз­ками

Износ от трения по металлу при больших давлениях и повышен­ных температурах Термическая усталость

Интенсивный износ с ударными нагрузками при повышенных температурах в агрессивных сре­дах

ПЛ-АН126 (42), ПЛ-У25Х25ГЗФ2РН (54), ПЛ-У30Х30ГЗТЮ(50), ПЛ-АН 171 (66),

ПЛ-АН10 (54), ПЛ-У40Х38ГЗРТЮ (52), ЛС-70ХЗНМА (56), ЛС-20Х10Г10Т (24)

ПЛ-АН 111 (60), ЛС-5Х4ВЗФС (42),

АС-5Х4В2М2ФС (46), ЛС-1Х14НЗ (48!

Св-2Х13 (44)

ЛС-08Х21Н9Т, СВ-04Х19Н11МЗ,

ПЛ-АН150, Св-03Х22Н11Б6,

СВ-10Х16Н25АМ6, Св-08Х19Н10Г2Б,

Св-04Х20Н10Г2Б, Св-07Х25Н13,

Св-ОЗХ 15Н35Г7М6Б

34.2.5. Прутки для наплавки

Литые прутки для наплавки износостойкого слоя на детали, работающие в условиях интенсивного абразивного изнашива­ния, ударных нагрузок, повышенных температур или агрессив­ных средах, согласно ГОСТ 21449—75 подразделяются на пять марок (табл. 34.5) и их изготовляют с номинальными диамет­рами от 4 до 8 мм и длиной 350—500 мм.

Широкое применение в судостроении и химическом маши­ностроении находит наплавка прутковыми материалами на ос­нове Си. В табл. 34.6 приведены основные марки прутковых материалов, выпускаемых по ГОСТ 16130—85.

34.2.6. Плавленые карбиды вольфрама (релиты)

Карбиды вольфрама применяют для особо износостойких на­плавок, работающих в условиях абразивного износа с удар­ными нагрузками. Наплавку производят восстановительным газовым пламенем, плазмой или в индукторах. Наплавленный

ТАБЛИЦА 34.5 ИЗНОСОСТОЙКИЕ НАПЛАВОЧНЫЕ ЛИТЫЕ ПРУТКИ

Рекомендуемые условия работы и применение

Тип прутка

Марка

Твердость

наплавки

Абразивный износ при 500 °С

У45Х28Н2СВМ

Пр-С27

52

Абразивный износ при 250 °С

УЗОХ28Н4СЗ

Пр-С1

50

Абразивный износ при удар­

У20Х17Н2

Пр-С2

44

ном нагружении

Абразивный износ, эрозия,

У10ХК63В5,

Пр-ВЗК

40

ударные нагрузки, химически

У20ХК57В10

Пр-ВЗК-Р

46

активные среды при 750 °С.

(Пр. ВЗК-Р до 800 °С)

ТАБЛИЦА 34.6 НАПЛАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Материал

Марка прутков

Рекомендуемое применение

Медь

МІР, М2Р

Электротехническая промышлен­ность, наплавка контактов

Латунь

ЛМц-58-2, ЛЖМц-59-1-1, ЛОК59—1-0,3

Судостроение, устойчива к коррозии

Бронза

МпЖКИ5-1 -0,2-0,2 2БрАМц9-2

Устойчивы в морской воде Коррозионная стойкость. Износостой­кость

Размер зерна, мм

Зерно­

вой,

марка

Трубчатозериовой

Ленточный

марка

длина,

мм

диа­

метр,

мм

марка

шири­

на,

мм

тол­

щина,

мм

2,5—1,6

3—2,5

ТЗ-25-7

390

7

АНЛЗ-25-9

9

4

1,6—0,9

3—16

ТЗ-16-6

390

6

АНЛЗ-16-8

8

4

0,9—0,63

3—9

ТЗ-9-5

390

5

АНЛЗ-9-6

6

3

0,63—0,45

3—6

ТЗ-9-4

390

4

АНЛЗ-6-5

5

2,5

0,45—0,28

3—4

ТЗ-6-4

390

4

АНЛЗ-4-5

5

2,5

0,28—0,18

3—2

T3-4-3

390

4

слой характеризуется высокой твердостью (HV 500—700) и по­вышенной склонностью к образованию трещин и пор. Релито — вые наплавочные материалы изготовляют по ТУ в виде зерно­вого (3) или трубчатозернового (ТЗ) релита (ТУ 48-42-34—70) и ленточного АН-ЛЗ (ТУ 26-02-769—77), каждый из которых может иметь шесть степеней зернистости (табл. 34.7).

34.3. Дефекты наплавки

Наиболее распространенным дефектом всех разновидностей наплавок, существенно снижающим эксплуатационные харак­теристики наплавленного слоя, являются трещины, возникаю­щие в наплавленном или основном металле. Наиболее часто трещины возникают при наплавке на основной металл с не­удовлетворительной свариваемостью или при очень высокой твердости наплавленного слоя, что связано с малой пластич­ностью металла в температурном интервале хрупкости (горя­чие трещины), с чрезмерно большими напряжениями в основ­ном металле и в наплавке, вызванными фазовыми превраще­ниями при остывании (холодные трещины).

Вероятность возникновения трещин при наплавке так же, как и при сварке, определяется химическим составом основ­ного и присадочного материала, жесткостью наплавляемой кон­струкции, режимом наплавки и тесно связана с формирова­нием первичной структуры и скоростью охлаждения. Кроме того, следует иметь в виду, что различные коэффициенты тер­мического расширения основного металла и наплавленного слоя существенно повышают вероятность их появления.

Металлографический анализ показал, что в большинстве случаев очагами разрушения в наплавленном металле явля­ются микроскопические горячие трещины, появляющиеся в ин­тервале температур кристаллизации и раскрывающиеся затем при остывании. Зародыши этих трещин проходят по зонам сра­стания кристаллитов, раскрытие их проходит как по границам зерен, так и по телу зерна. Холодные трещины могут образо­вываться как в основном металле в зоне термического влия­ния, так и в самом валике, особенно если речь идет о твердых наплавках.

Определить сопротивляемость образованию холодных или горячих трещин можно количественно по методикам, разрабо­танным в МВТУ, на испытательных машинах типа ЛТП-1-6, ЛТП-2-5; иногда для этой цели используют опытную наплавку на жесткую конструкцию. Существуют косвенные расчетные методы определения склонности к горячим трещинам при на­плавке (см. гл. 6).

Для расчета склонности к образованию ХТ иногда приме­няют следующую методику: подсчитывают углеродный экви­валент по уравнению СЭ = С + !/б Mn + ’/24 Si + ’Ato Ni + Vs Cr + + lU Mo + ‘/u Nb. Учитывая, что между углеродными эквива­лентами Сэ и максимальной твердостью существует почти ли­нейная зависимость, по формуле HV= (660 Сэ + 40) ±40 с до­статочной точностью определяют твердость HV, а затем, поль­зуясь экспериментальными данными, требуемую температуру подогрева:

Значения HV…………………………………. до 200…………….. 200—250 250—325 325

Требуемая температура подогре­ва, °С Без подо — По необхо — 150—250 250

грева димости

В наплавке нередко появляются поры, вызванные загряз­нением наплавочных материалов, их влажностью, применением чрезмерно больших токов, длиной дуги или нарушением за­щиты. Дефекты типа подрезов, шлаковых включений, излиш­ней деформации изделия, несплавлений вызваны в основном неправильно назначенным режимом наплавки или его несоблю­дением.