ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ НАПЛАВЛЕННОЙ ТЕПЛОСТОЙКОЙ СТАЛИ ВЫСОКОЙ ТВЕРДОСТИ НА ЕЕ СТОЙКОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ГОРЯЧИХ ТРЕЩИН
Барчуков Д.А. (ТГТУ, г. Тверь, РФ)
Results of research of resistance welding-up high-speed steel to formation of hot cracks during surfacing, ensuring reception surfacing metal in a quenched condition.
Наиболее частым дефектом при наплавке высокоуглеродистых и высоколегированных сталей являются горячие трещины, и их предупреждение является одной из основных задач.
При наплавке основными мероприятиями по предотвращению горячих трещин считаются: регулирование химического состава наплавленного металла и ограничение содержания вредных примесей; применение высокотемпературного подогрева и замедленное охлаждение наплавленного металла с целью снижения темпа деформаций.
Однако в отношении теплостойких сталей высокой твердости данные мероприятия могут противоречить условиям получения наплавленного металла в закаленном состоянии. При применении технологии наплавки теплостойких сталей высокой твердости снижение вероятности образования горячих трещин возможно за счет:
- измельчения зерна (увеличением значений скоростей охлаждения наплавленной теплостойкой стали высокой твердости в высокотемпературной области);
- специального легирования элементами, связывающими вредные примеси в мелкодисперсные соединения и снижающими химическую неоднородность наплавленного металла;
- расчета параметров режима наплавки с целью соблюдения заданного термического цикла, обеспечивающего получение наплавленного металла в закаленном состоянии.
Для проведения исследований была использована методика по определению стойкости наплавленного металла к образованию горячих трещин, основанная на приложении внешнего растягивающего усилия на образцы. Была изготовлена экспериментальная установка, позволяющая прикладывать к образцам растягивающую нагрузку заданной величины (максимальное значение растягивающей нагрузки на установке Рmax = 32500 Н).
Образцы изготовляли из полосы 5´25 мм (сталь 30ХГСА, sт=830 МПа, ГОСТ 103-76) длиной 200 мм. В образцах сверлили два отверстия диаметром 5 мм для обеспечения концентрации напряжений и деформаций в опасном сечении при растяжении образца.
Для наплавки дугой прямого действия в среде аргона использовали порошковую проволоку марок ПП‑90Х4В9М4К6ФЮ диаметром 2 мм.
Были рассчитаны параметры режима наплавки, при которых значения скоростей охлаждения наплавленного металла в интервале температур выделения легирующих элементов из аустенита соответствуют получению наплавленного металла в закаленном состоянии: I = 80…100 А; U = 20…22 В; Vн1 = 7,2 м/ч; Vн 2 = 9,6 м/ч. Наплавку производили в продольном направлении образцов в течение 20 секунд.
Указанные значения скоростей наплавки определяются исходя из возможностей наплавочного оборудования, а также из условия обеспечения термического цикла наплавки с получением наплавленного металла в закаленном состоянии. Наплавка с более высокой скоростью при заданном диапазоне значений силы тока не обеспечивает качественного формирования наплавленного валика с необходимой площадью поперечного сечения.
В процессе исследований определяли изменение температуры наплавленного металла при наплавке, для чего производили запись термического цикла образцов. Измерение температуры производили на мультиметре с помощью хромель – алюмелевой термопары, которую закрепляли на нижней поверхности пластины в опасном сечении образца.
Далее по известным зависимостям производили расчет значений температур наплавленного металла на верхней поверхности пластины с учетом заданной ее толщины.
Скорости охлаждения w наплавленного металла в области температур выделения легирующих элементов из аустенита равны:
w (600°C) = 17…18 °С/с – при скорости наплавки Vн1 = 7,2 м/ч;
w (600°C) = 22…23 °С/с – при скорости наплавки Vн2 = 9,6 м/ч.
На установке производились измерения деформации образцов в их продольном направлении в процессе наплавки и охлаждения. За критерий технологической прочности металла в процессе наплавки была принята максимальная деформация образца, в котором горячие трещины при приложении растягивающей нагрузки в температурном интервале хрупкости (ТИХ) не образуются. Величину растягивающей нагрузки при использовании каждого последующего образца увеличивали.
Были получены зависимости изменения деформации образцов в процессе наплавки с различными скоростями и охлаждения от величины прикладываемой нагрузки.
При наплавке со скоростью Vн1 = 7,2 м/ч горячие трещины в наплавленном металле образуются при растяжении образца силой Р = 32500 Н. Критическая деформация равна 60 мкм.
При наплавке со скоростью Vн2 = 9,6 м/ч горячие трещины в наплавленном металле при растяжении образца с силой Р = 32500 Н не образуются. Наплавленный металл в этом случае обладает более высокой стойкостью к образованию горячих трещин.
Увеличение скорости наплавки до V = 9,6 м/ч позволяет получать наплавленный металл без образования горячих трещин, несмотря на увеличение темпа деформаций в нем в процессе охлаждения.