автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств быстрорежущего металла под воздействием термического цикла наплавки

сапкт - шггыйБУйсюш госзщшязшшай тгшшш:: ишкгшсгг

■На правах рукописи

ХАРАБЕШйКОБ - АДДРЕЛ 1ШиШШ

УДК •621.927.55:669.018.25

' шшрозание- структуры я .свойств . ШСТРОШЕУШТО' ■ ШАШ • ПОД ВС0ДШЯНШ -ТЕРЬШЕСКОГО ЦИКЛА НАПЛШСЙ

Специальное» 05.03,06. - "Технология , и \машшы сварочного производства" '

Автореферат диссертащш на соискание ученой с тепе ли кандидата технических- каух

Санкг - Петербург. 1902

Работа пчпоякеиа о Сибирской ыеталтгурглчзско.м инстктуге ¡'„ч.С.Ордуоникадо.

Научный руководитель: -д.т.к., профессор Н.С.Зубков.

0$;'.цяадьи'Ы8 оппоненты: д.т.п., сг.н.с. 15£Щ54*"Про5«чтеЯ№

Хозяев р.А.

к,т.п., ст.преп. ЛГТУ

Засиг.ьев 2 ¡М.

Вгцудая'^ггишац:« - Запздно-(М.:рскиЗ 1<«уз>аляургс'.чвскгЛ

ко.\!б>:кэд к;.:.50-че1 ия.Вая'лхого ,

Заделга состоятся " " _______ 1232 гола в _____ часов

луд, .к^р'уг? нч заседав;*;! спэдлг^злро^аш-'оро сове?.*-

Д ОЗЗ.Зв.!? к Сиц'.т-Пе-й^бутс:-: ш государствен« ^жпчгскоч университете по адресу: 195251, г.Саккт-Пртербург, 1!оллтехк;;чес:сая ул.,23. ЛП'У. -

Азторс-;зрат разослан " '' _Г3£2 года.

Ученмл секрзтар ь ег> ецна лиз иро ванн гго совета, дл'.н,, профессор

В.А.Кархин

| ¿сгмпювлгапз сгрлюты и сткяв ыстрорзэшю

*:::К31МЙА ПОД ¡»ЗШСГКШ ТЖ5ШСКОГО ЩЗД НШАЗКИ

.. '.з." ^ |

Обцае сведения

Актуальность работы. Изготовление биметаллического ннструт.ген-. та с применением наплавки рабочего слоя бкстрорезпущм металлом позволяет увеличить эффективность использования материалов, повысить эксплуатационные характеристики инструмента.

Однако в процессе наплавки формируется неоднородность структуры я свойств наплавленного слоя, которая.приводит к снижению срока службы наплавленного инструмента и качества обрабатываемого катеркзла. Это сгазаег аТуектизность технологии изготовления инструмента с применением наплавки рабочей поверхности и сужает область ее использования, ¿ля устранения неоднородности свойств наплавлен- . кого кеталла применяют слоккуп термическуа обработку, которая значительно затруднена из-гЗ различия жгеяческого состава я теп-лофизических характеристик основного и наплавленного металлов и характеризуется существенными продолжительностью а энергозатратс-!.:и. Поэтому актуальным является повышение однородности свойств быстрорежущего металла в процессе наплавки я упрощение последующей обработки. Дяя этого требуется изучение и количественная оценка процессов формирования тазового состава, структуры и свойств-бкстро-' ревучего металла в процессе наплавки; '

Результаты исследований, выполненных по теме настоящей дне- • ' сертацаи, использовались в научно-исследовательской работа 'Таз-работка эффективной технологии изготовления валков с наплавленным рабочим слоем дот холодной прокатки анизотропной стали и керамической пленки", проводимой на основании Постановления ГдНТ ■ 1а 320 от IG.07.oG г. Значительная часть проведенных: исследований воила в научно-исследовательскую работу "Исследование процессов формирования структуры, прочностишс свойств и напряженного сог-стояния наплавленных катерпзяоз 'при охлазденпи из расплава с со-^ путствуыцим термедиклпровяниек и последупдей термообработке;!", которая выполнялась на основания реаеншя коллегии Минвуза РСФСР от Хб.П.ъЭ г. и била вклвчена в региональную кошлексцую про-, граг.ку "Сибирь". •

Цель работы - разработка эффективного способа нашшвга бнетрореяуцего металла, позволявшего'подучить ваомше и Достаток-

-г -

но однородные свойства наплавленного Слоя.

