Электроконтактная наплавка

Развитие современного машиностроения характеризуется повышением эксплуатационных параметров работы машин, в результате чего использовавшиеся ранее технологические процессы и материалы часто не отвечают возросшим требованиям надежности и долговечности. Упрочнение деталей путем нанесения покрытий позволяет снизить расход легированных сталей при одновременном повышении ресурса работы машин.

Одним из эффективных способов нанесения износостойких покрытий является электроконтактная наплавка (ЭКН).

Электроконтактное нанесение покрытий характеризуется высокой производительностью, низкой энергоемкостью, минимальной зоной термического влияния тока на металл вследствие малой длительности импульса, отсутствием необходимости в использовании защитной атмосферы ввиду кратковременного термического воздействия на материал покрытия, обеспечивает высокие гигиенические условия труда.

Этот способ может применяться для упрочнения деталей с плоской поверхностью различной протяженности, с цилиндрическими и коническими поверхностями. Кроме того, электроконтактный метод может применяться для наращивания металла на поверхность изделия с целью восстановления первоначальных размеров изношенной детали.

ОБЗОР СПОСОБОВ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ НАПЛАВКИ

Сущность способа ЭКН заключается в нагреве присадочного материала и приконтактного объема металла восстанавливаемой детали импульсами электрического тока и их совместной пластической деформации, обеспечивающей образование физического контакта, активацию контактных поверхностей и объемное взаимодействие покрытия и материала основы.

В качестве присадки при ЭКН применяются как порошковые материалы, так и компактные материалы (сплошные металлические ленты и проволоки, порошковые ленты и проволоки). В случае использования в качестве присадки порошковых материалов процесс называется электроконтактное припекание (ЭКП). Припекание – технологический процесс, заключающийся в нанесении на поверхность восстанавливаемой детали порошковой формовки или слоя порошка с целью получения двухслойного материала путем нагрева до температуры, обеспечивающей спекание порошкового материала и образования прочной диффузионной связи с деталью.

Наварка стальной ленты. Металлическая лента используется для восстановления деталей типа тел вращения (валы, оси, ролики).Для этого используют отожженные СЛ. В этом случае теплота выделяется в основном на переходном сопротивлении лента – деталь. Наплавленный слой (определение «наплавленный слой» в принципе некорректно.) формируется в результате соединения СЛ с поверхностью детали. Его толщина практически равна толщине СЛ. Ленты почти всех марок стали при наварке значительно упрочняются (наблюдали даже упрочнение слоя, наплавленного лентой стали 08). Получаемая твердость пропорциональна содержанию углерода в стали.

Рис. 1. Твердость наплавленного слоя: 1 – сталь 20; 2 – ЗОХГСА; 3 – 65Г (I – ЗТВ последующего импульса тока на участок слоя, наплавленный ранее; II – зона наплавленного слоя без последующего термического воздействия).

Упрочнение происходит неравномерно (рис. 1). Наиболее интенсивно упрочнение происходит в зонах наплавленного слоя, не подвергающихся термическому воздействию последующих импульсов тока (см. рис. 1, зона II). Площадь этих зон составляет 50–90% от общей площади наплавленной поверхности. Остальная часть наплавленного слоя разупрочняется при наварке смежных участков в результате повторного термического воздействия. Степень разупрочнения повышается при увеличении содержания углерода в стали и снижении содержания легирующих элементов.

При правильном выборе режима наплавленные слои являются практически беспористыми. Однако с повышением содержания углерода возрастает вероятность образования в наплавленном слое сетки трещин. Поэтому электроконтактную наварку СЛ наиболее целесообразно применять для восстановления и упрочнения деталей, имеющих большой запас усталостной прочности [2].

Недостатками наплавки металлической лентой являются сравнительно низкая прочность сцепления покрытия с основой, тонкий слой наплавленного металла. Увеличить толщину наплавки в данном случае не представляется возможным. Более толстое покрытие позволяет получить ЭКН сварочной проволокой.

Наплавка сварочной проволокой Электроконтактную наплавку осуществляют на специальной установке (рис. 2.) совместным деформированием наплавляемого металла и поверхностного слоя металла основы, нагретых в очаге деформации до пластического состояния короткими (0,02–0,04 с) импульсами тока 10–20 кА. В результате каждого из последовательных электромеханических циклов процесса на поверхности металла основы образуется единичная площадка наплавленного металла, перекрывающая соседние. Деформация наплавляемого металла за цикл составляет 40 – 60%. Наличие пластической деформации присадочного материала дает возможность повысить прочность сцепления покрытия с основой [7].

Электроконтактную наплавку применяют для ремонта металлических поверхностей и получения биметаллических изделий.

Рис. 2. Схема установки электроконтактной наплавки:

а – начальное состояние; б – конечное состояние; 1 – прерыватель тока; 2 – трансформатор; 3 – наплавляющий ролик, 4 – амортизатор; 5 – присадочная проволока; 5 – образец

Технологические варианты наплавки

Основная технологическая схема. Сплошной слой мета