Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

ного покрытия толщиной 0,15—0,25 мм на титановую кромку, смещение электрода от оси стыка в сторону Си на 2,5—4,5 мм и разделка титановой заготовки под углом 45° несколько улуч­ шают условия формирования шва, но не предотвращают пол­ ностью появления интерметаллидов. При последующем нагреве такого соединения до 400—500 °С резко снижается прочность и пластичность.

Радикальным решением при сварке плавлением является применение вставок из Nb или Та. При электронно-лучевой сварке получают соединения с высокой пластичностью (угол загиба 180°). При АДС этот показатель составляет 120—160°. Ударная вязкость на уровне 700—800 кДж/мм2. Разрушение при испытании сварных соединений происходит по границе с медным сплавом.

33.3.3. Сварка меди с тугоплавкими металлами

Медь с молибденом взаимно нерастворимы, но жидкая медь способна смачивать его поверхность. Поэтому для получения соединения этого сочетания материалов нашли применение сварко-пайка, диффузионная и электронно-лучевая сварка. В электронной промышленности получил распространение спо­ соб заливки в специальные оправки в вакууме расплавом меди молибденового стержня с последующим изготовлением из по­ лученной заготовки деталей механической обработки.

Сварка Си с Nb осложнена значительным различием в тем­ пературах плавления и теплопроводности и различной реак­ цией на присутствие водорода. Поэтому для сварки плавле­ нием пригоден только Nb с низким содержанием водорода. Nb с Си образует ограниченные растворы. При 950 °С в Ni растворяется 2,2 % меди.

При аргонодуговой сварке вольфрамовый электрод распо­ лагают над медной кромкой при небольшом ее превышении над кромкой второй заготовки (порядка 0,2—0,25 мм). При элек­ тронно-лучевой луч смещают в сторону медной заготовки по­ рядка 0,75 ее диаметра. Процесс сварки критичен к точности сборки и расположению пятна нагрева на изделии. В случае отклонения — непровары, прожоги, подрезы. Из-за высокой теплопроводности расплав быстро кристаллизуется и в шве могут фиксироваться выделяющиеся пузырьки газа. Этот де­ фект устраняется при повторном переплаве.

Сварные соединения, выполненные аргонодуговой и элек­ тронно-лучевой сваркой, равнопрочны основному материалу (разрушение при испытании идет по меди) и достаточно пла­ стичны (угол загиба 120—180°).

Сварные соединения W с Си, выполненные диффузионной сваркой непосредственно, имеют низкую прочность. Подслой

Ni позволяет получать сварные соединения с уровнем прочно­ сти до 133 МПа (температура сварки 700 °С, сварочное дав­ ление порядка 15 МПа, время сварки 15 мин). При этом зна­ чительно увеличивается усталостная прочность соединения в условиях термоциклирования.

33.4. Сварка титана с алюминием

Основные трудности получения непосредственного сварного со­ единения этого сочетания металлов связаны с образованием химических соединений TiAl при 1460 °С (содержание А1 36,03%) и TiAl3 при 1340 °С (содержание А1 60—64%) в ре­ зультате перитектической реакции. Предельная растворимость Ti в А1 мала и составляет 0,26—0,28 % при 665 °С. При 20 °С эта величина снижается до 0,07 %. Алюминий в титане обра­ зует ограниченные области а- и (5-растворов. Технически чи­ стый А1 и Ti обладают высокой пластичностью. Эти материалы сильно отличаются по температуре плавления и другим тепло­ физическим величинам. Сплавы титана имеют значительно бо­ лее высокую прочность и твердость.

В связи с отмеченными особенностями получить соединение при расплавлении обеих заготовок с получением металла шва, представляющего твердый раствор, практически невозможно. Шов всегда будет содержать интерметаллиды, сильно охрупчивающие соединение.

Из методов сварки в твердой фазе получила применение холодная сварка технически чистых алюминия и титана. Тех­ ника холодной сварки принципиально не отличается от сварки других сочетаний металлов. Полученные соединения равно­ прочны основному металлу.

