Как наплавить бронзу на сталь

Обновлено: 14.05.2024

В отверстиях стальных катков путем наплавки бронзы марки БРКМЦЗ-1 ГОСТ 5222 - 72 толщиной 1 5 - 2 мм делается втулка. Во втулке выполняется винтовая выточка для смазки. Смазка поступает через отверстие, просверленное в оси. [5]

Электроды ОЗБ-2М рекомендуются для сварки и наплавки бронз , остальные - для сварки и наплавки чистой меди или низколегированных сплавов на ее основе. [6]

С целью экономии цветных металлов освоен процесс изготовления двухслойных ( биметаллических) втулок наплавкой бронзы на сталь или чугун. В этом случае во вращающуюся форму заливают сначала чугун, а затем бронзу. [7]

Для экономии цветных металлов разработана также технология изготовления двухслойных ( биметаллических) втулок наплавкой бронзы на сталь или на чугун. Для этого во вращающуюся форму заливают чугун, а после его затвердевания - бронзу. [9]

В целях экономии цветных металлов ( бронзы и латуни) в практике применяют изготовление биметаллических деталей путем наплавки бронзы или латуни на сталь. Наплавка бронзы и латуни на стальные поверхности может осуществляться электрической дугой или газовой горелкой. [11]

Другие способы сварки меди и ее сплавов со сталью не имеют такого же практического значения, как указанные выше, однако следует указать на наиболее перспективные из них. При наплавке бронзы на сталь по методу трения [18] хорошее соединенно достигается в том случае, если в месте его бронза доводится до расплавленного состояния. [13]

Сальниковая набивка и фонарные кольца сальниковых уплотнений при ремонте заменяются. Новые фонарные кольца изготовляются из стали с последующей наплавкой бронзы и механической обработкой. Возможно изготовление новых фонарных колец из латунной трубки на специальном прокатном приспособлении. Мешалка вакуум-фильтра крепится к коренным подшипникам барабана специальными подвесками с помощью пружин и пальцев. Для того чтобы устранить выпадание пальцев и поломку проушин при ремонте, мешалку жестко крепят к подвескам и подвешивают не к коренным подшипникам, а к ванне вакуум-фильтра на двух подшипниках качения. [14]

Оказалось, что искры, образующиеся при ударах ручного стального инструмента о сталь, чугун и строительные материалы, не воспламеняют газовоздушные смеси нефтяных газов и паров. Инструмент, изготовленный путем омеднения стальных ударных поверхностей гальваническим способом или наплавкой бронзы , латуни, меди, быстро теряет защитный слой, и удары производятся стальными поверхностями. Не достигает цели и покрытие ударных поверхностей вязкими смазками: при ударах по смазанной поверхности искры образуются, причем наиболее легко возникают искры при ударах о стальные поверхности, покрытые окалиной или другими окислами железа. Не вызывает искр при ударах о металлические поверхности и строительные материалы ручной инструмент, изготовленный из меди, бронзы, латуни. [15]

Наплавка цветных металлов и сплавов

Наплавку меди или бронзы на стальные, медные и бронзовые детали осуществляют ручной дуговой сваркой покрытыми электродами, дуговой сваркой в инертных газах неплавящимися вольфрамовыми электродами и угольными электродами с применением защитного флюса, нанесенного на присадочный пруток. Для наплавки используют электроды со стержнем из меди или бронзы. Применяют электроды марки К-100 («Комсомолец-100») со стержнем из меди М.1 и покрытием, замешанным на жидком стекле и состоящим из ферромарганца (47,5%), полевого шпата (12,5 %), плавикового шпата (15 %) и кремнистой меди (20 % ) Этими электродами сваривают медные детали между собой или выполняют наплавку меди на сталь.

При наплавке меди на медь применяют предварительный подогрев до температуры 300—500 °С, так же, как при сварке меди. Наплавленный слой подвергают проковке.

Применяют наплавочные электроды марки ЗТ со стержнем из кремнистой бронзы марки БрКМцЗ-1. Металл, наплавленный этими электродами, близок по химическому составу и свойствам к кремнистой бронзе. Наплавку выполняют короткой дугой, постоянным током обратной полярности. Для получения наплавленного металла нужного состава бронзовый стержень электрода подбирают другой марки с соответствующим составом покрытия.

