|
|
 |
 |
 |
Наплавочные материалы |
|
 |
Наплавочные материалы для механизированных способов дуговой наплавки
И.А.Рябцев, канд. техн. наук, Ю.М.Кусков, д-р техн. наук, Я.П.Черняк канд. техн. наук, Институт электросварки им.Е.О.Патона
В Институте электросварки им. Е. О. Патона традиционно основное внимание уделялось разработке электродных материалов для механизированных способов дуговой наплавки: порошковой и сплошной проволоке; порошковым, спеченным и холоднокатаными лентам. В настоящее время в институте разработано более 100 наименований электродных материалов на основе железа для этих способов наплавки. Их можно классифицировать по химическому составу, назначению, структуре и т. д.
Наиболее удобная классификация по химическому составу, предложенная Международным институтом сварки. По этой классификации наплавочные материалы на основе железа могут быть разбиты на девять групп (табл. 1).
Таблица 1. Классификация, химический состав и твердость наплавленного металла на основе железа.
Тип наплавленного металла |
Массовая доля элементов, % |
| C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
W |
V |
Mo |
Про- чие |
Нелегированные и низколегированные стали |
≤0,4 |
0,5- 3,0 |
≤1,0 |
≤3,0 |
≤3,0 |
- |
- |
≤1,0 |
- |
Нелегированные и низколегированные стали |
≥0,4 |
0,5- 3,0 |
≤1,0 |
≤3,0 |
≤3,0 |
- |
- |
≤1,0 |
- |
Хромовольфрамовые, хромомолибденовые теплостойкие стали |
0,2- 0,5 |
≤2,0 |
≤1,0 |
1,0- 5,0 |
≤5,0 |
1,0- 10,0 |
0,2- 1,5 |
≤4,0 |
- |
Вольфрамовые, вольфраммолибденовые быстрорежущие стали |
0,6- 1,5 |
≤0,5 |
≤0,4 |
4,0- 6,0 |
- |
1,5- 18,0 |
≤3,0 |
≤10 |
Со≤ 15 |
| Низкоуглеродистые хромистые стали |
≤0,2 |
≤0,8 |
≤2,0 |
12- 30 |
≤5,0 |
- |
- |
≤2,0 |
- |
Хромистые стали с повышенным содержанием углерода |
0,2- 2,0 |
0,3- 1,5 |
≤3,0 |
5,0- 18,0 |
≤5,0 |
≤1,5 |
- |
≤2,0 |
- |
| Высокомарганцевые аустенитные стали |
0,5- 1,2 |
11-18 |
≤4,0 |
≤5,0 |
≤4,0 |
- |
- |
≤1,0 |
- |
Хромоникелевые, хромоникель- марганцевые аустенитные стали |
≤0,3 |
1,0- 8,0 |
≤5,0 |
12- 20 |
8,0- 25,0 |
- |
- |
≤5,0 |
Nb≤1,5 Ti≤ 1,0 |
| Высокохромистые специальные чугуны |
2,0- 5,0 |
0,5- 0,8 |
≤5,0 |
18- 35 |
≤4,0 |
≤5,0 |
≤10 |
≤8,0 |
Nb≤ 1,5; Ti≤ 1,0 B≤ 3,0; Co≤ 5,0 |
Первые две группы материалов применяют для восстановления валов, осей, корпусных деталей и т.д. из нелегированных или низколегированных сталей. Хромовольфрамовые, хромомолибденовые теплостойкие стали используют для наплавки валков горячей прокатки, ножей горячей резки, прессового и штампового инструмента и других деталей, работающих в контакте с горячим металлом. Вольфрамовые, вольфраммолибденовые быстрорежущие стали предназначены для наплавки металлорежущего инструмента. Низкоуглеродистые хромистые нержавеющие стали рекомендуют для восстановления и упрочнения роликов МНЛЗ, плунжеров гидропрессов и других деталей, работающих при трении металла по металлу. Хромистые стали с повышенным содержанием углерода, легированные вольфрамом, ванадием, молибденом и другими элементами, имеют высокую стойкость против абразивного изнашивания. Высокомарганцевые аустенитные стали рекомендуют для наплавки деталей, подвергающихся абразивному изнашиванию в сочетании с сильными ударами, и применяют для восстановления крестовин стрелочных переводов, деталей дробильно-размольного оборудования, а также для исправления дефектов литья из стали Г13Л. Хромоникелевые и хромоникельмарганцевые нержавеющие аустенитные стали в зависимости от легирования обладают высокой стойкостью в различных коррозионных средах. Для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного, гидро- и газоабразивного изнашивания и испытывающих удары различной интенсивности, рекомендуют материалы типа высокохромистых чугунов. Каждому типу наплавленного металла может соответствовать несколько конкретных составов наплавочных материалов в виде покрытых электродов, проволоки и лент. Основными электродными материалами для механизированной наплавки являются проволока сплошного сечения и порошковые, холоднокатаные ленты, порошковые и спеченные.