Осношке задачи работ«:

- эксперт.йдтальноа определение параметров, термического цикла наплавки, под воздействием которых происходят существенное изменение свойств быстрорежущего наплавленного металла;

- исследование изменений фазового" состава, структуры и лик-вацаонной неоднородности наплавленного металла, обуславливающих неоднородность свойств;

- установление количественной зависимости степени неоднородности наплавленного металла от параметров теркичесяого цикла наплавки; ,

- разработка гййективного способа.наплавки, позволяющего обеспечить достаточно однородные свойства наплавленного слоя;.

- изготовление ошлно-прокьыленной партии деталей-а проведение прокиленнкх испытавяй:

Научная новизна:

- установлено, что неоднородность свойств наплавленного быстрорежущего металла обусловлена изменением фазового состава, .' структур« и ликвацаонноЛ неоднородности наплавленного металла на участках, подвергающихся повторному сварочному нагреву с мзкся- ., кальншш температурами 950...1150 ..'.-'"

- получены математические модели зависимостей' количества ■ остаточного аустенита а твердости наплавленного металла от'обобщенного теыпературно-времениого параметраДодлоюна* характери-зувдего термический цикл наплавки; " . :

- установлено, что при наплавке быстрорежущего металла по способу, предусматриващему охлоздение.наплавленного металла до температур ^ - 10...СО °С, необходимая. температура последующего / гоногенизацшнного подогрева на "60...Б0 °С нике, чем при охлаэде-нии после наплавки до температуры окрукевдей среди;

- установлена зависимость тег.гпература последующего го1.:оге-" нязацжошгото подогрева от степени неоднородности наплавленного. Металла. ' '..'•-• '. ','

Пзг.ктпуоская ценность работн:

- разработан« способ а устро.хт&з для цадедирогаяйя тер.;к-ческэго цикла садовой, позволяющие васпроизводатъ терлчемшй цикл Еглтдавкд, начиная со стадии охлаздзвкя аз расплава и

ю^ие трудэ&«зкйояь исследований; -

- определены требования к термлесксту циклу наплавки из условия получения максимально однородных свойств наплавленного ¡.:еталла;

- разработана технология наплавки валков станов холодной прокатки, позволяющая повысить их стойкость а качество прокатываемого металла.

Апробация работа. Осясвнне положения диссертационной работа докладывались в обсуядалясь на ГУ Украинской республиканской научно-технической конференции "Современные методы наплавки, упроч-кяицае защитные покрытая и используемые материалы" - 1990 г., г. Харьков; на Всесоюзной научно-технической конференции "Новие материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-тев?.:ичеек05'г обработки з иашяостроеюш я г.:егадлусгпл" - 19&1 г., г. Новокузнецк; на кзучякх семинарах кафедра "Металлургия и технология сварочного производства" Сибирского ¡.этадлурги'тского института Яш. Серго Орджоникидзе; на научно:.; семинаре каргдри "Оборудование технология сварочного проз зводетва" Ленинградского государственного технического университета.

Публикации. Ло результата'-; исследований опубликовано 6 научны?; печатных работ, га них две - авторские свидетельства С2С?.

Сбъег.; п стоуктупа .гпссептапии. длссертацая состоит из введения, четырех глав, впводое, списка использованной литература и приложения. Общий объем работа составляет 153 стрпняц шззао-шеного текста, включая 44 рисунка и 14 таолиц. Список литература содержат 122 катхевевтт работ.

Ссдерханпе работа 3 первой глава проведен анализ состояния исследуемого вопроса п обоснована необходимость изучения закономерностей ¡ордирова-няя оззобого состаха, структуры и свойств бастрсрезузях сталей в" процессе накладки. Показано', что для наплавки инструмента пи пока применяется зконошолегяровакяне биетроре:зуцйз стали, ¡'¡а основе разработано значительное количество наплавочных материалов: салоонкэ п пораакошэ проволоки Кп-оГДЗЗЮ«-, Кп-45Х2^оТ, Ш-Р1Б, 1Б1-РГ2, ШК-32 п другие, покрытые атактродп: П-8?2, с:;г-г, 3 работе бгла попмьзотаяа проволока Шл-32, близкая по ■ хиг'.гичеекеыу составу к бнсгрорекусеЗ тсибдеяозо1 стали ?2:.:у» Персдектпг,н1:<! направлением развития технологии наплавки бистрорепудегэ металла являются способа, предусматривавшие лредза-

рптельный подогрев или автоподогрев наплавляемого инструмента до 2GG...25G °С, Они позволяют получить кеталл после наплавка в закаленном состоянии и исключить сдохнув термическую обработку. Последующий отпуск обеспечивает высокие эксплуатационные свойства. .