Наплавку неплавящимся (вольфрамовым) электродом в азоте или в аргоне производят с применением присадочного металла из меди или ее сплавов в зависимости от требуемого состава наплавленного металла. Для наплавки употребляют азот особой чистоты и арі он высшего сорта (по ГОСТ 9293—74* и 10157—79*). Устойчивость дуги в азоте ниже, чем в аргоне, поэтому предпочтение отдается аргону, несмотря на его большую стоимость. Для такой наплавки можно использовать лантанированные вольфрамовые электроды, обладающие хорошей устойчивостью. Наплавку на сталь производят при минимальной погонной энергии и с минимальной глубиной проплавления стали. Для этого часто используют дополнительное охлаждение стали водой с обратной стороны, что ускоряет кристаллизацию наплавляемого слоя и предупреждает появление трещин в стали.

Наплавку меди и ее сплавов на сталь можно производить угольным электродом, используя в качестве присадочного металла медные или бронзовые прутки (марок МО, Ml, БрКМцЗ-1) Для улучшения процесса и качества наплавки эти прутки покрывают защитным флюсом (например, состоящим из 95 % порошка буры и 5% металлического магния, смоченных жидким стеклом) Для предупреждения науглероживания стали сварку ведут длинной дугой со скоростью более 15 м/с во избежание расплавления основного металла. Качество наплавки невысокое, поэтому такой способ не получил распространения. Для улучшения качества рекомендуются проковка шва при температуре 550—800 °С и быстрое охлаждение в воде.

1. Для чего производится наплавка металлов?

2 Какие способы ручной наплавки вы знаете?

3 Нужно наплавить изношенные зубья ковша экскаватора. Какими электродами это можно сделать?

4 Требуется наплавить изношенные ножи металлорежущих ножниц Что нужно для выполнения этой работы?

5 Какой способ ручной дуговой наплавки вы выберете для исправления изношенного бронзового подшипника?

6 Что такое стеллиты, сормайты, вокар? Какая разница между стеллитом и сталинитом?

Основные способы дуговой наплавки цветных металлов и сплавов

Главная > Полезная информация> Основные способы дуговой наплавки цветных металлов и сплавов

Ручная дуговая наплавка:

Электроды для наплавки 13КН/ЛИВТ, КПИ РИ-1, ОЗИ-3, ОЗИ-6, ОЗН/ВСН-9, ОЗН-300М, ОЗН-400М, ОЗН-250У, ОЗН-300У, ОЗН-350У, ОЗШ-3, ОЗШ-6, ОЗШ-8, Т-590, Т-620, ЦН-6Л, ЦН-12М, ЦН-14, ЦН-24, ЦНИИН-4, ЭА-48М/22 вы можете заказать позвонив по телефонам, 967-13-04

Ручную дуговую наплавку экономично применять при незначительном объеме наплавочных работ, а также при выполнении наплавки в различных пространственных положениях. Основное внимание при ручной дуговой наплавке стальными электродами (Рисунок 1) уделяется подготовке деталей к наплавке. Качество наплавочных работ в значительной степени зависит от состояния наплавляемой поверхности, поэтому все детали должны быть предварительно очищены. После очистки поверхности детали определяют величину и характер износа, наличие трещин, вмятин и т. п.

При выполнении любых наплавочных работ твердость и износостойкость наплавленного металла зависят от марки наплавочных электродов, химического состава основного металла, режима наплавки и количества наплавляемых слоев.

Недостатками ручной дуговой наплавки является ее относительно малая производительность, тяжелые условия труда, непостоянное качество наплавленного слоя. Повышения производительности при ручной дуговой наплавке можно добиться применением электродов больших диаметров, присадочного прутка, пучка электродов.

Рисунок 1. Схема ручной дуговой наплавки голым электродом (медь и ее сплавы)

Рисунок 2. Схема ручной дуговой наплавки покрытым электродом

Дуговая наплавка в защитном газе плавящимся электродом

Наплавка в защитных газах характеризуется универсальностью процесса: возможность наплавки во всех пространственных положениях, на объекты сложной геометрической формы без применения каких либо специальных приспособлений в зависимости от условий наплавки.

Наплавка в защитных газах целесообразна в тех случаях, когда невозможна или затруднена наплавка под флюсом.

При наплавке плавящимся электродом в защитных газах (Рисунок 3) сварочная ванна защищена от воздуха. Количество газа, которое необходимо подавать для оттеснения воздуха от сварочной ванны, зависит от ряда факторов: теплофизических свойств защитного газа, параметров наплавки (силы сварочного тока, напряжения на дуге, вылета электрода, скорости наплавки и т. д.) и конструкции газоэлектрической горелки.

