Меню

Технология наплавки стали 40х

Технология наплавки металла различного состава

При рассмотрении технологии наплавки наплавленный металл разделен на типы в соответствии с проектом классификации МИС.

Нелегированные или низколегированные стали с содержанием менее 0,4% С типа А в качестве наплавленного металла используют главным образом для восстановления размеров деталей и образования подслоя при последующей наплавке износостойкими сплавами (табл. 13-6, 13-7, 13-8, 13-9). Применяют следующие способы наплавки: ручную дуговую штучными электродами, механизированную под флюсом и в защитных газах, реже — электрошлаковую. Типичные составы наплавленного металла: 15ХГ2С, 20Х2Г2М, 20ХГТ, 25ХЗГ2, 08Г, 08ГС и 15Г2С. Последние два со-

става получают при помощи стандартной сварочной проволоки в сочетании с обычными флюсами АН-348-А, АН-60 и ОСЦ-45. Основные технологические особенности наплавки те же, что и сварки близких по составу сталей.

Наплавку часто производят на основной металл с повышенным содержанием углерода (стали 45, 50, 50Х) и серы (35ЛК, ЗОЛ и т. п.). В данных случаях во избежание появления кристаллизационных трещин необходимо использовать приемы наплавки, обеспечивающие уменьшение доли основного металла (см. рис. 13-11).

На микроструктуру и твердость наплавленного металла, особенно в случаях комплексного легирования хромом, никелем и молибденом, оказывает влияние скорость охлаждения при температурах распада аустенита. Чрезмерное увеличение скорости охлаждения может привести к частичному образованию мартенсита в околошовной зоне и наплавленном слое. Это сопровождается увеличением твердости и хрупкости сплава, не говоря уже о возможности образования трещин. Наоборот, чрезмерное уменьшение скорости охлаждения, например при широкослойной наплавке, обусловливает распад значительной части аустенита при высоких температурах с образованием перлита. В результате снижаются твердость и износостойкость наплавки. При наплавке массивных деталей оптимальные свойства наплавленного слоя достигаются при предварительном подогреве до температуры 200— 250° С. При наплавке небольших деталей для подогрева достаточно теплоты дуги.

Наплавленный металл типа В (нелегированные или низколегированные стали с содержанием более 0,4% С) получают при дуговой наплавке посадочных мест различных валов, шеек коленчатых валов, а также при восстановлении и упрочнении деталей ходовой части гусеничных машин. Типичные составы наплавленного металла: 45Х5Г (табл. 13-6), 70ХЗМН (табл. 13-11), 80Х4СГ, 60Х2СМ и др. Основную трудность при наплавке металла этого типа представляет повышенная склонность наплавленного слоя к образованию кристаллизационных и холодных трещин. Предварительный подогрев до температуры 350—400° С позволяет в большинстве случаев избежать трещин. Если наплавленный металл подлежит механической обработке, то изделие отжигают, при этом твердость снижается до HRC 20—25. После механической обработки следует закалка до HRC 50—60.

Металлы 80Х4СГ и 60Х2СМ наплавляют соответственно электродами 13КН/ЛИВТ и ЭН-60М, а металлы 45Х5Г и 70ХЗМН — с использованием легирующего керамического флюса АНК-19 (проволока Св-08А) и металлокерамической ленты ЛМ-70ХЗМН.

Аустенитный высокомарганцевый металл типа С рекомендуется для наплавки деталей, испытывающих абразивный износ в сочетании с сильными ударами. Типичным представителем рассматриваемого типа является сталь ПО Г13, содержащая около 1,2% С

и 12% Мп. В зависимости от содержания углерода и марганца, а также скорости охлаждения с высоких температур наплавленный металл приобретает различную микроструктуру (рис. 13-24) и свойства.

При быстром охлаждении с температур выше примерно 950° С стали, содержащие 0,8—1,6% С и 12—20% Мп, приобретают стабильную аустенитную структуру и отличаются высокой прочностью и пластичностью. Благодаря высокой растворимости углерода в у-твердом растворе (при большом содержании марганца) карбиды отсутствуют. В таком состоянии твердость наплавленного металла невелика, всего НВ 180—220.

