Наплавка меди на сталь
Обновлено: 18.05.2024
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?
способ дуговой наплавки меди и медных сплавов на сталь
Изобретение может быть использовано при изготовлении узлов, деталей и конструкций из стали с наплавленным рабочим слоем из меди или медного сплава, предназначенным для обеспечения их антифрикционных свойств, коррозионной стойкости, электропроводности и др. На подлежащую наплавке поверхность изделия из стали наносят слой флюса-пасты и приваривают точечными швами полотно присадочного металла из меди или медного сплава. Затем осуществляют наплавку дуговым способом неплавящимся электродом в аргоне с использованием присадочной проволоки из меди или медного сплава с полным расплавлением упомянутого приваренного полотна. Способ обеспечивает уменьшение степени расплавления стали и минимальный (менее 5%) переход железа из стали в наплавленный металл, а также отсутствие ограничений, связанных с приемами подачи присадочного металла в зону наплавки, что снижает требования к квалификации сварщиков. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Формула изобретения
1. Способ дуговой наплавки меди и медных сплавов на сталь, включающий использование неплавящегося электрода и присадочного металла из медного сплава, отличающийся тем, что для получения наплавленного слоя на поверхности стального изделия предварительно на стальную поверхность наносят флюс-пасту, для наплавки используют присадочный металл, состоящий из полотна толщиной 1,0-1,6 мм, предварительно приваренного точечными швами к стальной поверхности, и из сварочной проволоки, имеющих одинаковый состав, затем возбуждают дугу между неплавящимся электродом и полотном присадочного металла на токе, достаточном для локального расплавления полотна под дугой на всю его толщину, после этого дугой без ее перемещения расплавляют полотно до поверхности стали, механизированным способом или вручную подают присадочную проволоку в образовавшуюся ванну жидкого металла и одновременно увеличивают сварочный ток в дуге до значения, необходимого для совместного плавления этой дугой присадочного полотна и присадочной проволоки, при этом образуют общую сварочную ванну из расплавленного присадочного полотна и расплавленной присадочной проволоки и продолжают процесс наплавки до получения наплавленного слоя на всей наплавляемой поверхности.
2. Способ наплавки по п.1, отличающийся тем, что перед приваркой полотна к наплавляемой стальной поверхности на эту поверхность наносят слой флюса-пасты толщиной 0,1-0,2 мм, применяемой для сварки медного сплава аналогичного состава.
3. Способ наплавки по п.1, отличающийся тем, что предварительную приварку полотна присадочного металла к стальной поверхности осуществляют с прижатием его в зоне сварки путем локального расплавления полотна на всю его толщину дугой неплавящегося электрода в аргоне без применения присадочной проволоки, при этом приварку осуществляют в отдельных точках, расположенных в шахматном порядке, диаметром 3-5 мм с шагом между точками 15-20 мм.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано в судостроении, машиностроении и в других отраслях промышленности при изготовлении узлов, деталей и конструкций из стали с наплавленным рабочим слоем из меди или медного сплава, предназначенным для обеспечения их антифрикционных свойств, коррозионной стойкости, электропроводности и др.
Известно, что наплавка меди и ее сплавов на сталь может выполняться различными дуговыми способами сварки плавлением: автоматическим под флюсом, ручным и механизированным аргонодуговым плавящимся и неплавящимся электродом, ручным покрытыми электродами. Однако при применении всех указанных способов дуговой наплавки меди и ее сплавов на сталь под действием сварочной дуги происходит значительное расплавление стали, перемешивание в сварочной ванне расплавленной стали с расплавленным присадочным металлом на медной основе и образование наплавленного металла с большим (10-30 мас.% и более) содержанием железа. Растворимость железа в твердой меди или в медном сплаве незначительная. Как показали исследования, в пересыщенном твердом растворе на основе меди может сохраняться до 3-5 мас.% железа. Остальное железо, перешедшее в наплавленный металл, выделяется в виде новой фазы - твердого раствора на основе железа. Выделения этой фазы существенно уменьшают коррозионную стойкость и антифрикционные свойства наплавленного металла, ударную вязкость и пластические свойства наплавленных образцов. Чтобы избавиться от выделений фазы на основе железа в рабочем слое наплавленного изделия и обеспечить его коррозионную стойкость и антифрикционные свойства, наплавку медных сплавов на сталь указанными дуговыми способами приходится выполнять в несколько слоев (Подгаецкий В.В. Механизированная наплавка слоя алюминиевой бронзы БрАЖМц 10-3-1,5. - Автоматическая сварка, 1959, № 7, с.93). Но пластические свойства и ударная вязкость (при надрезе по зоне сплавления наплавленного металла со сталью) наплавленных образцов остаются низкими из-за наличия в зоне сплавления значительного количества выделений хрупкой и твердой фазы на основе железа.
