Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Выбор наплавочных материалов и режимов наплавки для восстановления коленчатых валов тракторных двигателей. Структура металла слоев, наплавленных различными композициями.

Для наплавки коленчатых валов используют износостойкие наплавочные металлы, отличающиеся по составу и структуре от основного металла. Для уменьшения деформаций и предупреждения трещин следует стремиться к тому, чтобы зона перемешивания была минимальной и достаточно прочной, но с пластичной структурой, способной в процессе работы упрочняться и повышать сопротивление усталости. В большинстве случаев при восстановлении деталей более рационально наплавлять на изношенные поверхности твердые порошковые сплавы, обладающие высокой износостойкостью. Однако эти сплавы не обеспечивают в зоне сплавления достаточной прочности из-за образования хрупких прослоек. Поэтому в практике часто идут на усложнение технологии и наплавляют вначале подслой из более пластичного наплавочного материала из низкоуглеродистой стали (Св-08А, Св-08Г2, Св-08Г2С и др.), а затем износостойкий материал, который требуется на поверхности восстанавливаемой детали [33]. Назначение подслоя- уменьшить переход углерода из основного металла в наплавляемый, не допустить образования хрупких кристаллизационных трещин, т. е. обеспечить надежные свойства в зоне сплавления требуемого наплавочного металла с основным. Поэтому при решении вопроса повышения сопротивления усталости нередко целесообразно отдать предпочтение наплавочному металлу с меньшим пределом прочности, менее износостойкому, но более пластичному.

Для выбора наплавочного металла, обладающего наиболее высоким сопротивлением усталости, исследовали различные композиции, состоящие из порошковых твердых сплавов на основе железа ПГ-С27 и никеля (ПГ-СР3, ПГ-СР4) и из электродных проволок (Нп-30ХГСА, Св-04Х19Н9, Св-08МХ, Св-08Г2С), наиболее широко применяемых при наплавочных процессах (табл.22).

Таблица 22. Состав наплавочных сплавов, %

Выбор высоколегированных порошковых твердых сплавов объясняется не только их высокой износостойкостью, но и особыми свойствами, характерными для дисперсных частиц. По сравнению с монолитными проволоками их температура плавления ниже, они имеют более высокую удельную поверхность, их добавление к проволокам значительно увеличивает химическую активность протекания реакций в сварочной ванне, что способствует снижению ее температуры. Использование для наплавленного металла требуемого состава приведенных марок порошков и проволок позволяет составить множество композиций «порошок - проволока».

Выбор низкоуглеродистых электродных проволок обусловлен уменьшением содержания углерода в наплавленных слоях. В результате смешения порошка с проволоками в различных соотношениях получают наплавочные слои из хромоникелевых сплавов, структуру которых можно определить с помощью диаграммы Шеффлера. Последующая оценка по этой диаграмме структур слоев, наплавленных приведенными сплавами, позволила установить их характер в зависимости от состава композиции (см. табл. 23).

Содержание элементов в металле шва можно предварительно определить расчетным путем [16, 40], исходя из доли участия основного и наплавленного металлов и их исходного состава. Структуры, полученные в результате металлографических исследований* (табл. 23), сходны со структурами, определенными с помощью диаграммы Шеффлера.

Таблица 23. Структура металла слоев, наплавленных различными композициями *

* Исследования выполнены инж. К. Ильясовым под руководством автора.

Современные дуговые способы наплавки не пригодны для одновременной подачи в сварочную ванну порошка и проволоки. Они также исчерпали свои возможности в отношении получения наплавленных слоев с минимальной глубиной проплавления и расширения пределов легирования. Анализ приведенных факторов, оказывающих влияние на сопротивление усталости, показывает, что для ее повышения при восстановлении изношенных коленчатых валов - деталей сложной конфигурации - следует создавать такие металлургические и термические условия протекания процесса наплавки, которые позволили бы получить благоприятные структуры в околошовной зоне основного металла, в наплавленном металле и зоне сплавления. Однако получение оптимальной структуры для соответствующей зоны представляет значительные трудности и зависит от того, насколько выбранный способ наплавки обеспечивает одновременное регулирование состава наплавленного металла и термического цикла наплавки. Чем шире диапазон регулирования этих взаимосвязанных факторов, тем больше возможность получения требуемых результатов.

Для выполнения поставленных требований применительно к восстановлению тракторных коленчатых валов использована схема комбинированного способа плазменной наплавки, описанного в гл. 3, и разработан малогабаритный плазмотрон. Предлагаемая схема открывает широкие возможности выбора оптимальных композиций наплавленных слоев и оптимальных режимов наплавки, направленных на повышение сопротивления усталости коленчатых валов.

Восстановление коленчатых валов плазменной наплавкой сдерживалось отсутствием малогабаритного, надежно работающего плазмотрона, создание которого затруднялось из-за размеров шеек. В разработанной конструкции плазмотрона (см. рис. 17, б) шириной 24 мм (в нижней части 17 мм) предусмотрена газопорошковая защита, обеспечивающая наплавку слоев высокого качества. Для наплавки галтелей разработан поворотный механизм, позволяющий поддерживать в процессе наплавки постоянное расстояние между плазмотроном и деталью.

Повышение сопротивления усталости шеек коленчатых валов зависит от характера, величины и распределения остаточных напряжений, возникающих в наплавленном слое и з. т. в. Известно, что сжимающие напряжения увеличивают сопротивление усталости, растягивающие - снижают. Образование остаточных сжимающих напряжений на поверхности наплавленных шеек связано с получением структуры мартенсита. Сплавы, легированные никелем, даже при медленном охлаждении, например, на воздухе, образуют низкоуглеродистый мартенсит и предупреждают перлитное превращение. Мартенсит по сравнению с другими структурами обладает наибольшим объемом, поэтому при его образовании в процессе закалки поверхностный слой будет стремиться расшириться, а холодная сердцевина, препятствуя этому, способствует возникновению напряжений сжатия в поверхностном слое. Таким образом, аустенитно-мартенситное превращение, сопровождаемое увеличением объема, является основным источником образования внутренних напряжений.

С целью регулирования напряжений, предупреждения закалочных структур и, в конечном счете, выбора оптимального режима наплавки проведены экспериментально-теоретические исследования по оценке воздействия сжатой дуги на термический цикл наплавленного слоя и з. т. в. При экспериментальных исследованиях определяли влияние на термический цикл различных параметров: амплитуды колебаний, шага, скорости. Силу тока выбирали из условия максимально допустимого, при котором плазмотрон работает стабильно (190-220 А). Напряжение изменялось в небольших пределах (30-35 В). Шаг наплавки принят равным половине ширины наплавленного слоя. Скорость ограничена силой тока, и ее выбирали из условия получения максимальной производительности процесса при качественном формировании слоев. Амплитуда колебаний изменялась от 4 до 16 мм.

Изменение температуры на поверхности фиксировалось тугоплавкой вольфрам-рениевой термопарой, способной работать продолжительное время при температуре выше 1600°С. Термопару погружали в хвостовую часть ванны. Для определения температур в других точках вала использовали термопары хромель-алюмель. Температура на поверхности ванны достигает 1490°С.