Примечательным свойством такого наплавленного металла является способность к упрочнению при холодной деформации благодаря появлению мартенсита по плоскостям скольжения. Твердость в деформированной зоне возрастает до НВ 550. Таким образом, указанные свойства (пластичность сердцевины и высокая твердость на рабочей поверхности) могут быть реализованы при условии получения исходной аустенитпой структуры и обязательного воздействия на рабочую поверхность ударов и давлений, способных вызвать пластическое деформирование. При отсутствии такого нагружения поверхностный слой не обладает какими-либо существенными преимуществами и изнашивается подобно обычной низкоуглеродистой стали.

Читайте также:  Окраска просечно вытяжной стали

При медленном охлаждении (см. рис. 13-24) происходит распад аустенита и выделение карбидов цементитного типа по границам зерен. Такой наплавленный металл хрупок, склонен к трещинам и отколам. Выделяются карбиды и при нагреве. Поэтому стали типа С не рекомендуются для работы при повышенных температурах, если требуется сохранить их пластичность.

Технологию наплавки сталей типа С строят с учетом рассмотренных выше особенностей. Для того чтобы избежать охрупчи-вания наплавленного слоя и околошовной зоны (при наплавке на сталь 110 Г13), процесс наплавки необходимо вести с минимальным тепловложением: малые силы тока и напряжения дуги, узкие валики, повышенная скорость наплавки, периодическое прекращение процесса и изменение места наплавки.

При соблюдении этих условий, а также при наплавке на массивные детали скорость охлаждения оказывается достаточной для получения чистоаустенитной структуры. Широкослойную наплавку, которая в данном случае создает неблагоприятный термический цикл, чаще всего применить не удается. Для наплавки используют штучные электроды и порошковую проволоку.

При наплавке открытой дугой, при прочих равных условиях, обеспечивается более быстрое охлаждение валиков, чем при наплавке под флюсом. Поэтому наибольшее распространение получила наплавка самозащитной порошковой проволокой, например ПП-АН105 (см. табл. 13-8). Наплавленный металл дополнительно легирован никелем (3—4%), при этом увеличивается устойчивость аустенита и появляется возможность увеличить критическую скорость охлаждения. Частым дефектом являются кристаллизационные трещины, которые возникают при повышенном содержании фосфора. Наплавка стали 110Г13 на углеродистые стали применяется реже из-за отколов наплавленного слоя.

Технологические особенности наплавки аустенитного хромони-келевого металла типа D во многом совпадают с особенностями сварки хромоникелевых коррозионностойких сталей (см. гл. 10). При наплавке на углеродистую сталь важно обеспечить минимальную долю основного металла и минимальное содержание углерода в наплавленном слое, если от него требуется повышенная стойкость против межкристаллитной коррозии. Поэтому значительное распространение нашла широкослойная наплавка под флюсом электродной лентой.

Металлокерамическая лента, изготовляемая из чистых по углероду порошков, позволяет достичь при многослойной наплавке минимального содержания углерода и высокой стойкости слоя против межкристаллитной коррозии. Примером такой ленты является металлокерамическая лента ЛМ-00Х21Н9Г (см. табл. 13-11), применяемая для наплавки под пемзовидным флюсом АН-26 фланцев, патрубков и сосудов химической и нефтехимической аппаратуры, а также энергетических устройств.

Наплавленный металл типа Е — хромистые стали — в зависимости от содержания углерода и хрома имеет ферритную, полу-ферритную и аустенитно-мартенситную микроструктуру. При содержании более 1,0% С и более 10% Сг в структуре появляется карбидная эвтектика (ледебурит). По своей структуре и свойствам такие стали приближаются к доэвтектическим высокохромистым чугунам.

Коррозионностойкие хромистые стали применяют для наплавки деталей общепромышленной газовой и нефтяной трубопроводной арматуры, работающей при температурах до 400—450° С, плунжеров прессов и некоторых видов штампов, а также для наплавки камер проточного тракта гидротурбин. Для наплавки трубопроводной арматуры используют порошковую проволоку с внутренней защитой ПП-АН106, а для наплавки камер гидротурбин — порошковую проволоку ПП-АН138 (см. табл. 13-8 и 13-9).

Во избежание образования пор наплавку необходимо выполнять при напряжении дуги не более 24—26 В. Обрезные штампы, а также уплотнительные поверхности арматуры наплавляют электродами НЖ-2 (тип ЭН-25Х12-40). При содержании более 0,2% С наплавленный металл склонен к образованию трещин. Поэтому применяют предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 300—350° С.