Однако в процессе многопроходной наплавки каздый наплавленный валик испытывает неравномерное тепловое воздействие. Это приводит к формированию неоднородных структуры и свойств. Так, наплавленная быстрорежущим металлом поверхность бочки валков холодной прокатки характеризуется неоднородностью твердости по обра-зуюцей, которая не устраняется при последуюаем отпуске. При эксплуатации, неоднородность свойств обуславливает неравномерней износ, который значительно снижает срок слукбц направленного инструмента , качество обрабатываемого материала. Установлено, что при прокатке наплавлентып взлкаг.ги стального листа не его поверх' кости лорнируется макрорельеф, связанный с керзБНшернны износом рабочей поверхности валков.

Применяемая для сьхлекия неоднородности наплавленного бкетро-рехуцего металла термическая обработка заключается в oreare, закалке и последующем отпуске. Она характеризуется .сдозшостыа и шкет приводить к разупроаяенпго основы биметаллического инструмента. Поэтому существует неэбходклость в разработке эффективной технологии наплавки, позволяющей обеспечить необходимую однородность наплавленного металла.

При анализе литературных данных йкло установлено, что неравномерное повторное тепловоз воздействие сварочного источника тепла обуславливает различия в легировазнести-твердого раствора и количественном соотношения шз в наплавленной бистрореггуцегд металле. Это приводят к формированию неоднородности свойств наплавленного слоя. Степень неоднородности зависит от параметров .рекша наплавки и условий охлаждения наплавленного металла. Однако отсутствуют сведения о том при каких значениях параметров, термического цикла наплавки происходят судествешпа изменения структурц в свойств наплавленного металла. Это не позволяет . установить количественную зависимость мезду параметрами термического цихкш наплавки я степенью неоднородности направленного металла к сформировать требования к технологии на ила г, кв.

Ка основе анализа известиях закономерностей форкврования базового состава, структуры и свойств быстрорежущего металла в

процессе наплавки поставлена основные задача исследования.

Во, второй глазе разработана нетбдика исследогант": и установлены качественные и количественные зависимости 1.;ежду парамет^ми . термического цикла наплавки а степенью неоднородности наплавленного металла.

Применяемые в настоящее время методики моделирования термического цикла наплавки, предусматривают использование образцов, вырезанных из-наплавленного металла. Процессу моделирования, в этом случае, предшествует стадия нагрева до температур аустенятиззцли, после чего воспроизводится реальный термический цикл. При использовании данной методика слокио обеспечить легированкость твердого раствора, характерную для реального процесса наплавки. Кроне того, в результате протекания дополнительных «лзовис преврсщснзЛ вэзык-нк процесса изменения размеров зерен, дислокационной структур!;, и т.д. 1-го приводит к изменениях; дис/^узаоннсй подзюадоста втошв и температур критических точек'фа зов: вс превращении.

,'л.т ловшеяпя достоверности результатов асслодовэнкй были разработана способ и устройства для кадзляроьания термического цикла, прок.удественно многопроходной сварки и наплавки, позволяющие воспроизводить термический цикл, начиная со стадии охлаждения из рамшша (а.с. СССР Л 1698023), Разработанная методика ссуще-' ствляяась следукщт« 'образом (рис. I); образец наплавленного металла (6) получали наплавкой отдельного валика в продольной паз кристаллизатора (4) из ваплавядегося материале, причем начало я конец, наплавки осуществляли на металлически выводных планках (3), соединенна! с токоподводаг.ш (2). Дри этом формировалось создннз-яие наплавленного валика с выводам: планками. Регистрации температуры с цель» регулирования коделируемого терки ческого цикла ' осуществляли контакаш методом. Спай термопары (7) покеааяз в процессе наплавки в сварочную взнну, что обеспечивало наделшиЯ тепловой контакт с наплавдешпд! металлам. После затвердевания наплавленного образца кристаллизатор опускали (поз П) и квитировала термический цикл наплавки с; использованием автоматической спстеми термоциклпрования (о), посредством-нагрева образца прохо-током или принудительного охлаждения, В изготовленной лабораторной установке для'моделирования термического цикла наплавки использовал.;: графитовый кристаллизатор.

процессе наплавки применяли принудительное водяное охлакдение срясталлазатора.