Рисунок 3. Схема наплавки в защитном газе плавящимся электродом

В качестве защитных газов при наплавке (сварке) цветных металлов и сплавов применяют аргон, гелий или смесь инертных газов. При наплавке меди и ее сплавов можно применить азот. Для повышения стабильности горения дуги и отвода кислорода в защитный газ добавляют водород в количестве от 2 до 5 %.

Наплавку в защитных газах проводят обычно на постоянном токе обратной полярности. Это обеспечивает лучшую устойчивость горения дуги, мелкокапельный перенос металла, меньшее разбрызгивание.

При наплавке в защитных газах необходим мелкокапельный перенос электродного материала, при котором повышается стабильность горения дуги, уменьшается разбрызгивание, улучшается формирование шва. На характер электродного материала оказывает влияние совокупность следующих факторов: воздействие на металл электрических и магнитных сил, сил тяжести, поверхностного натяжения металла, давления выделяющихся из металла паров и газов. Степень влияния каждого из перечисленных факторов зависит от рода и полярности тока, режимов наплавки, материала электрода, состава дуговой атмосферы и т. д.

Увеличение производительности наплавки ограничивается диапазоном сварочного тока; увеличение тока приводит к повышению разбрызгивания наплавляемого металла, ухудшается формирование наплавляемого валика, в целом процесс наплавки начинает проистекать нестабильно.

Дуговая наплавка под флюсом

По-сравнению с наплавкой в защитных газах, наплавка под флюсом характеризуется высокой производительностью, минимальным (0,5-3%) коэффициентом потерь электродного металла. Кроме того, закрытая дуга позволяет избежать применения каких-либо дополнительных средств защиты от ее теплового и светового излучения, брызг и возможных выплесков металла из сварочной ванны.

В общем случае при наплавке под флюсом (Рисунок 4) дуга горит между электродом и изделием, к которому подведен ток, и образует на поверхности изделия ванночку расплавленного металла. Наплавляемый участок покрывает толстый слой сыпучего флюса. Дуга частично расплавляет флюс и горит внутри полости с эластичной оболочкой из расплавленного флюса – шлака. Расплавленный шлак надежно изолирует жидкий и перегретый металл от газов воздуха, предупреждает разбрызгивание и способствует сохранению тепла дуги. После затвердевания металла образуется наплавленный валик, покрытый шлаковой коркой и нерасплавившимся флюсом.

Рисунок 4. Схема наплавки под флюсом

Для наплавки (сварки) меди применяют плавленые флюсы марок АН-348А, ОСЦ-20С, АН-26С и бескислородные фторидные флюсы, например, марки АН-М1.

Для наплавки (сварки) титана и титановых сплавов применяют бескислородные флюсы АНТ-1, АНТ-3, АНТ-7 системы СаF2 – BCl2 – NaF.

Газопламенная наплавка

Наплавка — это процесс нанесения присадочных металлов на основной слой металла, верхний слой которого расплавляется на незначительную глубину. Наплавка используется для придания поверхностному слою металлов особых свойств, таких как: твердости, коррозионной стойкости, устойчивости к износу и т.д. Наплавку осуществляют с использованием металла того же состава, что и основной металл, или другим, который может отличаться по химическому составу и физическим свойствам от основного металла. Например, на детали из чугуна и стали наплавляют цветные металлы (бронзу, латунь, медь), чугун и легированные стали, а также некоторые специальные твердые сплавы. Чтобы получить требуемую глубину проплавления поверхности следует регулировать степень нагрева как наплавочных, так и основных металлов. В случае использования газопламенной наплавки регулировать степень нагрева присадочных и основного металлов намного легче, благодаря возможности их раздельного нагрева. Кроме того, газокислородное пламя защищает наплавочный металл от его окисления воздухом и испарения элементов, которые входят в состав наплавляемых металлов.

Одним из основных недостатков газопламенной наплавки — низкая производительность, в сравнении с дуговой и повышенная зона нагрева поверхности основного металла, что зачастую приводит к возникновению деформаций и остаточных напряжений в деталях. Поэтому, чаще всего газопламенная наплавка используется для обработки деталей небольших размеров. При этом, поверхность основного металла предварительно нагревают, но не доводят до расплавления. Потом подается присадка и, за счет ее расплавления, производится наплавление металла, за счет его растекания по поверхности. Очистка от окислов наплавляемой поверхности производится с помощью флюсов, которые используются как при газосварке, так и пайке.