Проволока сплошного сечения. Нормативной и технической документацией предусмотрено производство стальной наплавочной проволоки сплошного сечения диаметром 0,3-6,0 мм (в подавляющем большинстве случаев используется проволока диаметром 2,0-4,0 мм), а также катанки диаметром 6,5 и 8,0 мм. Химический состав, твердость наплавленного металла и назначение наиболее применяемой наплавочной проволоки сплошного сечения приведены в табл.2. Кроме того, для наплавки используют стальную сварочную проволоку сплошного сечения (табл. З). Вся приведенная в табл.2 и 3 проволока предназначена для наплавки под флюсом или в среде защитных газов.
Таблица 2. Химический состав и назначение стальной наплавочной проволоки сплошного сечения.
| Марка |
Массовая доля элементов, % |
Твер- дость |
Типичные объекты наплавки |
| C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Прочие |
| Нп-35 |
0,32- 0,40 |
0,5- 0,8 |
0,2- 0,4 |
≤0,25 |
≤0,3 |
- |
160-220 НВ |
Оси, валы |
| Нп-45 |
0,42- 0,50 |
0,5- 0,8 |
0,2- 0,4 |
≤0,25 |
≤0,3 |
- |
160-220 НВ |
| Нп-65Г |
0,6- 0,7 |
0,7- 1,0 |
0,2- 0,4 |
≤0,3 |
≤0,3 |
- |
230-310 НВ |
Крановые колеса, опорные ролики |
| Нп-30ХГСА |
0,27- 0,35 |
0,8- 1,1 |
0,9- 1,2 |
0,8- 1,1 |
≤0,4 |
- |
220-300 НВ |
Крановые колеса, обжимные прокатные валки |
| Нп-30Х5 |
0,27- 0,35 |
0,4- 0,7 |
0,2- 0,5 |
4,0- 6,0 |
≤0,4 |
- |
37-42 HRC |
Валки сортопрокатных станов |
| Нп-40Х2Г2М |
0,35- 0,45 |
1,8- 2,3 |
0,4- 0,7 |
1,8- 2,3 |
≤0,4 |
0,8-1,2 Мо |
54-56 HRC |
Коленвалы |
| Нп-5ХНМ |
0,5- 0,6 |
0,5- 0,8 |
0,4- 0,7 |
1,8- 2,3 |
≤0,4 |
0,15 -0,3 Мо |
40-50 HRC |
Штампы горячей штамповки |
| Нп-50Х6ФМС |
0,45- 0,55 |
0,3- 0,6 |
0,8- 1,2 |
1,8- 2,3 |
≤0,4 |
0,35- 0,55 V 1,2-1,6 Мо |
42-48 HRC |
Штампы, валки прокатных станов |
| Нп-30Х13 |
0,25- 0,35 |
≤0,8 |
≤0,8 |
12,0- 14,0 |
≤0,6 |
- |
32-38 HRC |
Плунжеры гидропрессов |
| Нп-40Х13 |
0,35- 0,45 |
≤0,8 |
≤0,8 |
12,0- 14,0 |
≤0,6 |
- |
45-52 HRC |
Различные ножи, штампы |
| Нп-45Х4В3Ф |
0,4- 0,5 |
0,8- 1,2 |
0,7- 1,0 |
3,6- 4,6 |
≤0,6 |
0,1-0,2 W 0,3- 0,5 V |
38-45 HRC |
Штампы, валки сорто- и листопрокатных станов |
| Нп-65Х3В10Ф |
0,55- 0,65 |
1.3- 1.8 |
0,4- 0,7 |
2,6- 3,6 |
≤0,4 |
9,0-10,5 W 0,3- 0,5 V |
42-50 HRC |
Валки сорто- и листопрокатных станов |
Таблица 3. Химический состав и назначение стальной сварочной проволоки сплошного сечения.
