Способ износостойкой наплавки Советский патент 1986 года по МПК B23K9/04 

Изобретение относится к наплавке изделий износостойкими материалами и может быть применено, например, для восстановления и упрочнения изношенных поверхностей деталей. Известен способ износостойкой вибродуговой наплавки по которому с целью повышения износостойкости наплавленного металла в жидкую ванну вводят ультрозвуковые колебания. Для этого электроду, совершающему колебания с низкой частотой порядка 120 Гц, сообщают еще высокочастотные колебания с частотой порядка, например, 20 КГц, Недостатком указанного способа яв- ляется то, что ультразвук вводится в дуге, расплавленный металл находится при температуре . Поэтому ультразвук, если и влияет, то очень слабо на изменение структуры и свойств металла из-за большой свободной энергии перегретой системы и самопроизвольного установления структуры жидкости. С термодинамической и молекулярно- кинематической точек зрения воздействием ультразвука на перегретый распла не достигается изменение порядка в структуре жидкого состояния, а следовательно, не оказывается влияние на формирование структуры и свойств твердого тела. В этом слзгчае значительная часть энергии расходуется нерационально, эффективность обработки мала с Известен также способ износостойкой наплавки путем электродугового расплавления присадочной проволоки. На расстоянии 8 мм от дуги через мундштук подают порошковый износоЬтойкий материал и наплавленный слой с порошком попадает в зону действия упрочняющего органа. Последний связан с магнитострикционным преобразователем, который сообщает упрочняющему органу вынужденные ультразвуковые колебания. Температура деформации наплавленного металла 850-900 С, Существенным недостатком данного способа является недостаточно высоко качество износостойкого слоя, так как частицы, как правило, бьшают покрыты различными загрязнениями, пленками окислов и т.п. Эти пленки не дают возможности атомам металла и твердым частицам взаимодействовать. Частицы оказываются слабо связанными с матрицей. Кроме того, частицы порошкового материала вдавливаются в размягченный поверхностный слой и воздействие ультразвуковых колебаний, если и снижает усилия деформирования деталей, то никак не способствует равномерному распределению твердых частиц по объему наплавленного слоя. Целью изобретения является повьш1ение качества износостойкого слоя детали за счет улучшения смачивания, пропитки и равномерного распределения твердых износостойких частиц по всему объему наплавляемого слоя. Для-достижения поставленной цели по предлагаемому способу твердые износостойкие частицы вводят непосредственно в ванну расплавленного металла посредством наполненной тверды ми частицами порошковой проволоки, которую соединяют с источником ультразвуковых колебаний. Суть процесса наплавки поясняется чертежом. В зону наплавки непрерывно подается электродная (наплавочная) проволока 1, Под действием тепла дуги, горячей между концом электродной проволоки I и наплавляемым образом 2, проволока плавится и формирует на образце слой наплавленного металла 3. В ванночку расплавленного металла подается волноводная (присадочнар) проволока 4 того же химического состава, что и электродная проволока 1, но наполненная твердыми частицами 5, При этом в волноводной проволоке с помощью магнитострикционного преобразователя 6 возбуждаются ультразвуковые колебания, Волноводная проволока 4 по мере погружения в расплав оплавляется. Через нее осуществляется ввод ультразвуковых колебаний в рас- ГШав металла, Волноводная проволока 4 механизмом подачи проволоки подается в винтовой канал, выполненньш внутри волновода 7. За счет акустического контакта проволоки с волноводом в винтовом канале в ней возбуждаются ультразвуковые колебания. Волноводная проволока После выхода из волновода попадает в ванночку расплавленного металла 8 за столбом дуги под слоем флюса 9 н возбуждает в ней ультразвуковые колебания. Электродуговая наплавка производи лась на образце стали. Ст. 45 электродной проволокой диаметром 2,8 мм под слоем флюса АН-ЗАбА, Сксгрость подачи электродной проволоки 450 м/ч, скорость перемеще1гая стола с образцом 42 м/ч. Напряжение дуги бьшо 40 В, сила тока в дуге 750 А, температура дуги . В зону расплавлеиного металла на расстоянии мм от электродной проволоки вводилась присадочная проволока, представляющая собой трубку с наружньгм диаметром 3 мм и толщиной стенки 0,4 мм. Внутренняя полость трубки бьша заполнена зернами карбида бора размерами частиц 3-20 мкм. Скорость подачи присадочной проволоки 55 м/ч. Присадочной проволоке посредством магнитострикционного преоб разователя сообщались ультразвуковые колебания с амплитудой 9 мкм, частотой 18-22 кГц. При воздействии на наплавляемый жидкий металл ультразвуковых колебаний происходит активизация происходящих в расплаве процессов. Если износостойкая твердая части- ца находится в жидкой возмущенной ультразвуком среде, то кроме капиллярных явлений имеет место ультразву ковой капиллярный эффект, который ин тенсифицирует процессы проникновения с внешней поверхности твердой частицы через многочисленные устья микрощелей атомов расплава в микрокапил- лярно-щелевую пористую систему, в кристаллическую решетку твердого тела. При затвердевании такой твердожидкостной системы с развитой поверх ностью твердой частицы существенно изменяются свойства затвердевшего расплава. Б ультразвуковом поле в кавитационном режиме возникают области очень высоких температур.и давлений. Установлено, что кавитационный процесс имеет наибольшее развитие у границы раздела жидкость - твердое тело. В этом случае на поверхности твердЬго тела произойдет флуктуационное скопление атомов расплава со структурой твердого тела. Таким образом, ультразвуковое поле интенсифицирует процесс образования зародьппа твердого тела на границе раздела твердая частица расплав,металла. Мелкодисперсные твердые частицы за счет акустических поголков разносятся и равномерно распределяются в объеме обрабатываемого ультразвуковыми колебаниями металла и при дальнейшем затвердевании фиксируются в матрице. Естественно и в этом случае происходит за счет диффузии и диспергирования в ультразвуковом поле модификация металла атомами твердых частиц, приводящая к структурным изменениям металла и увеличению числа активных центров кристаллизации. Как показали испытания введение твердых износостойких частиц в ванну жидкого металла и воздействие на них и расплав ультразвуковых колебаний до момента кристаллизации, т.е. при температуре 1900-1500 С существенно изменяют структуру наплавляемого слоя: улучшается однородность, резко уменьшается пористость, увеличивается прочность и плотность, значительно уменьшается количество неметаллических включений и газовых пор, Таким образом, на основаиии проведенных исследований можно заключить, что использование данного способа износостойкой наплавки позволит увеличить износостойкость наплавленного слоя в 3-4 раза по сравнению с известным способом автоматической наплавки под слоем флюса.

СПОСОБ ИЗНОСОСТОЙКОЙ НАПЛАВ КИ путем электродугового расгшавле- ния присадочной проволоки при подаче (Л с о «fit ГС на поверхность изделия твердых изно- состойких частиц с воздействием на них ультрозвуковыми колебаниями, о тличающийся тем, что, с це™ лью повышения качества износостойкого наплавленного слоя детали за счет улучшения смачивания, пропитки и ран- номерного распределения твердых износостойких частиц по всему объему на- плавляемого слоя, твердые износостойкие частицы вводят непосредственно в ванну расплавленного металла посред ством наполненной твердыми частицами порошковой проволоки, которую соединяют с источником ультразвуковых KOI- лебаний.