Сучасні матеріали для наплавлення

Для здрібнювання структури наплавленого металу й збільшення його термічної стійкості було запропоновано використовувати ефект структурної спадковості. Для цього в шихту порошкових дротів для наплавлення вводяться нанорозмірні карбідні композиції, технологія виготовлення яких була розроблена ІПМ ім. І.М. Францевича НАН України.

Ці композиції використовували в шихті порошкових дротів ПП-Пп-35В9ХЗГСФ ПП-Пп-30Х4У2М2ФС і ПП-Пп-30Х2М2НСТФ, які використовувались для наплавлення інструментів для гарячого деформування металів і сплавів. Були проведені дослідження мікроструктури металу, наплавленого порошковими дротами зі стандартною шихтою й порошковими дротами з дослідною шихтою. У результаті досліджень встановлено, що метал наплавлений порошковими дротами зі стандартною й дослідною шихтою, що містить нанорозмірні карбідні композиції, має значні розходження в структурі. У металі, наплавленому дослідними дротами, зменшується будова мартенситу і збільшується його кількість, а сама структура подрібнювалася.

Мікроструктура металу, наплавленого порошковим дротом ПП-Нп-35В9ХЗГСФ-1 зі стандартною шихтою, являє собою рейковий мартенсит (рейки витягнуті в одному напрямку) з мікротвердістю HV_0.5 = 5830 МПа й невеликої кількості залишкового аустеніту, що має мікротвердість HV_0.5 = 5090....5490 МПа. У структурі наплавленого металу є також включення карбідів.

Мікроструктура металу, наплавлена порошковим дротом ПП-Пп-35В9ХЗГСФ-2 з досліджуваною шихтою, трохи видозмінюється поряд з рейковим з’являється пластичний мартенсит. Мартенсит має більш високу мікротвердість HV_0.5 = 5930 МПа.

У металі, наплавленому дослідним дротом, є також залишковий аустеніт і його мікротвердість становить HV_0.5 = 4410...5490 МПа. Слід зазначити, що введення в шихту дослідного порошкового дроту компонентів, що містять нанорозмірні карбіди, призводить до здрібнювання структури.

Для досліджених типів наплавленого металу, призначених для зміцнення й відновлення інструментів для гарячого деформування металів і сплавів, найважливішими характеристиками є теплостійкість, гаряча твердість, зносостійкість при підвищених температурах і термічна стійкість. Крім дротів ПП-Пп-35В9ХЗГСФ і ПП-Пп-30Х4В2М2ФС додатково досліджували також властивості металу, наплавленого ще одним порошковим дротом для наплавлення інструментів для гарячого деформування металів і сплавів ПП-Пп-30Х2М2НСТФ (ПП-АН147), що також була виготовлена у двох варіантах, зі стандартної (індекс 1) і дослідної (індекс 2) шихтою.

Дослідними порошковими дротами були наплавлені заготівки зі Ст.3, з яких були вирізані зразки для проведення випробувань теплостійкості, гарячої твердості, зносостійкості при підвищених температурах і термічній стійкості.

Визначили твердість зразків при кімнатній температурі й після двогодинної відпустки при 400, 500, 600, 700 °С. Характер залежності твердості від температури відпустки практично однаковий для всіх типів наплавленого (металу, хоча незначну перевагу мають все-таки дослідні типи наплавленого металу.

Була досліджена гаряча твердість всіх типів наплавленого металу. Як видно з наведених даних твердість наплавленого металу всіх типів при температурі 600 °С перебуває на рівні HRC 30...35, при цьому твердість дослідних типів наплавленого металу була на 2...3 одиниці вище.

Випробування на зношування при терті металу по металу при підвищених температурах проводились при наступних умовах: навантаження - 800 Н; швидкість обертання кільця - контр тіла 30 об/хв; амплітуда коливань зразка у вертикальній площині - 20 мм, частота коливань 62 хв^-1; температура зразка в зоні стирання - 600...650 °С; час випробувань - 1 год. Контр тіло - кільце діаметром 120 мм. із загартованої сталі 45. Результати випробувань (середні по трьом зразкам) наведені в табл. 1.2.

Випробування показали, що зношування металу, наплавленого порошковими дротами з дослідною шихтою, менше зношування металу, наплавленого дротами зі стандартною шихтою. Зношування зразків обох типів, наплавлених порошковим дротом ПП-Пп-30Х2М2НСГФ, був вище, ніж у інших типів наплавленого металу. Це, очевидно, пояснюється більше низьким рівнем легування цього наплавленого металу.

Досліджували термічну стійкість наплавленого металу зазначених вище типів. Це найважливіша властивість, що характеризує стійкість наплавленого металу проти утворення поверхневих при багаторазовому нагріванні й охолодженні. Як правило, довговічність інструментів для гарячого деформування металів у першу чергу залежать від цієї властивості. Термостійкість оцінювалась по числу циклів до появи й розвитку на поверхні зразка сітки тріщин розпаду. Результати випробувань наведені в табл. 1.3.

Таблиця 1.2

Зношування наплавлених зразків при терті металу по металу при підвищених температурах.

Таблиця 1.3

Термостійкість наплавленого металу

Випробування термостійкості показали, що використання в шихті порошкових дротів нанорозмірних карбідних композицій підвищує термічну стійкість наплавленого металу - збільшується кількість циклів нагрівання-охолодження до появи й розвитку сітки тріщин розпалу.

Зокрема, для наплавлення деталей устаткування гірничо-збагачувальних комбінатів з конструкційних низько і середньо вуглецевих, нелегованих і низьколегованих сталей типу сталей 20, 30, 35, 30ХГСА, 35ХМ та інші, що експлуатуються в умовах різних видів зношування й циклічних механічних завантажень, розроблені порошкові дроти ПП-Нп-16ХГСТЮ (ПП-АН198, наплавлений метал високоміцна сталь 16ХГС) і ПП-Нп-Г13Х13Н12МФ (ПП-АН202, наплавлений метал Г13Х13Н12МФ, який зміцнюється в результаті наклепу). Порошковий дріт ПП-АН202 може застосовуватися для наплавлення деталей з високо вуглецевих сталей без або з мінімальним підігрівом. Дроти пройшли санітарно-гігієнічну й технологічну перевірку й включені до складу Технічних умов ТУУ 28.7.05416923.066-2002.

Удосконалено порошкові дроти для наплавлення інструментів і оснащення для гарячої обробки металів і сплавів тиском ПП-Нп-35В9ХЗГСФ, ПП-Нп-30Х4В2М2ФС і ПП-Нп-30Х2М2НСГФ. У шихту цих порошкових дротів уводили порошки феросплавів, оброблені за технологією ІПМ, з метою одержання в їхній структурі нанорозмірних карбідних композицій і збільшення термостійкості наплавленого металу. Дроти пройшли санітарно-гігієнічну й технологічну перевірку й включені до складу Технічних умов ТУУ 05416926.024-97 (ПП-Нп-35В9ХЗГСФ, ПП-Нп-30Х4В2М2ФС, ПП-Нп-30Х2М2НСГФ).