Газопламенная наплавка может быть как однослойной, так и многослойной. При этом технология нанесения припоя практически не отличается, с одной только особенностью, что после нанесения первого слоя припоя, разогревание поверхности обрабатываемой детали не происходит. Предварительному подогреву подвергается нанесенный слой присадки. При использовании порошкообразных флюсов, их наносят вручную, и первый слой припоя наносится слоем не более полу-миллиметра. Таким же образом наносят последующие слоя, до получения валика необходимой высоты.

Электроды для наплавки – основной металл будет лучше!

Для формирования на изделиях из металлов и стали особого слоя с заданными механическими значениями используются электроды для наплавки. Они чаще всего необходимы для восстановления элементов разнообразных агрегатов и механизмов.

1 Основные сведения о классификации наплавочных электродов

Имеется два Госстандарта – 9466 и 10051, которые содержат техусловия и рассказывают о типах, на которые подразделяют электроды для наплавки. Интересующие нас изделия принято подразделять на отдельные группы по следующим показателям:

Вид покрытия. Ручная дуговая наплавка производится электродами с целлюлозным, основным, кислым, смешанным или рутиловым покрытием. Также существуют сварочные (наплавочные) стержни, на которые наносятся особые составы.
Толщина покрытия. По этой величине наплавочные изделия делят на четыре вида – с очень толстым покрытием (отношение сечения покрытия к сечению сварочного стержня – более 1,8), с толстым (от 1,45 до 1,8), со средним (от 1,2 до 1,45) и с тонким (менее 1,2).
По полярности и роду тока, используемого при наплавке металлов электродами (переменный и постоянный ток, прямая и обратная полярность).
По разрешенным положениям наплавочного процесса в пространстве. В этом случае дуговая наплавка металла (ручная) может выполняться четырьмя видами изделий – для вертикального, горизонтального и нижнего положений, для любых положений, для нижнего в лодочку и обыкновенного нижнего, для всех за исключением вертикального сверху вниз.

Основными же параметрами, по которым делят сварочные стержни для наплавки изделий из металлов и стали, считается твердость получаемого наплавленного слоя и его химический состав. С этой точки зрения существует более 40 типов электродов, которые подразделяют на шесть больших категорий. О них рассказывается далее.

2 Категории сварочных стержней для наплавки

К первой категории (группе) относятся изделия, применение которых позволяет получать низколегированный низкоуглеродистый наплавленный слой с повышенной стойкостью против ударных нагрузок и трения. Ко второй – стержни, обеспечивающие аналогичный по свойствам слой, но уже для тех изделий из стали, которые работают при температурах от 600 до 6500 °С.

Третья категория электродов включает в себя изделия для получения легированного и углеродистого наплавленного слоя со стойкостью к ударным нагрузкам и повышенному абразивному изнашиванию. Стержни четвертой группы дают возможность получить такой же самый наплавленный металл на поверхности деталей, функционирующих при высоких температурах и давлениях.

Электроды пятой категории используются для получения высокостойкого слоя при трении и изнашивании, вызываемого эрозионно-коррозионными факторами (при температурах от 570 до 6000°), аустенитного высоколегированного металла.

Сварочные стержни шестой группы применяются для наплавки деталей из стали, на поверхности которой требуется высоколегированный дисперсноупрочняемый слой. Такие изделия обычно используются в сложнейших условиях, способствующих их деформированию (до 11000° температуры).

3 Технология наплавочных работ – некоторые важные особенности

Дуговая наплавка изделий из стали и черных металлов в силу своей универсальности применяется очень широко во многих ремонтных и восстановительных цехах промпредприятий.

Технология данного процесса имеет ряд особенностей и сложностей, но они не оказывают негативного влияния на качество наплавочной операции, если работы выполняются опытным сварщиком.

Наплавка производится при помощи стандартного оборудования, на котором выполняются сварочные электродуговые работы. При этом в зависимости от того, какое состояние и химсостав имеет наплавляемый и основной металл, технология может потребовать осуществления дополнительных процедур, в частности следующих:

с целью обеспечения на поверхности наплавляемой стали каких-либо специальных эксплуатационных характеристик – термообработка;
для улучшения и ускорения процесса – сопутствующий и предварительный нагрев заготовки.

Сварочные электроды первой категории (марки – ОЗН-300М и 400М, ЦНИИН-4, ОМГ-Н) рекомендованы для наплавки крестовин, осей, валов и иных элементов из низколегированных и углеродистых сплавов для железнодорожного и автотранспорта, второй (ОЗШ-2, 3, 7, 1, ЭН-60М, УОНИ-13/НЖ, ОЗИ-3) – для высадочных и молотовых, вырубных и отрезных штампов, также для компонентов станочного и металлургического оборудования, склонного к быстрому изнашиванию.