Диффузионной сваркой удается сваривать достаточно боль­ шую номенклатуру сочетаний титановых и алюминиевых спла­ вов при высоком качестве соединения. Сварка ведется при тем­

в течение 10 ч и при 600 °С в течение 1 ч не приводит к сни­ жению механических свойств и вакуумной плотности. Интен­ сивный рост интерметаллида (Al3Ti) начинается после 2-ч вы­ держки при 600 °С. Толщина прослойки интерметаллида при диффузионной сварке достигает 12 мкм, что существенно не отражается на механических свойствах. Разрушение образцов, полученных диффузионной сваркой, при испытаниях идет по алюминиевой заготовке.

Сварка методами плавления возможна в случае, когда бу­ дет обеспечено расплавление только А1 при минимальном пе­ регреве и при ограничении времени контакта расплава с по­ верхностью титановой заготовки, т. е. в режиме сварки-пайки.

При этом время контакта с расплавом должно быть меньше времени ретардации образования интерметаллидов. При тем­ пературе 700—800 °С и выдержке 15 с интерметаллиды еще не образуются. Повышение температуры до 900 °С и выше приводит к появлению в зоне контакта соединения TiAl3. Та­ ким образом, техника сварки должна быть такой, чтобы в зоне контакта температура не превышала 850 °С. Такие условия можно получить, расплавляя только алюминий.

Раздел 10 МАТЕРИАЛЫ

— :------ ДЛЯ НАПЛАВКИ И НАПЫЛЕНИЯ

Г л а в а 34. НАПЛАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (Гаврилюк В. С.)

34.1. Материалы для износостойкой и коррозионностойкой наплавки

Сущность наплавки состоит в нанесении методами сварки либо другими спо­ собами на поверхность детали слоя, обладающего требуемым комплексом свойств. Непременным условием наплавки является получение хорошего сплавления, отсутствие или в отдельных случаях минимальное количество пор и трещин.

34.1.1. Перлитные материалы

Состав перлитных материалов (Нп-25, Нп-20ХГСА, Нп-90ХГСА и др.) обеспечивает в зависимости от скорости охлаждения наплавки перлитно-сор- битную структуру. Твердость наплавленного металла находится на уровне 25—40 HRC. Износостойкость наплавленного слоя значительно уступает мар­ тенситной структуре, поэтому сопротивление износу при трении невысоко. Наплавочные материалы этого класса часто применяют для создания «под­ слоя», на который наплавляют слой повышенной твердости.

при абразивном износе, наплавка этого типа характеризуется пониженными пластическими свойствами, хрупкостью, склонны к образованию холодных трещин. При работе в условиях ударного нагружения возможны отколы по основному металлу или в зоне сплавления.

Низколегированные мартенситные материалы (Нп-40ХЗГ2МФ, Нп40Х2Г2М, НП-50Х6ФМС и др.), процент легирующих элементов в которых относительно невысок, обеспечивают в наплавке мартенситно-бейнитные структуры и отличаются сравнительно невысокой твердостью (45—50 HRC). Свойства наплавки повышаются в основном увеличением содержания в ней углерода и хрома, что приводит к соответствующему увеличению доли мар­ тенситной составляющей.

Значительно большей твердостью характеризуются борсодержащие мар- тенситные наплавки (ЛС-У10Х7ГР1, ПЛУ-25Х25ГЗФ2РН, ПП-АН125, ПП-АН170), в структуре которых по границам высокоуглеродистого мартен­ сита расположены твердые карбиды и бориды. Материал отлично сопротив­ ляется абразивному износу, задирам, но из-за повышенной хрупкости не может быть рекомендован для работы в условиях динамических нагрузок. Наплавка обладает повышенной склонностью к образованию горячих и хо­ лодных трещин, поэтому ведут ее, как правило, с подогревом и применением одного или нескольких подслоев.' Отпуск в результате наложения несколь­ ких слоев гшактически не снижает твердости.