}ж регулирования .тешового-воздействия ,на ,!Г8ма1шннуЯ обра-взц была разработана автоматическая слотема тв^лЬцпкяяровакия,' ко-, торая позволяет'осуществлять'нагрев и охдаэдонивобразца о задан-.-ной-скоростью и необходимую ввдержку при определенной тешорату--ре. Основнда вяешиой автоматической систвми термоциклнроваиия; ' . является электронной преобразователь-программатор,. Это. позволяет обеспечить точность.поддержания гвшературц -5 и инерционность. С,1 с, чего е-1вошоздо достигнуть вра применении мехашческзй си- ■ стзш прообразования графического взоброазявя термического цикла в алсхт^ичоскай сигнал. Разработанная автоматическая система. •гс;цоцп.глйрог'ааш1 позволяет сопрэграшярогать параметра трех тер- • ашсквх циклоз. - •

О использованием разработанной кетодпки моделирования опрэ- ' деляяи парамзгрм термических циклов, под воздействием которых происходит гаксжзльное изменение структуры и свойств быстрорежущего наплавленного металла.

Наплавку образца в кристаллизатор осуществляли сяатой дугой прямого действия обратной полярности в защитно-легирующей среде азота на режимах, указанных.в табл. I.

Таблица I

Режим наплавки' ■

Параметр, единица измерения , -Значение

Ток сжатой дуги, А • - - 240., ,<;ЗС

Диаметр порэяковоД вроволокя,' щ 3,7 диаметр форетрукщего /«нала сопла

■ плазмотрона, ш , '?

■ Скорость подачи проволоки, и/ч ■ . 72

. Скорость наплавки,-м/ч ■ I

; Г-'асход пяазмообразуюцего^газа, г?/ч 1;5х1С"'4

' Расход-занятного газа, м^/с - ' 5x10""

- моделируеккй термическгй цикл в¡слвчал стадии охлаэденая после ■ наплавки до текперзтур 200,.,250 °С а стадию повторного нзгрова и охлзздеявя. Скорости охлаждения в области'температур минякаль- . ной устойчивости аус'тенита к'дефчузвоинюу превращение бь'ли вше критических. Температура повторных нагревов ъарьсровали в диапазоне 5С0...135С °С. Химический состав наплавленного шглдла, определенный методами-спектрального анализа, представлен в табл. 2

Таблица 2 ■' , Хигжческяй состав направленного металла

Хиипеск!«*; л ,, ... л ... '

йломент С N0 \У ■ Гц, V.

Содегеаниз

в наш:. , Г.-, СО... .0,73 ?,Ь.,.С,1 "Г,П.,.2,0 3,3., .о, 5 С,3...0,4 !.;зтал.ле, %

Для исследования структуры и свойств наплавленного металла в работе йц>ы использован;;:- локальный иикроренггеноспехтрзлышй анализ, катоды электронной. микроскопии, рентгеноструктурнкй (сазовый анализ, оптические тпетоды исследования, измерение твердости. Исследования выполнялись на отечественной и зарубежном оборудована!!: на рентгеновской дифрзктокотре лР0Н-2,С, на электронно;.: микроскопе РЙШ-2СС, на кпкрорентгоновском анализаторе "СаАзоая", осна-. ¡ценным энертодисперсаоннш спектрометром рентгеновского излучения "Ыли:", на аналитическом структурном анализаторе "¿Мч^л.;;:", твердомерах НП-250, ТП-7Р-1. .- , '

для оценки влияния повторных нагреЕов с различными максикадь-ныш температурами на распределение основных легирующих элементов кел'ду карбидной базой и твердый растворо;.; использовали качественный и количественный методы. До.изменению параметров релеток §аэ, регистр;!руе^см рентгеновски!.: методом о использование;.: Ь-'КвГ - излучения, качественно судили об изменении содержания в них злемек-' гоз» Расчет параметров розеток саз производили по пояозёна»'¡.йксв-г.гдпсб, характера:»; пяков:-дяя карбида £5173, для- Ге-у [ш] с для 1'е -А [110]. ¿ля яов:д:еная дэсгоэерярста результатов использовали ргнтгвнеолвктрельньй шкрэаналпз содеряаная легвру- ■ ющих элементов в твердо;,; раствора, " . '••,.•

■ газовый состав с-продсяяли по соотношению интегральных ият-ен- ' сиЕностеД дийракциокйкх линийка!!], [Ш.Х и '[Пи]. Расчет-фазового состава вшаашея ао'методике хдя трехкогаокектяоп.системы, состояцей из' £ ',. с( -фазн- и. карйидо» .¡¿¿С, Результаты, .всоледэва-' ; лий представлены втабл. 3,

• ' . /Таблица 3

5азовьй состав и легированноеть Фаз наплав-теинах образцов, подвергнутых разлячн»; повторно "нагревам, .