| Марка |
|
Твер- дость |
Типичные объекты наплавки |
| C |
Mn |
Si |
Cr |
Прочие |
| Св-08 |
≤0,1 |
0,35-0,60 |
≤0,03 |
≤0,15 |
- |
120-160 НВ |
Оси, валы |
| Св-10Г2 |
≤0,12 |
1,5-1,9 |
≤0,03 |
≤0,2 |
- |
180-210 НВ |
| Св-08ГС |
≤0,1 |
1,4-1,7 |
0,60-0,85 |
≤0,2 |
- |
180-200 НВ |
| Св-12ГС |
≤0,14 |
0,8-1,1 |
0,60-0,90 |
≤0,2 |
- |
190-220 НВ |
| Св-08Г2С |
0,05-0,11 |
1,8-2,1 |
0,70-0,95 |
≤0,2 |
- |
180-210 НВ |
| Св-18ХГС |
0,15-0,22 |
0,8-1,1 |
0,90-1,20 |
0,8-1,1 |
- |
240-300 НВ |
| Св-20Х13 |
0,16-0,24 |
≤0,3 |
≤0,3 |
12-14 |
- |
42-48 HRC |
Ролики МНЛЗ, плунжеры |
| Св-10Х17Т |
≤0,12 |
≤0,8 |
≤0,7 |
16-18 |
0,2-0,5 Ti |
30-38 HRC |
Запорная арматура |
Порошковая проволока. Сравнительно просто задача производства высоколегированных электродных материалов для механизированной наплавки решается с помощью порошковой проволоки, которая состоит из оболочки из мягкой ленты (стальной, никелевой и т.д.) и сердечника из порошков легирующих элементов (ферросплавов, чистых металлов, карбидов, боридов и т.д.). В сердечник порошковой проволоки вводиться также газо- и шлакообразующие вещества, раскислители и элементы, обладающие большим химическим сродством к азоту. В этом случае наплавку можно вести без флюса и защитных газов (такую проволоку называют самозащитной). В промышленности применяют три типа порошковой проволоки: для наплавки под флюсом, в среде защитных газов, и открытой дугой на воздухе. По сравнению с проволокой сплошного сечения порошковая проволока обеспечивает более высокую производительность наплавки и большие возможности для легирования наплавленного металла.
Коэффициент заполнения (отношение массы порошка-наполнителя к массе проволоки, выраженное в процентах) наплавочной порошковой проволоки обычно не превышает 45 %, что в некоторой степени ограничивает возможность получения с помощью этих материалов некоторых типов высоколегированного наплавленного металла. Чаще всего используют порошковую проволоку диаметром 3,6 мм (для наплавки под флюсом) и 1,6-3,0 мм (для наплавки открытой дугой). Для наплавки под флюсом крупногабаритных деталей применяют проволоку большого диаметра - 5,0-6,0 мм.
Производят порошковую проволоку методом волочения или прокатки. Первый метод предусматривает волочение трубки-заготовки, свернутой в профилегибочном устройстве, оборудованном дозатором шихты. На промышленных станах для производства порошковой проволоки волочение выполняют на многократных волочильных станах, установленных в одну линию с профилегибочным устройством. Волочение позволяет получить проволоку нужного диаметра и уплотнить шихту сердечника.