Третья категория наплавочных электродов (Т-620 и 590, ЭНУ-2, ВСН-6, ОЗН-7, 6 и 7М) используется для восстановления чугунных и стальных элементов строительной и металлургической техники, высокомарганцовистых и углеродистых сплавов, четвертая (ОЗИ-5 и 6) – для изготовления и ремонта инструментов для металлообработки, горячих и холодных сильнонагруженных штампов.

Электроды пятой группы (ЦН-12М и 6Л) технология наплавки рекомендует применять для восстановления энергетического оборудования и котлов, используемых при давлении не более 78 МПа, шестой (ОЗШ-6 и 8) – для обработки штамповочной и кузнечной оснастки, применяемой при высоких давлениях в термоусталостных условиях.

Для изготовления наплавочных стержней применяется особая проволока. Ее выпускают по Госстандарту 10543. Именно на такую проволоку наносят специальный слой, который и обеспечивает требуемые показатели наплавленного металла.

Кроме того, активно используется технология наплавки ленточными электродами – полосами размерами от 0,6х50 до 1х100 миллиметров. Теоретически можно делать и более крупные ленты, но их применение связано со значительным усложнением наплавочного процесса.

При наплавке ленточным электродом между ним и обрабатываемой деталью формируется электрическая дуга. На основной металл при постепенном расплавлении стержня наносится защитный 3–5-миллиметровый слой. В данном случае ванну и дугу требуется обязательно отделять флюсом от окружающего воздуха.

4 Тонкости процесса наплавки бронзы и цветных металлов

Нанесение на медные, стальные и бронзовые изделия расплавленного слоя бронзы либо меди выполняется:

в среде защитного флюса графитовыми электродами;
покрытыми стержнями при электродуговой сварке;
вольфрамовыми наплавочными изделиями в газовой инертной атмосфере.

Основу электродовнзы либо м для дуговой сварки делают из броеди. Большое распространение получили стержни К-ЮО, покрытие которых состоит из 20 % кремнистой меди, 15 % плавикового и 12,5 % полевого шпата, 47,5 % ферромарганца. Замешивается весь состав на жидком стекле. Данные электроды используют для наплавления на сталь и медь бронзы или меди (получившийся слой затем проковывают). Обратите внимание – в данном случае металлы следует заранее подогреть примерно до 400 °С.

Наплавка бронзы выполняется и стержнями ЗТ, изготовленными из сплава БрКМцЗ-1. По своим параметрам и химическому составу наплавленный такими электродами металл практически идентичен кремнистой бронзе. Наплавочный процесс с применением ЗТ ведется только на обратной полярности и максимально короткой дугой.

При использовании угольных (графитовых) стержней применяют прутки (бронзовые, медные) в качестве присадки. На них наносят флюс (металлический магний 5 % + бура в порошке 95 %). Отметим, что этот вид наплавки характеризуется неудовлетворительным качеством. Используют его редко, выполняя (для улучшения результата) проковку шва с последующим водяным его охлаждением.

Вольфрамовые стержни для наплавки цветмета также применяют лишь в отдельных случаях. Операция проводится в аргоновой либо азотной атмосфере (газы должны иметь максимальную чистоту). Рекомендуется использовать аргон, так как в нем сварочная дуга обладает более высокой устойчивостью.

ОСОБЕННОСТИ НАПЛАВКИ МЕДИ И БРОНЗ НА СТАЛЬ

По данным Г17], в системе Fe—Си, как следует из диаграммы Fe—Си (рис. 34), установлено наличие двух перитектических реакций: 1) б-твердый раствор (6,7% Си) + жидкость (10,3% Си)"^. ^.у-твердый раствор (8,3% Си) при 1478°; 2) у-твердый раствор (~8% Си) + жидкость (97,2% Си) X є-твердьга раствор (96% Си) при 1094° С, и одного эвтектоидного процесса: у-твердый раствор (4% Си) a-твердый раствор (-—-1,4 % Си) + е-твердый раствор (—98,5% Си) при 850° С.