Температура петтор. 0 нагрев,

- Лараыэт.р . реиетки,.Ем

Содержание '. элементов-в те. - рас-творе, % у

И/

базовый состав, Но (л [ Гс-Л Ге карйадк-

Без довт. нагрева

6СС ■

1СС0

1X0

0,2911 -0.3G.iG ' 1,7Гб, С5 3,£? . С2 0,3633 1,68 е.оЗ 3,М - . ; 63

о,2шъ о.збю 1,3'-, 6.П и,ь<;' ?з

С,2310 0,3631»- 1,69 6,£2 3,ъ8 СЙ

.26 -

¿5 ... II, 26' '

12

■■ 12 , ■ 10

•> ■

Полученное результаты свидетельствуют о выделения легируздах :емзктэв из твердого раствора а образования карбадноЛ чазц в ка-азленпсы металле, подвергаемом повторному нагрезу до температур 0...Пои °С. яра охлаждении, в таком наплавленное металле обра-етсл-позшениов количество мартенсита.

Использохгшие .электронной микроскопии при исслекохзшзя наллав-ниого г.'.етелла позволило установить :!з;.:екенве форг-а и размеров гект'тесхсй состовшша в кзярострукгуре. Стереометра тескиЛ ад из показал, что объемная доля эвтектики в наплавленном г.:е?ол~ , не подав ргзвшмся повторно'.-у нагреву,равна 7,9...8,3 %, а в галле, подвергнутое повториолу нагреву до температур &5С... -

'■■¡. На данных участках идут процесс» рьют-W

- АО", С. . . ¿С, ¡еиия гладких карбид: образований, рас-агшетхсл .по гра- , зэрзк и тгяввях-янутуа лзразветв-ную фор;~/ (рис. 2). зду с этим яроис-кт укрупнение эь-гических участков, юлагаюшвхся прея-5Ствённо на стыках ссдьких зерен, за чаго в увзлпча-■ОА ДОЛЯ' свтекти-оИ оостбвдящбй. руяадо. Для подтвердде-получекних резуль-

а бшш проведены исследования лзквациояной неоднородности раз-!К участков наплавленного металла с прикекёнпем рентгеноскект-юго микроанализа. Методом скалироишвя электронного пучка по ? анализа бшо установлено, что наплавленный металл, подБэр-й повторному сварочному нагреву до температур У6С...П51. °с, порисуется покшеияып кооф£вцаеьтш ликвации молибдена, ¿пс-13ЯЯНЙ ¿шшшз в.точках, раснол аканта на различаю? рвсо?о«нзгх шк с&'зигаивя, позволил установить повалзяяу» ,v:icwi ¡opowrocTb. по BOdbi.paf.iy, ванадгв, xpewy на указанно:; yiu/rse

• , . . ^ 5 $7 89*0 размер эвтектических участко6,мн

Рис.'2,-Распределение эвтектических участков по размерам: i - наплапленн;;й металл. не- подвергавшийся повторно:?)' нагпе-ву;- 2 - наплавленный металл, подвергавшее« повторному нагреву до ILul

напдозленного металла. Полученные данные подтверждает результаты алекгройло-мпкроокояичвокях исследований эвтектики а свидетельствуют о выделении карбидной фазы преимущественно по границам зерен, в наплавленном металле, цодавргавдекся повторному сварочному нагреву до температур 950..,1150 °0.

Ка основе установленных качественни закономерностей прово-' деля исследования с цель» получения-количественная зависимости отепакя неоднородности наплавленного металла от параметров термического цикла наплавки. Для оценки совместного влияния температуря и времени ка фазовьй состав и свойства использовали обобщенный тешературно-врэкенной параметр Холломона. Расчет вэлн по взвест-ной формуле

где Т - максимальная тешература нагрева, К; - эквивалентное время, ч; С - постоянная.

Для построения зависимостей количества остаточного аустенита и твердости наплавленного металла от параметра Холломоча моделировали различные гарми?еокяе диклн. Варьировала максимальные температуры повторных нагревов в диапазоне 950...1050 °С и скорости нагрева и охлаждения от 10 до 50 °С/с. Константу С рассчятньади используя значения температуры и эквивалентного времени, характеризующие различнее термические циклы, под воздействием которых- . формируется одинаковое количество остаточного «устснята. На основе расчета параметра Холломона и обработки экспериментальных дакню: бцли получены еледукщае математические зависимости: ••

Акт = 1.2*-10"'-е' Ыр

■ Мл21

Экспоненциальный вид уравнений свидетельствует, ■ что с повы- .кениек параметра Холломона интенсивность снижения количества остаточного аустезшта я твердости наплавленного металла уменьшается. Било установлено, что количество остаточного аустенита и твордость наплавленного металла, нагреваемого повторно до каксямалкни температур нике 950 ос е вша шс о3> йзкеяястся из значительно и приникают значения 24...26 % и 840...6оС НУ соответственно, в исследованном диапазоне скоросте;! нагрева и о-лавдения.