Читайте также:  Устройства покрытия парапета из оцинкованной стали

Ледебуритные стали Х12М, Х12ВФ наплавляют под флюсом порошковыми проволоками ПП-АНЮЗ и ПП-АН104 (табл. 13-8 и 13-9). Наплавка сталей Х12, содержащих 1,8—2,0% С, сопряжена с известными трудностями вследствие склонности наплавленного металла к образованию холодных и кристаллизационных трещин. Если холодные трещины удается устранить подогревом деталей до температуры 400—550° С и последующим замедленным охлаждением, то этого не всегда можно достичь в отношении кристаллизационных трещин.

Кристаллизационные трещины в ледебуритных сталях Х12 возникают вследствие выделения в процессе кристаллизации легкоплавких карбидных эвтектик. Трещины не возникают при условии, если наплавленный металл содержит 1,5—2,5% С. При таком содержании углерода количество эвтектики увеличивается настолько, что она свободно перемещается между дендритами аусте-нита и может залечивать трещины. Таким образом, при наплавке сталей Х12 на низкоуглеродистую сталь необходимо стремиться к минимальной доле основного металла, в противном случае первый слой будет поражен кристаллизационными трещинами из-за недостаточного количества карбидной эвтектики, способной залечивать трещины.

Твердость наплавленного металла Х12 сравнительно невысока и составляет HRC 40—44, что объясняется наличием в структуре большого количества остаточного аустенита. Твердость можно увеличить высоким отпуском при температуре 500—550° С (до HRC 55—60). Для возможности механической обработки наплавленное изделие отжигают. Отжиг заготовок следует выполнять по изотермическому циклу: нагрев до температуры 870—900° С, выдержка 1,0—2,0 ч, охлаждение с печью до температуры 700° С, выдержка 5—8 ч, дальнейшее остывание на воздухе. Твердость после такого отжига составляет HRC 25—29. Закалку производят на первичную или вторичную твердость с последующим отпуском по режимам для инструментальных штамповых сталей типа Х12.

Источник

Какой сваркой варить сталь 40Х: к какой сварной группе она относиться и почему требует особого подхода?

Сталь 40Х – это конструкционная углеродистая легированная сталь. Свои качества сталь 40Х приобретает после закалки и последующего отпуска.

Особенности и требования, предъявляемые к стали 40Х

Вся выпускаемая металлопродукция, и сталь 40Х в том числе, должна соответствовать требованиям государственных стандартов.

ГОСТ 4543 от 2016 года определяет состав и требуемые эксплуатационные качества материала.

Для каждого вида изделий из этой стали существуют свои ГОСТы, которые регламентируют особенности всего выпускаемого ассортимента.

Сталепрокатная промышленность выпускает из марки стали 40Х три вида заготовок: круг, шестигранник и лист.

Свойства и состав

Требуемые свойства этот сорт стали имеет, благодаря своему химическому составу:

  • железо (до 97%);
  • кремний;
  • марганец;
  • никель;
  • сера;
  • фосфор;
  • медь;
  • хром.

Буква Х говорит о наличии легирующего элемента – хрома (0,8-1,1%), что повышает стойкость стали к коррозии. 40 – это показатель концентрации углерода (0,44%).

Наряду с плюсами у этой марки есть и недостатки, которые нужно знать и учитывать при работе с изделиями из нее:

  • хрупкость, восприимчивость к ударной нагрузке;
  • плохая свариваемость.

По степени свариваемости структуры сталь 40Х относится к 4 группе.

Применяется для изготовления:

  • валов – шестерен редукторов;
  • зубчатых колес редукторов;
  • листовой металл применяется для штамповок;
  • листами обшиваются каркасные конструкции;
  • трубы: отопительные системы и транспортировка жидкостей;

Также используется в сфере машиностроения, транспорта, при строительстве железнодорожных мостов и т. д.

Способы сварки стали 40Х. Чему отдать предпочтение?

Основной проблемой при сварке такой стали являются появление трещин и внутренних дефектов.

Сваривать данный металл можно тремя видами сварки:

  • электродуговой;
  • электрошлаковой;
  • контактно-точечной.

Для снижения возможных появлений трещин обязательно выполняются следующее шаги:

  1. Предварительная термообработка.
  2. Подогрев в процессе сварки.
  3. При контактно-точечной сварке также выполняется термообработка в заключение.