Порошковую проволоку производят также методом прокатки цельных трубок, заполненных шихтой. Достаточно длинные заготовки-трубки заполняют шихтой на специальных вибростендах. Методом прокатки можно получить порошковую проволоку малого диаметра, кроме того, в этом случае нет необходимости в применении специальных мыльных волочильных смазок.
В табл. 4 приведены области применения и назначения наиболее распространенной порошковой проволоки, разработанной в Институте электросварки им. Е. О. Патона применяемой в различных отраслях промышленности.
Таблица 4. Области применения порошковой проволоки
| Марка |
Твер- дость HRC |
Назначение |
| ПП-Нп-14ГСТ |
240-260 НВ |
Наплавка открытой дугой посадочных мест валов, корпусов, деталей ж/д транспорта и т.п. |
| ПП-Нп-19ГСТ |
260-300 НВ |
| ПП-АН194 |
250-320 НВ |
Наплавка открытой дугой и под флюсом деталей, работающих в условиях трения качения и скольжения металла по металлу |
| ПП-Нп-Т3ГМ |
160-200 НВ |
Наплавка без подогрева подслоя на детали из высокоуглеродистых сталей |
| ПП-Нп-200Х12ВФ (ПП-АН140) |
40-44 |
Наплавка под флюсом ножей холодной резки металлов, рабочих элементов смесителей, роликов рольгангов, тормозных шкивов |
| ПП-Нп-25Х5МСГФ |
42-53 |
Наплавка под флюсом валков чистовых клетей сорто- и трубопрокатных станов |
| ПП-Нп-35В9Х3СГФ |
43-54 |
Наплавка под флюсом стальных валков для горячей прокатки, ножей горячей резки, тормозных шкивов, роликов моталок и т.п. |
| ПП-АН-132 |
48-52 |
Наплавка под флюсом стальных валков для горячей прокатки, прессового и штампового инструмента и т.п. |
| ПП-АН147 |
44-54 |
Наплавка под флюсом стальных валков чистовых клетей сорто- и трубопрокатных станов, валковой арматуры и т.п. |
| ПП-АН130 |
46-52 |
Наплавка открытой дугой ножей горячей резки металла, прессового и штампового инструмента и т.п. |
| ПП-АН140 |
57-60 |
Наплавка открытой дугой обрезных и вырубных штампов холодной штамповки |
| ПП-АН148 |
58-61 |
Аргонодуговая или микроплазменная наплавка штампов холодной и горячей штамповки |
| ПП-АН158 |
42-48 |
Наплавка под флюсом плунжеров мощных гидропрессов |
| ПП-АН159 |
38-42 |
Наплавка под флюсом роликов машин непрерывной разливки стали (преимущественно горизонтальных участков) |
| ПП-АН165 |
38-53 |
Наплавка под флюсом деталей, работающих при больших удельных давлениях в условиях атмосферной коррозии (катки и плиты опорных частей мостов) |
| ПП-АН166 |
Не регла-менти-руется |
Наплавка под флюсом деталей, работающих при больших удельных давлениях в условиях атмосферной коррозии (катки и плиты опорных частей мостов) |
| ПП-АН147 |
38-44 |
Наплавка под флюсом роликов машин непрерывной разливки стали (преимущественно радиусных участков) |
| ПП-АН105 |
160-240 НВ |
Наплавка открытой дугой железнодорожных крестовин, деталей дробильно-размольного оборудования, исправления дефектов литья из стали Г13Л |
| ПП-АН204 |
48-55 |
Однослойная антикоррозионная наплавка штоков гидроцилиндров |
| ПП-АН192 |
56-60 |
Наплавка открытой дугой рабочих органов почвообрабатывающих и дорожных машин и др. деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания |
| ПП-АН202 |
Не регла-менти-руется |
Наплавка деталей из высокоуглеродистых сталей без подогрева |
Холоднокатаные, порошковые и специальные ленты. Наплавка электродной лентой имеет ряд преимуществ перед наплавкой электродной проволокой, основными из которых являются высокая производительность процесса, малая глубина проплавления основного металла, большая ширина наплавленного металла. Малая глубина проплавления при наплавке лентами объясняется относительно небольшим давлением дуги на поверхность ванны вследствие невысокой средней плотности тока. При наплавке под флюсом лентой малой толщины обеспечивается устойчивый процесс при плотности тока 10-15 А/мм2, что значительно меньше, чем при наплавке проволокой. Вместе с тем наплавке лентой присущ серьезный недостаток - этот процесс нельзя применять при наплавке малогабаритных деталей и деталей со сложной поверхностью.