11а основа получениях результатов нояно прогнозировать степень неоднородности яшшасенаого металла в целенаправленно осущаетвдят вцбор рок;:;,;ов кзшззки. . .

В третьей главе определены основные требования к термическое/ циклу наплавки и последующему подогреву. Основной задачей регулирования термического цикла нагглавкя является снижение глубины протекания процессов, обуславливающих формирование неоднородности структуры и свойств наплавленного металла. Еыло установлено, что для 'уненьцения'значения параметра Холлокона, определяющего неоднородность, необходимо саажевге эквивалентного времени пребывания наатавяенного иеталла при температурах £5G...IC5G °С. Однако технологические мер;:, направленные на регулирование термического цикла, .\:огут бкть недостаточна.;!!. 3 это:.: случае возникает необходимость проведения последующего подогрева наплавленного металла для растворенья вторичных карбидов г насыщения твердого раствора легкруэдя-f.îB элемента:-:» за счет протекания процесса выравнивающей дксЗузми.

Яра формировании требований к термическому щиту наплавки а последатаегду подогреву бьяа выдвинута гипотеза: предотвратим образования картенсита в процессе наплавки и перед последующа.: нагревом-позволит сохранить более однородную структуру и свойства наплавленного металла. Следовательно, температура последуащзго подогрева будет машашьной. Для проверка гипотезы была проведены экспершлентальяце-исследования влаянвя температуры охлакденкя наплавленного «атолла на необходш-уа тзмизрзгуру . 1 последующего подогрева, обеспечпэзщего гокоге- , . •-нивзцню; Сравнивались; ; д£а варианта:, первый предусматривал охлаждение- наплавленного метал-,

- да перед последующим по-, догревш до 20 °С; вто- '

-рой -/охлаждение до 230 °Û, Установлено, что один а тог »э уровень логпровйняо-. стн достигается при раэ-

- личшд температурах нагрева. Для первого варианта'" необходима .температуря

, ппгрсвэ Ю -7С...Е0 . чаи по иторог,?/. Экспоримпи-

Н 2£ 20 4S

<&

950

s

/ г

> / г

/

те /т ноо hso т,с£

Рис.. 3. Количество остаточного пустс-ната в заааоакоотп от геипврагурн го-

могеяизздви: еле наплавка до '¿С здензе после нпплавки

о".

охлэзэденм подо 21; С

тальнке данные, представленные на рас. 3, косвенно подтверэдаат указанную закономерность. Учитывая, что температура начала ¡.:артен-саткого превращения ддя стали FSi.iô принимает значения 170...2IG °С, t.;0.vu40 утверждать, что сохранение структура металла - аусгенит-.-кар-оиды - в процессе наплавки к перед последушши подогрего™ приводит к существенному синению его температуры. При ртом позыпается качество биметаллического инструмента, снижаются энергозатраты и пов'лшется производительность процесса наплавки.

Доследущий подогрев до температур вше IC60 приводит к выргьниваняю фазоаого состава и легированностя твердого раствора на различных участках зоны термического влияния. На участках наплавленного металла со структурой и свойствам*, измененными под воздействие!»! повторного сварочного нагрзва коэффициенты лаквацп»: вольфрама в молибдена снижается в 1,2 и 1,6 раза соответственно. Полученные результат свздетельствуют о растворений карбидной фазы, располагающейся по границам зерен в каснцзнаг легкругздякя элементами твердого раствора.

Г.оказако, что достижение бысохк эксплуатационник свойств наплавленного металла при последнем отпуске, возмогжо в случае сохранения високолегяровшшого твердого раствора. Иоэтодгу охлаждение с температур гошгенизацаонного подогрева а области температур киякг.ильно?! уатолчгаоств аустетшта к диффузионно:^ превращению неойходжо выполнять сз скоростями, большкш критических скоростей з ькшу.

Fia основе изложенного сфорг.тулпровану основное требования к термическому циклу наплавки и последующему подогреву:

- мшз.шзацяя эквивалентного времени яреб'ьшания наплавленного металла при повторно:,'; нагреве в диапазона теииаратур £5G...ICGG

- предотвращение охлаадеяяя наплавленного металла в процессе• каплавкг а перед последующим подогревом няке температуры начала нартенсшного превращения.