Для обеспечения коррозионной стойкости, антифрикционных свойств, пластических свойств и ударной вязкости (при надрезе по зоне сплавления наплавленного металла со сталью) наплавленных образцов уже при наплавке медных сплавов на сталь в один слой наплавку медных сплавов на сталь следует выполнять без расплавления или с минимальным расплавлением стали так, чтобы содержание железа в первом слое наплавленного металла не превышало 5%.
Известен способ аргонодуговой наплавки неплавящимся электродом меди и ее сплавов на сталь (Патент РФ на изобретение № 2390398 от 27 мая 2010 г.), принимаемый нами за прототип, при котором за счет применения специальной техники наплавки обеспечивается уменьшение степени расплавления стали и минимальный (менее 5%) переход железа из стали в наплавленный металл.
Однако этот способ наплавки (прототип) распространяется только на способ аргонодуговой наплавки неплавящимся электродом, включающий расплавление присадочного материала только в виде прутка, отличающийся тем, что перед началом наплавки присадочный пруток устанавливают в месте начала наплавки под углом 5-15° к наплавляемой поверхности с упором в нее нижнего конца прутка, располагают сварочную горелку под углом 80-90° к присадочному прутку, зажигают дугу между неплавящимся электродом сварочной горелки и нижним концом присадочного прутка, не допуская контакта дуги со сталью, расплавляют присадочный пруток с его перемещением без изменения его угла наклона к наплавляемой поверхности до образования на ней ванны расплавленного металла присадочного прутка шириной 7-10 мм и толщиной 2-3 мм, после чего переносят сварочную дугу с присадочного прутка на образованную ванну расплавленного металла в точку на расстоянии 2-4 мм от ее головной части, располагают сварочную горелку под углом 40-45° к поверхности ванны расплава и осуществляют процесс наплавки углом вперед с поддержанием постоянного угла наклона сварочной горелки и уровня ванны расплавленного металла. Однако этот способ наплавки имеет следующие недостатки. При этом способе наплавки применяются сложные технологические приемы. Присадочный металл для наплавки применяется только в виде прутков, которые подаются в зону наплавки только вручную. Производительность наплавки очень низкая. Для обеспечения качественного выполнения наплавки при этом способе необходимо, чтобы наплавку выполняли только высококвалифицированные сварщики, тщательно обученные сложным технологическим приемам наплавки по прототипу.
Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа дуговой наплавки меди и медных сплавов на сталь, в котором при сохранении уменьшения степени расплавления стали и минимальном (менее 5%) переходе железа из стали в наплавленный металл обеспечиваются упрощение технологических приемов наплавки, возможность применения присадочного металла в виде присадочной проволоки, возможность механизированной подачи присадочной проволоки в зону наплавки, повышение производительности наплавки и при котором нет необходимости в подготовке сварщиков для освоения специальной техники наплавки и в предъявлении повышенных требований к квалификации сварщиков.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет того, что для получения наплавленного слоя на поверхности стального изделия предварительно на стальную поверхность наносят флюс-пасту толщиной 0,1-0,2 мм, для наплавки используют присадочный металл одного и того же состава, состоящий из полотна толщиной 1,0-1,6 мм, предварительно приваренного точечными швами к стальной поверхности в шахматном порядке путем локального расплавления полотна на всю его толщину в отдельных точках диаметром 3-5 мм с шагом между точками 15-20 мм, и из сварочной проволоки, затем возбуждают дугу между неплавящимся электродом и полотном присадочного металла, достаточном для локального расплавления полотна под дугой на всю его толщину, после этого дугой без ее перемещения расплавляют полотно до поверхности стали, механизированным способом или вручную подают присадочную проволоку в образовавшуюся ванну жидкого металла и одновременно увеличивают сварочный ток в дуге до значения, необходимого для совместного плавления этой дугой присадочного полотна и присадочной проволоки, при этом образуют общую сварочную ванну из расплавленного присадочного полотна и расплавленной присадочной проволоки и продолжают процесс наплавки до получения наплавленного слоя на всей наплавляемой поверхности.
