ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛА ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ МОДИФИКАТОРОВ ПРИ НАПЛАВКЕ

Трещины в наплавленном металле снижают такие параметры работоспособности, как износостойкость и усталостная прочность.

Основной причиной возникновения горячих трещин при наплавке является процесс кристаллизации металла, совпадающий по времени с его деформированием. При оценке качества металла необходимо учитывать и вероятность появления кристаллизационных трещин.

Цель настоящей работы — определение возможности повышения технологической прочности наплавленного металла за счет применения ряда модифицирующих присадок.

Качество наплавки может быть улучшено за счет модифицирования, т. е. за счет введения в жидкую ванну посторонних мелких частиц, которые при охлаждении становятся дополнительными центрами криталлизации, или добавки небольших количеств поверхностно-активных примесей, которые в процессе кристаллизации адсорбируются на границах кристаллов, препятствуя их росту.

Наиболее распространенными модификаторами при сварке и наплавке являются титан, алюминий, ванадий, бор и другие.

В последнее время в черной металлургии и сварке широкое распространение получили в качестве модификаторов редкоземельные металлы .

На основании опыта применения модификаторов при сварке в настоящей работе в качестве модифицирующих присадок была выбраны ферротитан (Ти2), алюминий, полирит и окись иттрия.

Для исследования технологической прочности наплавок нами сконструирована и смонтирована специальная установка на базе токарно-винторезного станка, принцип действия которой аналогичен принципу действия машины ЛТШ-6М , предназначенной для определения количественной оценки технологической прочности металла шва по методике МВТУ .

Форма и размеры образцов для испытаний были выбраны с учетом следующих факторов: максимального приближения металлургических и тепловых условий наплавки образцов к наплавке деталей; необходимости получения на образце температурного поля предельного состояния; надежного и простого закрепления образца в захватах установки; простоты форм образца и удобства работы.

В соответствии с этими условиями исследования проводились на образцах из стали 45 толщиной 16 мм, шириной 40 мм и длиной 100 мм (рис. 1).

Образцы представляют собой две пластины, тщательно очищенные и плотно подогнанные друг к другу.

При испытании образцов выбраны следующие режимы наплавки: сила тока 1 = 170— 180 А; напряжение тока ТТД = 26--28 А; скорость наплавки V„.= 15 м/час при постоянном токе и обратной полярности.

За критерий оценки технологической прочности принимается максимальная скорость (Амм/мин) принудительной деформации захватов установки, при которой в наплавке возникают трещины.

После наплавки испытанные образцы извлекают из захватов установки и осматривают под микроскопом при X 5 + 30. Образцы, не имеющие поверхностных трещин, разрушаются по стыку. О наличии трещин свидетельствует зона окисленной поверхности излома.

Продолжительность работы механизма растяжения равнялась 10 сек, что соответствовало времени нахождения металла шва в температурном интервале хрупкости для изучаемого сплава. Испытания проводились в пятикратной повторности для каждой скорости деформации.

Основываясь на опыте промышленного восстановления и данных, приведенных в литературе , можно заключить, что углерод является одним из основных элементов, определяющих такие важные служебные свойства сталей, как закаливаемость, износостойкость, прочность. Из анализа технических условий на изготовление автотракторных деталей видно, что большинство из них изготавливаются из стали 45 и стали 40Х и после термической обработки имеют достаточно высокие показатели работоспособности.

Следовательно, для обеспечения необходимой работоспособности наплавленных деталей из среднеуглеродистых сталей следует стремиться к сокращению содержания углерода в наплаз-

ленном металле до пределов, соответствующих классу этих сталей, с тем чтобы после соответствующей термической обработки полупить на восстановленных поверхностях необходимый комплекс служебных свойств.

Поэтому для исследований в качестве базовой наплавки был взят широко применяемый технологический вариант (флюс АН-348А, проволока Нп-80) при восстановлении ответственных автотракторных деталей.

Технологическая прочность наплавленного металла по данному варианту повышалась методом модифицирования.

Из возможных способов введения модифицирующих добавок в сварочную ванну был выбран способ введения их через флюс .

Содержание вводимых во флюс модификаторов регулировалось в пределах от 0,5 до 3—4% от веса флюса через каждые 0,5%.

Модифицирующие флюсо-смеси для лабораторных исследований приготавливались по технологии, включающей равномерное перемешивание добавок с флюсом и связкой (жидкое стекло), прокаливание при температуре 300—350° С в течение двух часов, дробление и просеивание флюса.

На первом этапе исследований основными критериями оценки влияния модификаторов были технологическая прочность и первичная структура.

Влияние изученных модификаторов на технологическую прочность наплавок представлено на рис. 2, из которого видно, что наибольшую технологическую прочность (А = 4,7 мм/мин) обеспечивает добавка во флюс двухпроцентной окиси иттрия.

Изучение первичных структур и химического состава наплавок позволяет дать следующее объяснение полученным результа-

там. При отсутствии модификаторов для наплавок по исследуемому варианту характерна столбчатая структура первичной кристаллизации (рис. За).

Введение в сварочную ванну таких модификаторов, как алюминий и полирит в изученных пределах, вызывает измельчение и частичную дезориентацию первичной структуры аналогично действию ферротитана (рис. 36), а добавка во флюс двухпроцентной окиси иттрия приводит к появлению измельченной равноосной первичной структуры (рис. Зв).

Химический состав наплавок, выполненных под модифицирующими флюсо-смесями, соответствующий экстремальным значениям показателя технологической прочности, представлен в табл. 1.

Результаты исследований показывают, что даже незначительное присутствие иттрия приводит к резкому измельчению первичной структуры металла шва и повышению его технологической прочности.

Технологическую прочность среднеуглеродистых наплавок можно повысить за счет добавки во флюс модификаторов, особенно двухпроцентной окиси иттрия от веса флюса.