- последующий ускоренней нагрев наплавленного металла до температур, обеспечиБаюцях досгигенке достаточной однородности структуры я свойств наплашсикого металла;

- охлаждение со скоростями випе критических cKcpocreiî закалки в области температур минимально;: устойчивости аустеклта к д;;.Ъ-фузлошю1,у превракекж.

Выполнение первих двух требований бозпотло пра использовании предварительного подогрева до тешеретур + {30.. .Su z при-

- гз -

¡удительиого охлаждения инструмента в процессе наплавки.

Температура последующего подогрева, обеспечивающего гомогенизация наплавленного металла, определяется степенью неодаородно-;Тй наплавленного металла, которая в сбой очередь обусловлена ешературно-времешжя парамзтрама термического цикла наплавки а стадии повторного нагрева. Экспериментально установлено влия-пе степени неоднородности наплавленного металла яа температуру омогекизаци-л. 'Изменение степени неоднородности обеспечивали варьированием темпзратуряо-временнгж параметров термического цикла наплавки, Сяламденпе наплавленного металла пз-ред посладужапм подогревом проводили до тегио-ратур ыа + (30. ..50 °С). Зависимость температуры последующего аоде-' грева от параметра Холл омона, характера зуд це-го степень неоднородности наплавленного металла, представлена на рис. I.

Графическая зависимость показывает, что в исследованном дпа-юне термических циклов наплавки необходимке температура по- , дующего подогрева принимают значения ЮСО... 11-10 °0. Это на ..160 °С нике температур закалка для стали РС'Ло. Таким обра-

для устранения неоднородности' наплавленного металла сбуслов-ной неравномерна,! повторным тепловым воздействием сварочного очника тепла, на требуется полная закалка.

Четвертая глава посвящена практическому применении резуль-зв исследований при разработке технология изготовления валков эдяой прокатки с применением наплавки рабочего слоя. Б дей жотренн условия эксплуатации прокатннг валков и требования, 1ъявляемые к рабочему слою л показано, что'одним аз основаих-¡овапий является равномерность сбоЛств рабочем поверхности •л валка.

Рассмотрена технология изготовления проката валков, вклм'Л-

/ /

21,75 21.00. 22,25 2250 22,75 Нр

не. 4. Зависимость температуры гокоге-язацаи от параметра Холломона.

вдая:

- предварительную механическую обработку заготовки под наплавку;

- наплавку рабочего слоя с последующим гомогенизационнны подогревом;

- окончательную механическую обработку;

- контроль качества готовых валков.

С использованием полученных закономерностей и математических зависимостей определены режимы, наплавки и последующего-подогрева.

Замерами твердости до образующей бочка наплавленных валков, изготовленных но разработанной технологии, установлено, что она удовлетворяет требованиям ГОСТа 3541-79. исследования макроструктуры наплавленной поверхности позволили установить отсутствие винтовых лдявд/ характерных для неоднородной структуру.

Испытания опытно-промышленной партии валков проводилась в условиях производственного объединения "Русские самоцвета" ка стане холодной прокатки "Луо-Эи" по принятой на заводе 'технологии прокатки ленты. Критериями стойкости валков Сшш .выбраны -количество прокатанного металла кеадг переадифовка.ми а количество прокатанного металла за весь срок эксплуатации валков до выхода из строя,"Испытания показали, что стойкость валков, изготовленных с применением разработанной технологии наплавки, в 1,3 раза вше стойкости наплавленных валков, г.зготовленных по -' известкой технологии. Причиной выхода наплавленных валков из строя являлось уменьшение диаметра бочки вследствие естественного износа а съема пра перевля^овках. лзчество прокатанного металла соответствовало .требования*: технических условий,

В дрилр?;8няя к днесертацаи представлен акт гролшлеяякх исдотаний наплавленные валков.

Заключение . •

1. Разработанные способ и устройство для моделирования термических циклов наплавка позволяют воспроизводить тершнеские цаклн, начиная со стадпа охлаждения из расплава, и обеспечивает ешкение трудоемкости исследована!;.

2. Неоднородность свойств наплавленной быстрорежущей стали является результат.; неравномерного повторного теплового вогдеПстапк сварочного источника тепла п обусловлена язгле^е- -кг,<дт разового состава, структуры а ликвациокной неоднородности

наплавленного металла на участках, подвергающихся повторному нагреву о каксклальнкш температурами 950...П5С °С. Указанные участка характеризуются пониженной легированностью твердых растворов а повышенным количеством -фазы я карбидной фазн.