Опробование предложенного способа наплавки меди и медных сплавов на сталь производили следующим образом. Для наплавки по предложенному способу было взято полотно толщиной 1 мм из сплава марки МНЖКТ5-1-0,2-0,2 состава (мас.%): Ni - 6,1, Fe - 1,2, Mn - 0,72, Cu - остальное, шириной 40 мм и длиной 200 мм. На пластину размером 12×100×200 мм из стали АБ2 кисточкой был нанесен слой флюса-пасты толщиной - 0,15 мм в виде раствора буры в этиловом спирте. После нанесения флюса-пасты на пластину было уложено полотно из сплава МНЖКТ5-1-0,2-0,2 и приварено к стальной пластине точечными швами в шахматном порядке. Сварку выполняли без применения присадочного металла аргонодуговым способом неплавящимся электродом путем расплавления полотна в намеченных точках диаметром 3-5 мм с шагом между точками 15-20 мм. При этом для обеспечения надежного контакта полотна с пластиной у места сварки точки полотно прижимали к пластине с помощью ручного инструмента. После этого на стальную пластину с приваренным к ней полотном была выполнена наплавка механизированным способом неплавящимся электродом в аргоне проволокой диаметром 1,2 мм марки МНЖКТ5-1-0,2-0,2 того же состава, что и полотно, на режиме: сварочный ток 180-200 А, напряжение на дуге 16 В, скорость подачи проволоки 240 м/ч (4,0 м/мин), скорость наплавки 15 м/час. В результате на стальную пластину был наплавлен слой металла высотой 3,3 мм площадью 40×200 мм 2 . Наплавка была выполнена за 8 мин, а с учетом приварки полотна к пластине - за 10 мин.
Для сравнения аналогичный слой металла был наплавлен способом наплавки по прототипу, на что было затрачено 24 мин.
На обеих наплавленных пластинах было определено содержание железа в наплавленном металле и наличие выделений фазы на основе железа в его структуре.
смесь для индукционной наплавки меди на сталь
Изобретение может быть использовано при производстве медных шин, пластинчатых теплообменников. Смесь для индукционной наплавки содержит боросодержащий флюс в виде борного ангидрида и медный порошок в следующем соотношении, мас.%: борный ангидрид 38,6-48,6, медный порошок 51,4-61,4. Размер частиц смеси составляет 0,15-0,25 мм. Смесь обеспечивает повышение качества при высокочастотной наплавке меди на сталь. 2 табл.
Смесь для индукционной наплавки меди на сталь, содержащая боросодержащий флюс в виде борного ангидрида и медный порошок в следующем соотношении, мас.%:
| Борный ангидрид | 38,6-48,6 |
| Медный порошок | 51,4-61,4 |
при этом размер частиц смеси составляет 0,15-0,25 мм.
Изобретение относится к области индукционной наплавки, в частности для соединения меди со сталью при производстве медных шин, пластинчатых теплообменников, где минимально допустимым является наличие в сварном шве других компонентов кроме меди.
Известно применение борного ангидрида в составе флюса для пайки ПВ200 (см. Сварка в машиностроении. Т.4 Машиностроение, 1070, с.329), содержащий в своем составе компоненты, мас.%:
Недостатком этого флюса является то, что при наплавке образуются не сплавленные участки, раковины и опоры. Кроме того, он не совпадает по назначению с предлагаемым техническим решением.
Задачей настоящего изобретения является повышение качества наплавленного слоя при высокочастотной наплавке.