Холоднокатаную стальную ленту, используемую для наплавки под флюсом, изготавливают из стандартных сталей конструкционных, инструментальных и пружинных (табл.5). Как правило, толщина применяемой для наплавки ленты составляет 0,4-1,0 мм, ширина 20-80 мм. При большей ширине ленты требуется принимать меры против отрицательного влияния магнитного дутья дуги на формирование наплавленного металла.
Таблица 5. Химический состав и назначение стальной холоднокатаной ленты для дуговой наплавки под флюсом
Марка ленты |
Массовая доля элементов, % |
Типичные области наплавки |
| C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Прочие |
| 50Г |
0,45- 0,56 |
0,7- 1,0 |
0,17- 0,37 |
0,3 |
0,3 |
- |
Ролики, оси, валы |
| 25Х5ФМС |
0,2- 0,3 |
0,5- 1,0 |
0,6- 1,2 |
4,8- 5,7 |
- |
0,2-0,6 V |
Прокатные валки, ролики рольгангов |
| Св-2Х13 |
0,16- 0,25 |
0,8 |
0,8 |
12,0- 14,0 |
- |
- |
Плунжеры гидропрессов |
| Св-04Х19Н11М3 |
0,06 |
1,0- 2,8 |
0,06 |
18,0- 20,0 |
10,0- 12,0 |
2,0-3,0 Mo |
Корпусные детали реакторов, нефтехимического оборудования |
| Св-03Х22Н11Б |
0,03 |
1,5- 2,0 |
0,2- 0,4 |
21,7- 23,5 |
10,3- 11,3 |
0,95- 1,2 Nb |
| Св-07Х25Н13 |
0,09 |
1,0- 2,0 |
0,5- 1,0 |
23,0- 26,0 |
12,0- 14,0 |
- |
Ввиду того, что холоднокатаные ленты могут быть изготовлены только из пластичных деформируемых сплавов со сравнительно небольшим содержанием углерода, они не в полной мере удовлетворяют разнообразным требованиям, предъявляемым к наплавке. Большие возможности порошковые и спеченные ленты.
Порошковые ленты изготавливают на специальных станах, снабженных дозирующими устройствами и роликами для формирования, завальцовки ленты-оболочки и уплотнения шихты сформированной порошковой ленты. Процесс волочения при производстве порошковой ленты отсутствует. Порошковые ленты для наплавки имеют толщину 3-4 мм и ширину 14-30 мм. Коэффициент заполнения порошковых лент достигает 70%, т. е. с их помощью можно получить наплавленный металл с более высокой степенью легирования, чем при наплавке порошковой проволокой. Характерной особенностью большинства порошковых лент является их универсальность - они предназначены как для наплавки под флюсом, так и для наплавки открытой дутой, В табл. 6 приведены химический состав и назначение порошковых лент, разработанных в ИЭС и применяемых для восстановления и упрочнения деталей и узлов металлургического оборудования.
