Наплавка поверхностей трения деталей

Наплавка, применяемая при ремонте и в основном производстве, помимо восстановления изношенных поверхностей служит для повышения стойкости деталей и инструмента к абразивному изнашиванию, электрохимической коррозии, эрозии, кавитационному разрушению, окалинообразованию. Наплавка как процесс отличается большой гибкостью: непосредственно на рабочей поверхности изделию можно получить сплав с различным сочетанием свойств. Наплавка позволяет заменить в изделии высоколегированную сталь углеродистой или низколегированной сталями. Наплавка цветных металлов позволяет уменьшить их расход.

При наплавке происходит сплавление наносимого слоя с основным металлом, что обеспечивает хорошее их сцепление. Наименьшая толщина наплавленного металла при соответствующих способах наплавки может быть порядка 0,25 мм, верх­ний же предел технологически не ограничен. Производительность процесса высокая, возможность многократного восстановления изношенных деталей позволяет уменьшить расход металла на запасные части.

О высокой технико-экономической эффективности наплавки свидетельствует следующий пример. Длительное время проблема стойкости валков непрерывного трубопрокатного стана оставалась нерешенной. Использование легированных сталей для изготовления валков не дало существенного эффекта. В основном применяли кованые валки из стали 55. Для замены валков стан еженедельно 5—6 раз останавливался с простоями до 3 ч. Через 13—15 переточек валка дальнейшая его эксплуатация оказывалась невозможной. Средний годовой расход валков на стан составлял 300 шт. После введения наплавки по калибру валка средняя продолжительность работы стана повысилась в 4 раза, расход валков снизился в 23,7 раза, а производительность стана в результате сокращения простоев увеличилась примерно на 10%.

Необходимо регулировать долю основного металла в металле наплавки. Эта регулировка нужна для того, чтобы при наплавке высоколегированных металлов не происходило разбавления наплавленного слоя компонентами из основного металла, ухудшающими свойства слоя. Многослойная наплавка умень­шает влияние состава основного металла.

Правильный выбор термических условий наплавки (температура до, во время и после наплавки) должен предупредить образование трещин в наплавленном металле и в зоне термического влияния и обеспечить определенную структуру в слое. Для предупреждения горячих трещин применяют предварительный подогрев. Его температура должна быть тем выше, чем больше склонность наплавленного металла к образованию трещин. Предварительный подогрев не требуется при наплавке на детали малых размеров.

Во время наплавки необходимо поддерживать температуру предварительного подогрева. При многоэлектродной наплавке и наплавке лентой приток теплоты в большинстве случаев достаточен и надобность в подогреве отпадает [15].

От скорости охлаждения зависит структура наплавленного металла, возможность образования холодных трещин и степень трудности последующей механической его обработки. В большинстве случаев скорость охлаждения должна быть 10—30°С/с. Крупногабаритные изделия по окончании наплавки необходимо подогревать для выравнивания температуры, после чего медленно охлаждать.

Слой наплавки низкоуглеродистой стали имеет невысокую твердость; ее можно повысить цементацией. Среднеуглеродистую сталь в наплавленном слое можно подвергнуть поверхностной закалке. Эти стали применяют для восстановления размеров шпинделей, валов и осей.

.„ Предварительный подогрев деталей перед наплавкой и медленное их охлаждение после наплавки усложняют наплавочные работы. Для упрощения технологии более целесообразно производить легирование наплавленного металла малым количеством хрома, марганца и кремния.

Отбеленный чугун, получаемый при механизированной наплавке чугунной лентой под флюсом, отличается хорошей стойкостью в абразивной среде.

Для износостойких сплавов важна твердость. Высокой твердостью обладают карбиды. Чем больше карбидов в покрытии, тем оно тверже. Наибольшую износостойкость имеют железные сплавы, легированные марганцем, хромом, вольфрамом, титаном и другими металлами, карбиды которых находятся в структуре в виде твердых включений. Карбиды железа при высоких температурах сравнительно легко распадаются, переходя в раствор.

Покрытие из одних карбидов было бы чрезмерно хрупким. Нужна связующая основа, которая, обладая надлежащими прочностью и вязкостью, препятствовала бы выкрашиванию карбидов при работе наплавленного слоя.

Прочность и вязкость основы (феррита) может быть повышена соответствующим легированием никелем, марганцем, бором (до 0,4%) и другими присадками.

Выбор наплавляемого металла зависит от вида изнашивания поверхности и условий работы детали. В отдельных случаях требуется изыскание оптимального состава и структуры. Толщина наплавленного слоя определяется: для деталей, работающих на трение скольжения, —припуском на износ; для деталей, работающих при трении качения, — отсутствием напряжений в основе, вызывающих пластическую деформацию; для деталей, испытывающих действие переменных температур,— минимумом температурных колебаний на границе слоя с основой. В других случаях толщина наплавки определяется конструкцией.

Наплавленный металл вследствие возможного наличия в нем газовых пор, шлаковых включений, трещин и непроваров имеет более низкий предел выносливости, чем основной или ко­ваный металл того же химического состава и структуры. Со­противление усталости в зависимости от режима наплавки мо­жет снизиться до 25%. Упрочнение накатыванием действует благоприятно, но даже при оптимальных режимах наплавки не повышает предел выносливости до исходного.

Снижение сопротивления усталости следует учитывать при наплавке деталей, работающих при значительных переменных напряжениях.