Электродуговая сварка

Сварочные швы выполняются за счет горения электрической дуги.

  • зажигание дуги – касанием электрода о металл детали;
  • поддержание длины дуги во время работы;
  • перемещение электрода вдоль сварного шва.

Сварочное соединение деталей из стали 40Х ведется постоянным током обратной полярности, когда соединение электрода с «плюсом», а изделия – с «минусом». Такое подключение клемм обеспечивает быстрый и значительный нагрев самой зоны соединения, а деталь практически не нагревается.

Выделяется три варианта электродуговой сварки:

  1. Ручная дуговая. Это самый простой и доступный метод для домашнего мастера или в небольшой мастерской, где не требуется большой ответственности по качеству. Он не требует специальной подготовки. Минимальный набор оборудования: специальный электрод для легированных сталей Э85 УОНИ – 13/85, имеющий покрытие с пониженным содержанием водорода; сварочные трансформаторы и выпрямители либо сварочные инверторы.
  2. Электродуговая с аргоном, являющаяся самым применяемым и качественным способом сваривания стали 40Х. Для защиты места сварки от газов, содержащихся в воздухе, применяется защита аргоном. Аргоновая дуговая сварка – это промышленный вариант соединения легированной стали. Может быть полуавтоматической и автоматической. Присадочный материал применяется той же марки, что и свариваемый металл.
  3. Газовая сварка с помощью ацетилена. Это более дешевый и простой способ, чем аргоновая сварка, но менее надежный. Он не подходит для толстых листов, и это усложняет работу.
Читайте также:  Рассказы как мы с мамой стали любовниками

Электрошлаковая сварка

Это бездуговой метод. Источником тепла служит флюс, находящийся между свариваемыми изделиями и нагреваемый проходящим через него электротоком.

Шлак-флюс защищает зону кристаллизации от окисления и насыщения водородом. Этот метод защищает соединяемые детали от образования трещин.

ЭШС выполняется снизу вверх, чаще при вертикальном расположении свариваемых деталей и с зазором между ними.

Контактно-точечная сварка

При такой сварке детали зажимаются в электродах сварочной машины или специальных сварочных клещах. Проходя между электродами, электрический ток разогревает металл деталей в месте их соединения до температуры плавления.

Далее ток отключается и происходит сильное сжатие электродов с деталями – проковка. В таком положении детали остывают и получается сварное соединение.

Электроды для КТС изготавливаются из высокоэлектропроводных сплавов, чтобы сопротивление контакта электрод-деталь было минимальным.

В месте соединения деталей сопротивление наибольшее и нагрев протекающими токами происходит именно там.

Разогрев и расплавление стали под воздействием тока приводит к образованию литого ядра сварной точки. Это и есть принцип работы КТС.

Технология сварного соединения изделий

Шаг 1. Подготовка металлических деталей:

  • подгонка по размеру, по форме;
  • зачистка металла от окисления и ржавчины.

Шаг 2. Подготовка кромок металла под сварку. Этот пункт особенно актуален при работе с толстыми заготовками (более 3 мм):

  • ширина зазора 1-2 мм;
  • угол разделки 45-60 0 ;
  • погон стыков у деталей разной толщины.

Шаг 3. Подготовка инструментов и оборудования:

  • требование к материалу сварочной проволоки и электрода: состав их должен как можно ближе соответствовать свариваемой марке стали;
  • для соединения сварочным методом стали 40Х удобно пользоваться техническими таблицами по выставлению величины тока в зависимости от толщины свариваемых поверхностей и размера электрода.

Шаг 4. Прогрев деталей до начала сваривания.

Сталь 40Х является чувствительной к перепадам температур и образованию трещин из-за этого. Прогревать деталь нужно газовой горелкой перед любым видом сварки.

Шаг 5. Точечно прихватить соединяемые части.

Чтобы избежать деформации или сдвига свариваемых деталей, практично сделать точечный прихват по всей длине планируемого сварного шва.

Шаг 6. Сварочный процесс выбранным методом.

Шаг 7. Прогрев сваренных деталей.

После сваривания прогрев нужен для снятия напряжения в деталях и выпаривания остатков водорода. Эта процедура особенно важна при контактно-точечной сварке.

Источник

Adblock
detector