Таблица 6. Химический состав и назначение порошковой ленты
| Марка |
Массовая доля элементов, % |
Твер- дость, HRC |
Типичные объекты наплавки |
| C |
Mn |
Si |
Cr |
Ti |
Прочие |
| ПЛ-Нп-10Г2СТ |
0,1 |
2,0 |
1,0 |
- |
0,2 |
- |
20-26 |
Оси, валы |
| ПЛ-Нп-20Х2Г2СТ |
0,2 |
2,0 |
1,0 |
2,0 |
0,7 |
0,4 Mo |
38-45 |
Оси, валы, ролики |
| ПЛ-Нп-300Х25С3Н2Г2 |
3,0 |
2,0 |
3,0 |
25,0 |
- |
2,0 Ni |
50-56 |
Била, зубья ковшей экскаваторов |
| ПЛ-Нп-400Х38Г3РСТЮ |
3,0 |
3,0 |
1,0 |
38,0 |
0,3 |
0,2 Al; 0,9 B |
50-54 |
| ПЛ-Нп-120Х22Р3Г2С |
1,2 |
2,0 |
1,0 |
22,0 |
1,0 |
3,0 B |
54-60 |
| ПЛ-Нп-450Х20Б7М6В2 |
4,5 |
- |
2,0 |
20,0 |
- |
2,0 W; 7,0 Nb 6,0 Mo |
55-62 |
| ПЛ-Нп-500Х40Н40С2Р |
5,0 |
1,0 |
2,0 |
40,0 |
- |
40,0 Ni; 0,2 B |
50-56 |
Конусы и чаши доменных печей |
| ПЛ-Нп-550Х44Н34ГСР |
5,5 |
0,8 |
0,8 |
44,0 |
- |
34 Ni; 0,3 B |
54-62 |
| ПЛ-Нп-12Х16Н8М6С5Г4Б |
0,12 |
4,0 |
5,0 |
16,0 |
- |
8,0 Ni; 6,0Mo 1,0 Nb |
38-50 |
Арматура для энергетики и нефтехимической промышленности |
| ПЛ-Нп-12Х18Н9С5Г2Т |
0,12 |
2,0 |
5,0 |
18,0 |
0,2 |
9,0 Ni |
27-34 |
Спеченные ленты (табл. 7) на железной основе изготавливают холодной прокаткой и последующим спеканием в защитной атмосфере при температуре 1200-1300 0С из смеси металлических порошков, ферросплавов, графита и других материалов.
Таблица 7. Химический состав и назначение спеченной электродной ленты
| Марка |
Массовая доля элементов, % |
Твер- дость, HRC |
Типичные объекты наплавки |
| C |
Mn |
Si |
Cr |
Mo |
Прочие |
| ЛС-18ХГСА |
0,3 |
0,7 |
0,9 |
1,4 |
- |
- |
24-32 |
Оси, валы |
| ЛС-70Х3МН |
1,0 |
0,4 |
0,7 |
4,5 |
0,9 |
1,0 Ni |
54-60 |
Детали ходовой части автомобилей |
| ЛС-25Х5ФМС |
0,4 |
0,4 |
0,7 |
6,2 |
1,5 |
0,8 V |
38-44 |
Прокатные валки |
| ЛС-50Х4В3ФС |
0,7 |
0,4 |
0,5 |
5,0 |
1,5 |
0,7 V; 4,0 W |
42-46 |
| ЛС-15Х13 |
0,2 |
0,5 |
0,5 |
16,5 |
- |
- |
38-42 |
Ролики МНЛЗ |
| ЛС-12Х14Н3 |
0,2 |
1,1 |
0,5 |
16,0 |
- |
3,5 Ni |
38-42 |
| ЛС-02Х20Н11Г |
0,02 |
2,0 |
0,4 |
20,0 |
- |
11,0 Ni |
- |
Оборудование для нефтехимической промышленности |
Спеченную ленту выпускают толщиной 1,0 мм и шириной 30-100 мм. Благодаря пористости спеченная лента обладает повышенным электросопротивлением, обусловливающим усиленный нагрев вылета электрода в процессе наплавки, что обеспечивает повышение производительности наплавки на 20-30% по сравнению с производительностью наплавки холоднокатаной лентой аналогичного сечения и состава. Равномерное распределение составляющих частиц шихты по сечению спеченной ленты способствует получению более однородного по химическому составу наплавленного металла, чем при использовании порошковой ленты, а это, в свою очередь, приводит к повышению его служебных характеристик. Еще одним достоинством спеченной ленты является возможность изготовления ее из особо чистых порошков.
Контактная информация:
Черняк Ярослав Петрович
т./ф. (044)2712571, моб.(050)3872776
|
|
|