При комнатной температуре в равновесном состоянии сплавы меди с железом представляют собой твердый раствор меди в железе (а); твердый раствор железа в меди (е) и смесь твердых растворов (а + є). Следует отметить, что хотя теоретически растворимость меди в железе при температуре ниже 650° С очень небольшая в действительности при комнатной температуре в твердом растворе с a-железом могут находиться значительные количества меди. Максимальная растворимость меди в у-железе составляет: 8,3% при 1478° С; 7,5% при 1484° С; —8,0% при 1430° С и —7,5—

8,5 % при 1094° С. Растворимость меди в a-железе составляет —0,9% при 800° С; 0,5% при 750° С и 0,3% при 700° С. С дальнейшим понижением температуры растворимость меди в железе снижается и составляет при 450° С 0,15 ± 0,02% [17]. Растворимость железа в меди почти линейно уменьшается от 3,8% при 1094° С до 0,3% при 800° С. При температуре 200° С следует ожидать растворимости порядка 1,27-10_5% [17].

В указанной работе отмечается, что в железо-медных сплавах при таких низких температурах равновесного состояния достичь невозможно. Этому способствуют высокие скорости охлаждения, получаемые как при термообработке медистой стали, так и при

сварке, которые не обеспечивают состояние равновесия. Согласно [60], благодаря инертному выделению. меди из твердого раствора а в структуре нормализованной и отожженной медистой стали, содержащей медь даже в количестве 1 — 1,5%, включения структурно-свободной меди не наблюдаются, так как при свободном охлаждении на воздухе (или даже в печи) медь не успевает выделиться из твердого раствора с a-железом, в результате чего фиксируются структуры, отвечающие пересыщенному медью твердому раствору без следов свободной меди.

Г. А. Кащенко [38] считает, что в практических условиях выделение железа из твердого раствора не обнаруживается даже Т.°С г —

10 20 30 40 50 50 70 80 90 100

Рис. 34. Диаграмма состояния бинарной системы железо—медь

при содержании его в меди до 2% и объясняет это медленным распадом и исключительной дисперсностью выделений. Наличие высокодисперсных частиц железа в меди подтверждается и в работах Е. С. Шпичинецкого и И. JI. Рогельберга, изучавших влияние небольшого содержания железа на свойства меди и «-латуней. В работе [104] указывается, что причина торможения роста зерна железосодержащих сплавов вызвана именно высокой дисперсностью частиц второй фазы, которые, оттесняясь в процессе рекристаллизации к границам зерен, механически препятствуют их росту.

В условиях сварки процесс кристаллизации протекает настолько быстро, что растворившееся в жидкой меди железо может не успеть выделиться из твердого раствора с медью и останется в виде пересыщенного твердого раствора с медью. Поэтому, как показали проведенные исследования, даже при наличии в металле наплавки до 2—2,5% железа включения структурно-свободного железа не наблюдаются. Это очень важно, так как коррозионная стойкость и другие физико-механические свойства металла наплавки существенно зависят от наличия в нем структурно-свободного железа.

На растворимость меди в железе и железа в меди оказывают влияние находящиеся в них легирующие элементы и примеси.

Углерод не растворяется в меди. Примесь углерода, находящаяся в стали, несколько уменьшает растворимость меди в твердом железе и создает ограниченную растворимость в жидком состоянии.

Марганец, образующий с медью непрерывный ряд твердых растворов, увеличивает растворимость меди в железе [20]. Это объясняется тем, что марганец увеличивает внутрикристаллит — ную растворимость меди в железе. Образуя с железом твердый раствор замещения, марганец снижает критическую точку А3, расширяет область у-твердого раствора. Растворимость же меди в у-твердом растворе выше, чем в a-твердом растворе. Кроме того, медь с марганцем имеют значительную взаимную растворимость, что способствует внутрикристаллитной диффузии.

Кремний хорошо растворяется в меди. Максимальная растворимость кремния в меди составляет 6,7% при температуре 726° С. С понижением температуры растворимость кремния в меди падает, составляя при комнатной температуре 3—4%. Железо в медно-кремниевых сплавах растворяется ограниченно [20]. Кремний оказывает существенное влияние на механические свойства сплава. Основное влияние кремния на механические свойства обусловлено, по-видимому, упрочнением зерен твердого раствора, а также его раскислительным действием ввиду высокого сродства к кислороду.

Сера и фосфор несколько увеличивают растворимость меди в железе, так как увеличивают межкристаллитную диффузию. Помимо растворимости железа в меди и меди в железе образованию прочной металлической связи между медью и железом способствует ряд близких физико-химических СВОЙСТВ меди и железа, особенно таких, как радиус атома, параметр кристаллической решетки, тип решетки и др. В табл. 11 сопоставлены важнейшие физико-химические свойства меди и железа.