Поставленная задача достигается тем, что смесь для индукционной наплавки меди на сталь содержит боросодержащий флюс в виде борного ангидрида и медный порошок в следующем соотношении, мас.%:
| Борный ангидрид | 38,6-48,6 |
| Медный порошок | 51,4-61,4 |
при этом размер частиц смеси составляет 0,15-0,25 мм.
Введение в состав смеси медного порошка в количестве, превышающем 61,4 мас.%, приводил к появлению не сплавленных участков и к повышению температуры плавления смеси.
При введении в состав смеси медного порошка менее 51,4 мас.% ухудшаются электротехнические свойства наплавленного слоя (электрическое сопротивление) и повышается температура плавления, т.к. расплав этого состава значительно отличается от эвтектического.
Оптимальным составом смеси является состав: медный порошок 56,4%, борный ангидрид 43,6%. Размер частиц смеси принят в пределах 0,15-0,25 мм. При уменьшении дисперсности 0,15 мм требуются значительные энергозатраты, при этом дальнейшее измельчение не влияет на качество наплавленного слоя. Увеличение размера частиц свыше 0,25 мм увеличивает время наплавки на 10%.
Для проведения опробования смеси для наплавки меди на сталь были приготовлены несколько составов и наплавка осуществлялась по следующей методике.
Для наплавки меди на сталь изготавливались образцы из стали 3 размером 100×40×5, из меди 40×40×4,5 мм.
Борный ангидрид (обезвоженный) измельчали в ступе и просеивали через сито с ячейками 0,25х0,25 и 0,5х0,5 в отдельные металлические короба. Таким же образом подготовили и медный порошок. Борный ангидрид и порошок меди смешивали в определенных пропорциях, которые приведены в таблицах 1 и 2.
| Таблица 1 | |||
| № п/п | Химический состав, мас.% | Температура плавления, С° | |
| Порошок меди | Борный ангидрид | ||
| 1 | 51,4 | 48.0 | 1030 |
| 2 | 50.4 | 43.0 | 1015 |
| 3 | 61,4 | 38,6 | 1045 |
| 4 | 40.0 | 53,6 | 1085 |
| 5 | 00.4 | 55.0 | 1075 |
Фракция зерен максимальная -0,25 мм
| Таблица 2 | |||
| № п/п | Химический состав | Температура плавления, С° | |
| Порошок меди | Борный ангидрид | ||
| 1 | 51,4 | 48.0 | 1035 |
| 2 | 50.4 | 45.0 | 1015 |
| 3 | 61,4 | 58.0 | 1040 |
| 4 | 40.4 | 53.0 | 1085 |
| 5 | 00.4 | 33.0 | 1070 |
| Фракция зерен 0,3 мм |
Температуру плавления ингредиентов определяли согласно методике, изложенной в SU № 1603268 «Способ определения температуры плавления порошковой смеси». Нагревали тигль с образцом и определяли температуру плавления по изменению температурной кривой, при этом исследуемую смесь насыпали слоем одинаковой толщины на горизонтальную подложку с размещенным на ней термодатчиком и производили неравномерный по длине подложки нагрев смеси до появления направленного фронта плавления, проходящего через термодатчик.
Для проведения экспериментов использовался генератор марки ВЧГ -7-60/0,44, щелевой индуктор и специальное устройство для удержания наплавляемой пластинки.
Режимы наплавки: анодное напряжение составляло 7 кВ и время наплавки 30-52 с.
Было наплавлено десять партий по 3 штуки в каждой. Анализ полученных результатов позволил установить, что наиболее оптимальный состав ингредиентов получен при следующих соотношениях компонентов: медного порошка 51,4-61,4 и борного ангидрида 38,6-48,6 (см. табл.).
При увеличении фракции от 0,25 до 0,3 мм увеличивается время наплавки на 1-2 с.
Качество смеси оценивали по результатам исследований наплавленного соединения медь-сталь. Шлифы исследовались на микроскопе МИМ 7 при увеличении ×100.
Наплавка цветных металлов и сплавов
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.
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.
Читайте также: