увеличивающих устойчивость аустенита и замедляющих его распад в определенных температурных интервалах.
Из диаграммы распада аустенита (рис. 140) видно, что при бы стром охлаждении закаливающейся легированной стали, предва рительно нагретой до температуры Лс3, превращение аустенита за держивается. Например, при скорости охлаждения, соответствую щей кривым 1 и 2, распад аустенита начнется в точках а и в и за кончится в точках б и г. В результате превращений получим пер лит, сорбит или троостит, обладающие большей плотностью, чем мартенсит. Благодаря высокой температуре металла и малого из менения объема кристаллов при изотермическом превращении аустенита в перлит или сорбит в детали не возникают опасные внут
ренние напряжения. При большей скорости охлаждения (кривая 3) превращение аустенита задерживается. Распад аустенита происхо дит в интервале е — д (около 200°С) и завершается образованием мартенсита, обладающего меньшей плотностью, чем аустенит, пер лит или сорбит. Вследствие того, что превращения аустенита в мартенсит происходят при низких температурах, когда сталь имеет) малую пластичность, в околошов.ной зоне возникают большие внутренние напряжения, вызывающие микроскопические трещины в основном металле.
При медленном охлаждении наплавленной детали уменьшается содержание мартенсита в зоне термического влияния; в металле не возникают значительные структурные внутренние напряжения.
?45
Зная характеристику данной стали, оптимальную скорость ох лаждения можно определить, пользуясь диаграммой изотермиче ского распада аустенита.
Требуемая скорость охлаждения околошовной зоны достигается путем: предварительного нагрева детали; медленного охлаждения детали в процессе и после наплавки; подбора оптимального режи ма наплавки и наложения многослойного шва с отжигающим вали ком.
Предварительный подогрев деталей из закаливающихся сталей до 250—300°С обеспечивает их медленное охлаждение после свар ки и поэтому в околошовной зоне получают металл с высокой пла стичностью, не подвергающийся закалке.
Для уменьшения зоны термического влияния, предупреждения образования больших внутренних напряжений в металле и пони жения интенсивности выгорания легирующих элементов, входящих в состав стали, сварку и наплавку легированных сталей произво дят постоянным током обратной полярности. Величину сварочного тока или мощность горелки уменьшают на 10—15% по сравнению с расчетной. Кроме того, сварку рекомендуется вести в быстром темпе. При быстром темпе сварки меньше нагревается деталь и по этому меньше зона термического влияния; исключается возмож ность образования больших внутренних напряжений.
Чтобы уменьшить закалку в зоне термического влияния при сварке специальных сталей прибегают также к многослойной свар ке с отжигающим валиком (рис. 141). При наплавке первого вали-
Отжигающий балик
Рис. 141. Схема многослойной сварки с отжигающим валиком:
а , б , в, г — п о с л е д о в а т е л ь н о с т ь н а л о ж е н и я в а л и к о в ; 1, 2, 3, 4 — в а л и к и ; п — р а с с т о я н и е м е ж д у к р о м к о й о с н о в н о г о м е т а л л а и о т ж и г а ю щ и м в а л и к о м
ка металл под ним нагревается и образуется закаленный слой. Второй валик вызывает образование нового закаленного слоя под ним. Тепловая волна от второго валика доходит до закаленного слоя под первым валиком и вызывает его отпуск. Подобные изме нения наблюдаются при наплавке третьего валика. Последний — отжигающий валик — заполняет сечение шва и производит отпуск закаленных слоев. Расстояние между кромками основного металла и краями отжигающего валика п имеет существенное значение. Обычно его берут равным 2—2,5 мм. Если это расстояние будет мало, то образуется новый закаленный слой; если оно будет вели ко, то не произойдет отпуска в закаленном слое.
246
Для компенсаций выгорающих легирующих компонентов ме талла при ручной электродуговой наплавке применяют электроды с толстой качественной обмазкой. При автоматической наплавке под слоем флюса металл легируют через флюс или проволоку.
Образование горячих трещин предупреждают путем использо вания электродов из стали аустенитного класса.
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Для изготовления корпусных деталей танковых агрегатов при меняют литейные и деформируемые алюминиевые сплавы.
Деформируемые алюминиевые сплавы Ак-1, Ак-2 и другие со держат до 1 0 % кремния. Содержание кремния в литейных алюми ниевых сплавах типа Ал-1; Ал-2 и Ал-9 значительно меньше.
Сварка и наплавка алюминиевых сплавов имеет следующие осо бенности. Алюминиевые сплавы отличаются высокой химической активностью и поэтому при нагревании сварочной дугой или пла менем горелки интенсивно окисляются. На поверхности детали об разуется тугоплавкая (£пл~ 2050°С) пленка окислов алюминия. По следняя затрудняет процесс сплавления присадочного материала с основным.
Кроме того, пленка окислов, образующаяся на поверхности рас плавленной ванны металла препятствует выходу газов. Окись алю миния нерастворима в металле. Попадая в металл шва, она остает ся в нем в виде включений.
Для удаления пленки окислов при сварке и наплавке применяют флюсы и электродные покрытия, растворяющие или связывающие окись алюминия. Кроме того, флюсы и обмазки обеспечивают на дежную защиту расплавленного металла от воздействия кислорода воздуха.
В расплавленном алюминиевом сплаве интенсивно растворяется водород, образующийся в результате взаимодействия влаги с рас плавленным сплавом,
2А1'+ЗН20 = А120 3+ 6Н.
Водород не растворим в твердом алюминиевом сплаве и в момент затвердевания наплавленного слоя выделяется в виде пузырьков. Исследованиями, проводившимися в Военной академии бронетан ковых войск, установлено, что причиной образования пор в наплав ленном слое, кроме водорода, является фтористый кремний (S1F4), который в процессе наплавки образуется по реакции
4N aP+Si = SiF4+ 4Na.
Вследствие того, что пузырьки газа, выделяющиеся из кристал лизирующегося металла, не успевают выйти на поверхность ванны, в наплавленном слое образуются поры.
Активность поглощения газов алюминиевым сплавом зависит от содержания кремния. Большей активностью обладают алюминие вые сплавы с повышенным содержанием кремния. Поэтому при
247
сварке и наплавке деформируемых алюминиевых сплавов, содержа щих до 10% кремния, больше образуется пор и раковин.
Учитывая, что поры и раковины ухудшают механические свой ства наплавленного металла, принимают меры, предупреждающие поглощение расплавленным сплавом водорода и обеспечивающие интенсивное выделение пузырьков газа при кристаллизации сплава. Поскольку основным источником образования водорода в процессе сварки является влага, то для получения качественных швов реко мендуется перед сваркой прокаливать электроды и подогревать де таль.
Алюминиевые сплавы обладают большим коэффициентом усад ки, поэтому при охлаждении детали возникают значительные внут ренние напряжения, вызывающие появление трещин. Другой при чиной образования внутренних напряжений в алюминиевом сплаве является наличие между кристаллами металла некоторого количе ства эвтектики, которая затвердевает при более низких температу рах, чем твердый раствор. В результате происходит дендритная ликвация, вызывающая микротрещины по границам зерен твердо го раствора. Исследованиями установлено, что алюминиевый сплав
ссодержанием 1—2% кремния более склонен к образованию тре щин; при увеличении содержания кремния'в сплаве до 3—4% воз можность образования трещин уменьшается. Это объясняется тем, что при повышенном содержании кремния в сплаве коэффициенты линейного расширения кристаллов и эвтектики одинаковы.
Для предупреждения образования трещин в наплавленном ме талле, вызванных усадкой и дендритной ликвацией, при сварке и наплавке деталей применяют присадочный материал или электроды
ссодержанием кремния более 3%.
При высокой температуре расплавленного алюминиевого спла ва интенсивно испаряются цинк и магний. С уменьшением содер жания этих элементов ухудшаются механические свойства наплав ленного металла. Потери цинка и магния восполняют за счет по вышенного содержания этих компонентов в сварочных стержнях и электродах.
Следующая особенность сварки и наплавки алюминиевых спла вов обусловливается его высокой теплопроводностью. Из-за повы шенной теплопроводности глубина проплавления сплава при свар ке мала. Учитывая эту особенность, цри сварке деталей из алюми ниевых сплавов применяют многослойный шов.
При высокой температуре резко ухудшается механическая проч ность алюминиевого сплава, что объясняется слабой связью между кристаллами при его нагревании. Поэтому нельзя допускать пере грева детали и увеличения зоны термического влияния.
При ремонте корпусных деталей из алюминиевых сплавов при меняют следующие способы сварки:
—ацетилено-кислородную;
—электродуговую ручную металлическими электродами;
—аргоно-дуговую.
248
Ацетилено-кислородная сварка и наплавка деталей из алюминие вых сплавов. Технологический процесс сварки и наплавки включает следующие этапы: подготовку шва; предварительный подогрев дета ли; выбор присадочного материала; выбор флюса; выбор режима на плавки и наплавку (сварку).
При подготовке шва к сварке необходимо удалить с кромок жи ровые загрязнения и окислы, обработать кромки шва под углом 30— 45°. После этого поверхность, подлежащую сварке или наплавке, протравливают 10%-ным раствором едкого натра при температуре 70—75°С и 10%-ным раствором азотной кислоты. Подготовленный шов предварительно подогревают пламенем горелки до 300—350°С.
В качестве присадочного материала применяют стержни диамет ром 4—5 мм, отлитые из силумина с содержанием 5—5,5% кремния и 7—9% меди. Наружную поверхность присадочных стержней тща тельно очищают от окислов.
Флюс АФ-4, состоящий из 28% NaCl, 50% КС1-, 14% ЫС1 и 8% NaF, готовят в виде пасты, разведенной на воде. Этой пастой по крывают свариваемые кромки или наплавляемую поверхность. Для обеспечения непрерывности процесса сварки (наплавки) рекомен дуется также покрывать пастой флюса стержень. Мощность горелки принимают из расчета 100 л/ч ацетилена на 1 мм толщины де тали. Пламя должно быть нормальное или с небольшим избытком ацетилена. При большом избытке ацетилена в металл будет прони кать водород, вызывая пористость шва. Ядро пламени должно на ходиться на расстоянии 6—10 мм от сварочной ванночки. Сварку (наплавку) ведут в нижнем положении, левым способом. После сварки поверхности детали тщательно промывают водой и проти рают щеткой, чтобы удалить остатки флюса, которые могут разъ едать металл. Затем деталь обрабатывают 10%-ным раствором сер ной или азотной кислоты и промывают горячей водой.
Ручная злектродуговая сварка и наплавка деталей из алюминие вых сплавов. Электродуговая сварка металлическими электродами является наиболее производительной и качественной по сравнению с ацетилено-кислородной. При этом способе значительно уменьшает ся зона термического влияния и в металле не возникают значитель ные внутренние напряжения.
Электроды из сплава Ал-4 или Ак-1 рекомендуется покрывать обмазкой МАТИ-2 или С-1 (табл. 17), которая обеспечивает получе ние плотного и прочного шва.
Толщина обмазки рекомендуется: для электродов диаметром 6 мм — 0,7—1,0 мм на сторону и для электродов диаметром 8 мм—
1,0—2,2 мм.
Наплавка алюминиевых сплавов производится постоянным то ком при обратной полярности. Режим наплавки рекомендуется сле дующий: напряжение дуги 20—24 в, ток 30—35 а на 1 мм диаметра электрода. Диаметр электрода принимают равным толщине слоя сварки или наплавки.
249