Вместе с тем целый ряд факторов затрудняют наплавку меди и ее сплавов на сталь. Основными из них являются [96]: 1) значительное сродство жидкой меди к кислороду; 2) большая растворимость газов, особенно водорода, в жидкой меди; 3) высокая тепло — и электропроводность меди и др. Тем не менее процесс соединения меди и ее сплавов со сталью протекает успешно.

В ряде работ показана возможность электродуговой сварки меди со сталью и наплавки меди и ее сплавов на сталь [9, 13, 27, 74, 89, 108 и др.]. В зависимости от требований, предъявляемых к соединению, могут применяться те или иные способы сварки или наплавки.

Особенности наплавки алюминиевой бронзы на низкоуглеродистую сталь

Как известно, основные проблемы получения бронзового высококачественного покрытия на низкоуглеродистой стали связаны с образованием в процессе наплавки различных микро — дефектов и, в первую очередь, трещин на границе «сталь-бронза». Указанные дефекты существенно снижают общую работоспособность антифрикционного покрытия.

При наплавке бронзы на сталь в зоне сплавления и в наплавленном металле вследствие окисления элементов сплава, например алюминия [9], наблюдается образование оксидных включений, способствующих зарождению газовых пор.

Результатом газового анализа установлено содержание кислорода, водорода и азота в наплавленном и исходном состоянии для бронзы Бр Амц 9-2 (таб.1) [10].

Содержание кислорода, водорода и азота в наплавленном и исходном состоянии для бронзы Бр АМц 9-2

Проволока Бр АМц 9-2

Наплавленный металл Проволокой Бр АМц 9-2

На концентрацию кислорода в наплавленном металле влияет наличие в свободном состоянии алюминия, являющегося эффективным раскислителем. Поэтому содержание кислорода в наплавленном металле меньше, чем в исходном.

При дуговом процессе наплавки интенсивное поглощение азота осуществляется жидким металлом сварочной ванны и зависит от времени

пребывания расплава в жидком состоянии, а так же от степени чистоты используемого защитного газа [11].

В металле, наплавленном проволокой Бр А Мц 9-2 могут присутствовать окислы меди различной валентности. Они находятся в виде пленок (размером 10…50 мкм) и отдельных включений неправильной формы (размером 3…7 мкм) [10].

Источником водорода, отрицательно влияющим на качество наплавленного слоя является повышенная влажность защитного газа и его повышенное содержание в присадочной проволоке. В этом случае причиной пористости становится абсорбация водорода. При увеличении степени легирования и повышенном содержании связующих веществ, вероятность порообразования снижается [12].

При воздействии легирующих элементов бронзы с кислородом в сварочной ванне появляются оксиды, которые могут быть инициаторами трещин [13].

Легирование алюминиевых бронз такими металлами, как Mn, Fe и Ni, существенно уменьшают их склонность к газонасыщению при высокотемпературном нагреве и вероятность образования оксидных включений [14]. Следует учитывать, что содержание железистых составляющих в наплавленном металле определяет распределение микротвердости по высоте наплавленного слоя [15,16]

За счет быстротечности процесса нанесения плакирующего слоя окислы полностью не удаляются из него. Использование комбинированных дуговых способов нанесения покрытий позволяет снизить тепловложение в основной металл, что способствует уменьшению глубины проплавления последнего. Глубина проникновения зависит не только от свойств наплавляемого и основного металла, но и от возникающих в процессе наплавки дефектов в виде включений, диффузионных и кристаллизационных прослоек, и дефектов металлургического происхождения [17].

Учитывая значительную зависимость конечного состава наплавленного металла при дуговой наплавке от процессов окисления, происходящих в дуге и сварочной ванне, а так же от полноты перемешивания расплавленных составляющих присадочной проволоки, необходимо обратить особое внимание на выбор параметров режима наплавки.

Один из основных факторов, обусловливающих сложность наплавки бронзовых сплавов — высокая склонность к трещинообразованию.

Образование трещин зависит от технологии ведения процесса наплавки, параметров режима наплавки, состава присадочной проволоки и класса стали. Стойкость бронз против образования горячих (кристаллизационных) трещин, при прочих равных условиях, зависит от эффективного интервала кристаллизации. Чем уже этот интервал, тем стойкость к образованию горячих трещин выше, что соответствует общим представлениям о склонности металлов и сплавов к образованию горячих трещин [18]. Установлено, что алюминиевые бронзы имеют интервал кристаллизации от 20 до 30 °С, медно — никелевые — от 65 до 70 °С, оловянные бронзы около 150°С.