3. Структурные изменения заключаются в снижении объемной доли мелких карбидных образований я укрупнения эвтектических участков, располагавшихся преимущественно на стыках нескольких зерен. Сбъешзя доля эвтектической составляющей в структуре уве-' лйчйвается. - -

«1зг,;заение ляхвационной неоднородности наплавленного г.-.е-талла на участках, подвергавшихся повторному сварочному нагреву с шксшадьннш температурами £50. .Л15С °0, характеризуется повышением. коэффициента ликвации по сравнению с другими участками, • с 2,7. до 3,2 для вольфрама; с 4,1 до 5,2 хля молибдена; с 3,С до 4,6 для ванадия я с 1,4 до 1,8 для хрог.-а.

о. для прогнозирования количества остаточного аустенита после наплавка и, твердости наплавленного металла макет быть использован обобщенный температурно-временной параметр Хсллокона с константой С = 20, Изменение термического цикла наплавки, характеризующееся повышением параметра, лоллокона, приводит к снижению количества остаточного аустенита д твердости наплавленного металла, причем параметрические зависимости данных характеристик имеют- экспоненциальную фор»лу.;

6. Применение установленных зависимостей количества остаточного' аустенита и твердости наплавленного геталла от параметра Холлолона, характеризующего термический цикл наплавки, позволяет прогнозировать степень неоднородности наплавленного металла и осуществлять вкбор опт шального рекика последущего подогрева.

При наплавке по разработанному способу, предусматривающему охлакденае направленного металла нз нете тешератур М^ + * 1С,..Ьи °С, необходимая температура последущего подогрева на бй.,.ъО °0 низе, чем при охлаждении после наплавки до теетерату-рн окружающей среды. Сна находится в диапазоне 1030..Л04С и зависят' от степени ^однородности' наплавленного металла.

8. Последующий гаотенизационяый подогрев наплавленного металла со структурой » свойствами, измененными под воздействием повторного свзрочного яагрева> приводят к повшенло легировзнно-стя твердого раствора й количества- остаточного аустенита до 24...26 % при охлаздеянм» Измгнзяге- жктзацпсняой неоднородности

- J.O -

характеризуется снижением коэффициентов ликвации вольфрама у, к либдена в 1,2 и 1,6 раза соответственно. Неоднородность свойсп различию: участков наплавленного металла устраняется.

9. CroiiKOCTb валков холодное прокатки с наплавленным рабочим слоем, изготовлению: с применением разработанного способа к плавки, ь 1,3 раза вале средней стойкости наплавленных валков хс лодной прокатки, изготовленных но известной технологии.

Основное результаты диссертационной работы представлены в следующих публикациях:

1. кубков И.О., КарабельннкоБ A.M., Терентьев В.А. и др. -Влияни повторного нагрева на фазоввй состав а твердость наплавленной стали Р2ы8 // Лзз. вуз, Черная-металлургия. I93G. о. С. 64' 66.

2. Карабельннков А.Н., Терентьев В.А, изменение твердости наплавленного металла в процессе отпуска // Современною петоды на-плаыш, уцрочняавве задатаве пократвя и испальзуеыкз гштеризлк. - Харьков: 1АДД, 1030. С. 5С-52.

3. А. с. 1G96C23 ССОР, Цкл* В23Х 31/12. Способ моделирования -термического цикла сварки и устройство для его осуществления

/ Терентьев -В. А., Кара Мельников А.!,;., Зубков Н.С. (СО CP) - 4 с.

4. Карабельников A.M., Зубков Н.С., Терентьев В.А. Применение обобщат:ого тецлературяо-времэяного параметра для прогнозирования структура п свойств наплавленного металла // Ковие мзтерса-лп я ресурсосОерегаюцка технологии термической к хиквко-терьгл-часкоД обработки в мзапностроеша п металлургии. -.Новокузнецк, 1У91. С. 57-59. . v

5. А. с. 4 £834 76 СССР, Ы. Кл° С2ХДС/50. Способ наплавка теплостойки::;: сталями высокой твердости / Терентьев В,А., Карабель-еекоб А.и. (ССОР). - 3 с.

6. Карабелвнпкоз a.m., Терентьев В./.., Горковенко В.В. Об изменениях структуры в лаквацяонной неоднородности наплавленной стали F2!.;o при повторно;«: нагреве // Изв. вуз. Черкая металлургия. 1992. й 2. С. 52-54.

Подписано к печати 29 о v. 9? Заказ

Отпечатано па ротапринте СПбПУ. I9525I, С.-Петепбупг, Политехническая ул. 29.

Тппак 100 Бесплатно