Для обеспечения повышенной сопротивляемости к задирам применяют наплавочные материалы, содержащие в своей структуре наряду с мартенси­

рита. Износостойкость наплавки повышается с увеличением углерода. Низ­ коуглеродистые наплавки, помимо достаточной износостойкости, обладают повышенной жаростойкостью и антикоррозионными свойствами. Увеличение

34.1.3. Высокомарганцовистые аустенитные материалы

к выделению по границам зерен карбидов и вторичной перлитной фазы, приводящих к снижению пластичности. Уменьшение содержания С снижает вероятность образования, вторичных фаз. В зоне сплавления основного низ­ коуглеродистого или низколегированного металла и наплавки возможно об­ разование хрупкой мартенситной прослойки и появление трещин. Для избе­ жания их рекомендуют применение промежуточного слоя из хромистомарганцовистой наплавки типа Нп-30Х10Г10Т.

34.1.4. Высокохромистые материалы

Высокохромистые материалы на основе железа типа Э-300Х28НЧСЧ, Э-320Х25С2ГР позволяют получать структуру, матрица которой состоит из аустенита с вкраплениями мелкодисперсных частиц карбидов В и Сг, при­ дающих наплавке высокую твердость. Поскольку твердость в основном опре­ деляется количеством карбидов, она практически не изменяется в процессе нагрева и не зависит от скорости охлаждения. Тем не менее, наплавку с л е ­

дует производить при предварительном подогреве деталей до температур

большому повышению твердости и появлению способности наплавки ^ вто­ ричному твердению: износостойкость при этом повышается.

превосходят последние по стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Технологические свойства аустенитной наплавки достаточно высоки. Од­ нако при наплавке на стали мартенситного класса следует опасаться появ­ ления холодных трещин в зоне сплавления. Рекомендуется применять пред­ варительный подогрев до относительно невысоких температур — 100— 150 °С.

Превышение этой температуры может привести к замедленному охлаждению наплавки и ее охрупчиванию.

34.2.Виды наплавочных материалов

34.2.1.Покрытые электроды

Электроды для ручной дуговой наплавки изготавливают по ГОСТ 10051—75. В качестве стержня обычно используют про­ волоку диаметром от 3 до 5 мм, реже до 8 мм.

ГОСТ 10051—75 устанавливает 44 типа наплавочных элек­ тродов (табл. 34.1). Значительное количество электродов для наплавки слоев с особыми свойствами изготавливается по от­ раслевым ТУ. Проверка твердости наплавленного металла про­ изводится по ГОСТ 9466—75 и ГОСТ 9013—59, а химического состава и остальных свойств — по ГОСТ 9466—75.

Твердость наплавки характеризуется индексами, указываю­ щими ее величину по Виккерсу и Роквеллу, а следующие цифры (1 или 2) указывают соответственно, в каком состоянии она измерялась; непосредственно после наплавки — 1 или после последующей термообработки — 2.

Так, например, в электродах марки ОЗН-350Ц 400/41-1 ин­ дексы характеризуют: 400 — твердость по Бриннеллю, 41— по Роквеллу, 1 — характеристики определялись непосредственно после наплавки.

34.2.2. Проволока стальная сварочная

Проволока для наплавки (ГОСТ 2246—70) и проволока сталь­ ная наплавочная (ГОСТ 10543—75) для автоматической на­ плавки под флюсом1, в защитных газах, а также для газовой наплавки может изготовляться из стали, выплавленной электрошлаковым (Ш), вакуумно-дуговым (ВД), или вакуумно­ индукционным (ВИ) переплавами (табл. 34.2). Обычно для наплавки применяют проволоки диаметром от 0,8 до 6 мм. С целью уменьшения оксидов в металле наплавки проволоки содержат увеличенное количество раскислителей — Mn, Si, Al, Ti.

34.2.3. Порошковая наплавочная проволока

Порошковая проволока (ПП) представляет собой тонкостен­ ную металлическую оболочку, заполненную легирующими и шлакообразующими порошками, стабилизаторами дуги и рас-