Возникновение кристаллизационных трещин в процессе наплавки бронзы на сталь, в значительной степени связано с содержанием железа в шве, что отрицательно сказывается на характере кристаллизации сплава, из-за превышения критической величины растягивающих напряжений [19, 20].

Помимо зоны сплавления в сечении наплавленного шва можно выделить следующие зоны: зона сплавления, зона термического влияния стали, околошовная зона и зона термического влияния бронзы. Наиболее критичной с точки зрения образования трещин является зона термического влияния стали. Протяженность зоны термического влияния стали зависит от исхрдного состояния стали и составляет 1,4…2,1 мм. В данной зоне можно выделить участки, характеризующиеся свойственной им микроструктурой и размером зерна. К ним относятся: участок оплавления зёрен, участок с признаками перегрева, участок неполной перекристаллизации и т. д. Чем выше температура нагрева и скорость охлаждения металла зоны термического влияния соединения, тем значительнее изменение его структуры и, соответственно механических свойств. Металл зоны, прилегающей к наплавленному шву, после процесса наплавки характеризуется низкими пластичностью (§= 2 — 4 %) и ударной вязкостью (ан =150 кДж/м2).

При наплавке на границе зоны сплавления в стали имеются искажения кристаллической решётки, характеризующиеся накапливанием избыточной свободной энергии по границам зёрен стали в местах наибольших искажений. Это приводит к увеличению скорости диффузии атомов бронзы. Под действием диффузии происходит заполнение освободившегося объёма бронзой. По мере снижения температуры расплава в процессе кристаллизации под действием упругих напряжений сжатия объём проникновения бронзы в сталь увеличивается.. [19, 20].

Увеличение содержания углерода приводит к проникновению меди в поверхностные слои стали. Диффузия углерода из растворенного медью слоя стали вызывает неоднородность углерода в зоне сплавления. Степень неоднородности распределения углерода зависит от его исходного содержания в стали, времени контакта с жидкой бронзой, а так же от параметров режима наплавки [21].

Зона термического влияния бронзы обычно имеет крупнозернистую структуру с постепенным уменьшением зерна по мере приближения к зоне сплавления. Ширина зоны для сплавов составляет 2,2…4,1 мм. Содержание железа на границе сплавления максимально (0,4…0,8%) ,а по мере удаления от зоны сплавления падает до нуля [22].

Наряду с образованием трещин в зоне термического влияния, в зависимости от способа наплавки бронзы повышается склонность к образованию холодных трещин в околошовной зоне стали. Такие трещины образуются в твёрдом состоянии на расстоянии 0,5…5 мм от границы сплавления. Установлено, что их образование зависит от пластических свойств при повышенных температурах. Различная склонность бронз к образованию трещин в околошовной зоне определяется различным уровнем пластических свойств при повышенных температурах. Для различных сплавов величина температурного интервала 250…700°С. В данном интервале наблюдается резкий провал пластичности. Минимальным уровнем пластических свойств обладают медноникелевоалюминиевые сплавы и оловянные бронзы, максимальным марганцево-алюминиевые бронзы. Повысить характеристики пластичности при температуре выше 300°С позволяет добавление микролигирующих добавок. Наиболее эффективна комплексная добавка (бора 0,5 % и ванадия 0,5 %). Введение этих компонентов позволяет повысить величину относительного удлинения бронзы в интервале провала пластичности до 20%. А именно, чем ниже уровень пластических свойств, тем больше склонен сплав к образованию трещин в твердом состоянии. Минимальная величина относительного удлинения в температурном интервале провала прочности бронз Smin может служить количественной характеристикой склонности к образованию трещин в твердом состоянии. Предлагается следующая оценка свариваемости медных сплавов в зависимости от уровня Smin.: хорошо свариваемые сплавы — 8min > 20 %, удовлетворительно — от 6 до 20%, ограничено — от 2 до 5,9%, плохо или не свариваемые — менее 2% [18].

Хорошо наплавляемые сплавы не требуют применения специальных технологических приемов. При нанесении удовлетворительно наплавляемых сплавов желательно не создавать большой сварочной ванны и отслеживать температуру подогрева образца в процессе наплавки. Наплавку ограниченно наплавляемых сплавов рекомендуется производить на минимальной погонной энергии с охлаждением металла соединения после выполнения каждого прохода. [18].

Полная оценка наплавки бронзы должна производиться с учетом ее стойкости к образованию, как кристаллизационных трещин, так и трещин в твердом состоянии.

Читайте также: