автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Наплавка медных изделий медью и порошковыми материалами на основе никеля с использованием энергии релятивистских электронов

ЛИПЕЦКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РГб од -—

На правах рукописи

УДК 621. 791. 92

ПЕВЗНЕР Елена Петровна

НАПЛАВКА МЕДНЫХ ИЗДЕЛИЙ МЕДЬЮ И ПОРОШКОВЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ

Специальность 05- 03- 06 — Технология и машины

сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк — 1993

Работа выполнена в Липецком политехническом институте -

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Деев Г.Ф. Научный консультант - кандидат ф,-м. наук,

доцент Герасименко Т.А. , Официальные оппонент- доктор технических наук, - - профессор Рыясков Ф.Н.

кандидат технических наук, доцент Петренко.В.Р. ' ■

Ведущее предприятие - НоволипецкяИ металлургический комбинат

г '

Защита состоится 19 октября 1Э93 года в 15 часов в ауд.Б-210 на. заседали специализированного совета К 064.22.02 в Липецком политехническом институте до адресу: 398055, г.Липецк, ул.Московская, 30.

Ваши отзывы (в двух экземплярах, заверенные печать) просим нзравлять по указанному адреоу на имя у^Зного секретаря спсцпа-. лязированного совета.

С диссертацией можно, ознакомиться в библиотеке Липецкого политехнического института.

Автореферат разослан " " ^^ 1993.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент В. В. Карие

• Л

Актуальность тоботи. В промышленности, в частности d металлургическом пропзводстио пироио используются изделия из меди, работающие при высоких температурах в контакте с закристаллизовав--оямся или расплавлённш мстаиоц. При этом происходит интенсивный взнос кодшяс изделий. Б связи, о дефицитностью- мэди и её высокой стоимостью изделия из г-.едх; упрочняют пли восстанавливают различным!! способами. Один из таких способов является наплавка. При • этом, поскольку кедь обладает высокой теплопроводностью л тепло-, ёмкостью, для получения качественного соединения наплавленного металла с основным, особенно для наплавил массивных изделий, пеоб- • ходило или применение предварительного я сопутствующего подогрева, ели использование концентрированного источника нагрела, . •

В отоа с вязе для наплавки иэделяй из меди, очевидно, целесообразно пртеекснио олэктронло-лучозой наплавки, поскольку в этом случае появляется возможность удовлетворить вознвкапяне технические и экономические требования, Однако, поскольку больеншетво таких изделий имеют достаточно б о ль око габариты в иассу, то использование обычной элоктрохшо-лучевой технологии потребует пр те пеняя вакуумных камер больного объема. Это, естественно, приводит к снижен™ производительности и повышению затрат при наплавке, Между тек, в последое годы созданы ускорителе електронов болшой моп^ностп {60 я более кВт), которые позволяют гшвести ноток электронов в атмосферу, Пряпшшально показана возможность осуществления процесса наплавки в открытом воздухе при использовании таких ускорителей электронов. Однако, систематическое исследований пропесса кашшвкя ври притененки анергии пучка релятивистских электронов до настоящего времени не проводилось, Позтоку. изучение влияния различных факторов на отдельные стадии процесса наплавки и, прежде всего, форкярование наплавленного сдоя, образованно дефектов, сплавление ссцоеного металла с наплБЕлеюшм является актуальный, так как позволят дат» рвхомеидашш, необходимые для разработка технологии ыаолаыш конкретнее геделй.

Сед, pafltra. Изученд) особенностей {оркяроьанля вдигаЕлеино-го свое при наплавке кедвых яздел*2 с исдюльвсвашгеи ввергия сучка- електронов, выведенного в агкосферу.

рта г> туе заточи. Нзучжть влияние сверочьсго «ст«тми «моты ва сшч&ыеюстъ твердого иатша расплавленным в светема

А

медь - кедь, медь - никаяьзромошй став.

Установить роль отдельных сад (гравитационных, поверхностного натяжения, реаяшзшог) г процессе формирования наплавленного слоя.

Определить влияние терыокаштлярщос явлений на перемешивание основного и наплавленного металла.

Разработать рекомендации по наплавка кедных изделий с использованием энергия пучка релятивистски электронов.

Научная новизна. Впервые проведена эксперименты по крплавке меди и иикальхромовкх сплавов не кедь при использования оперши пучка релятивистски электронов. Изучена особонностя формирования однослойных и многослойных износостойких покрытий на кеда,наплавленных с помощью сканирующего пучка электронов. Определены критические значения скоростей нашкнши V кр. , при которых, наблюдается нарушение геометриянаплавленного валика вплоть до проявления эффекта каплеобразования.

Изучено Елиянле отделышх сил и установлены основныо характеристики процессов растекания иедпого расплава по поверхности твердой кеди я твердой стали 12ПШ9Т под воздействием электрической -дуги, лазерного и электронного луча.

Экспериментально определены значения реактивных сил, возникающих вследствие испарения металла под воздействием электрической дуги и электронного луча, Установлено, что реакгяшшэ силы существенным образом завися* о» с алы тока и материала подложки.

Расчетным путей получены значения скоростей и потоков расп-лавлешюго металла,, возюшаашах в результате наличия градиента поверхностного натяжения.

Проведенные исследования позволяет дать технологические рекомендации со наплавке износостойко покрытий на медные изделия с поиощьп пучка релятиввстских электронов..

Практическая ценность габоун. На основания проведенных исследований установлена возкожность использования внергии релятивистских, злентронов для наплавки медшх изделий больпой шеен; Разработаны рексиендвшш со Шбору оптимальных -режимов ведения процесса наплавки с помощью пучка электронов, обеспечиваниях но« лучение качественного наплавленного слоя на медных изделиях.

Аппсбадия оабогн. Основные положения диссертационной работы

докладывались я обсуждались на семинара-совещания "Модификация структура и свойств металлических материалов электронными пучками", 1989 г., Липецк; на конференциях "Повышение эффективности сварочных работ" - 1920 и 1992 г.г., Липецк; на И Всесоюзной конференции "Понерхностике явления в расплавах и технология нових материалов"-1991 г., Кисе; на XIУ конференции "Структура я прочность материалов в широком диапазона температур" и 12 шоле-семцноро "Зизика и технология электромагнитных воздействия на структуру и механические свойства кристаллов" - 1592 г., Воронеж; па научных семинарах ка-фодри сварки Липецкого политехнического института.

Публ:;;;ят::1 п. По результатам исследований опубликовано 7 работ.

(М^'л хГ огруетур,-) дкссептатщп. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка использованной лнтсратурц. ОбцяЯ объем работа составляет страна* иазтгописното текста, включая 40

рисунков и 14 таблиц. Список.литература содержит 112 наименования.

ССДЕРЕАШ-Е 'РАБОТЫ

В первой главе рассмотреш! особенности сварки и наапавки кед-шгх нзделн!'.. Разработанные до настоящего времени технологии но позволяют осуностплять наплавку износостойких материалов на модниа из дел ¡-л больно" то.чшшш без предварительного п сопутствущего подогревов, что снижает производительность и технологичность ведения процесса. Получение качественного соединения с кздью, особенно для массивных издали!*., возмогло при применения остросфокусярованного и висококонцонтр:фонаиного источника энергии, каким и является злектрошш."! луч, выпущешшй в атмосферу.

.Известен ряд работ таки авторов, кок А.Н.Скрински."., Л.П.Со-мянскаЯ, В.А.Торбунов, в которых рассмотрена принципиальная возможность применения релятивистского пучка электронов для сварки и наплавки, но пгомлиленнсго опита применена такого источника энергии для напляпки, практически нет. В публикациях на эту тему нет я систематического анализа влияния отдельных параметров процесса на качество и {оумирование наплавленного валика, отсутствуют экспериментальные данные о насьценш наплавленного металла газамг, о возникавши при наплавке дефектах.

Из работ А.И.Акулова, В.Р.Рябова, Б.Н.Борезовского, Г.Г.Черии-шова г других авторов схедоег, что суавстьвикое аяаянгв на пс:«де-нае расплавленного металла в ЗсршгрсЕаниэ сварного шва к кзядав-

лсшого валика оказывают поверхностные явления, в частности, смачиваемость основного металла расшшйлештм. Кроие того, я об этом свидетельствуют» например, данные работ Д.М.Рабкина, В.Р.?ябова, Г.Г.Юршш и других исследователей, смачиваемость во многом определяет качество соодлаоняя иещу осиовиш л напдаалошшм металлом.. Особенно ватина эта роль при сварка и наплавке разнородных металлов.

• Исследования, проьодашше до настоящего ьрош;ш, в основном выполнены для систем расплавленный металл - твердой металл, находящихся в изотермических.условиях. Мозду тем, в условиях сварка и наплавки, lia расплавлении!; ¿кгталл действует источник тепла, наличие которого шжет существенно повлиять на смачиваемость и расте:шш;о расплава по твордому металлу. К сожалекта, в лпторатуре практически отсутствуют сведения о поведении расплавлешшго металла под воздействием таких источников тепла, как электрическая дуга, лазерный и электронный лучп. Мелду том, в этом случае аа цроцесс смачивания я растекания оказывает влияние келий комплекс сил и преждо. . всего силы реактивные, гравитационныо и поверхностного натяаения.

С цехыо выявления роли отдельных сил необходимо экспериментально определить величина реактивных сил, возникаетих вследствие испарения частя металла. Однако, з шегогацее вреда имеется ьшо сведений о роли этих cm при воздействии иа ыотаял электрачоской дуги а полностью отсутствуют экспериментальные данныа о величине реактивных сил при использовании в качестве источника тепла электронного луча. -

Поскольку гидродинамические процессы в сварочной ванна отзывают влияние на различные стороны формирования сварного и наплавленного соединения (пррплавлоние'металла, степень перемешивания основного и наплавленного материала, образование пор, подрезов, неметаллических включений а т.о.) представляет интерес оценка движения потоков расплавленного металла.

В связи с этим в данной работе проводились исследования о целью решения следупдих задач:

1. Проведение комплексных исследований, включающих установление возможности наплавки порошковых и влектродных материалов на медные изделия с помощью энергии пучка электронов.

2. Изучение влияния сварочного источника теплоты на смачиваемость твердого металла расплавленным в системах медь - медь,

медь - никельхромошй сплав.

3. Определение роли отдельных сил (гравитационных, поверхностного натяжения, реактивнызОв процессе-формирования наплавленного слоя.

4. Определенна влияния термокзпиллярных явлений на перемешивание основного и наплавленного металлов.

5. Изучение структурных изменений в материале и образования дефектов в наплавленной слое.

6. Разработка рекомендаций по наплавке медиа изделий о ес-пользованием энергия пучка релятивистских электронов.

Во второй главе описана методика а приведены результатов экспериментов по наплавка lia йедь иедд и някельхромовшс порсаков с ■ помопгьв энергии релятивистского пучка электронов на установке алв-4.

Пучком электронов энергией Е = 1,5 мэВ и »дойностью Р = 30-50 . кВт с разверткой воздействовали на двЕжувдЙся перпендикулярно траектории движения луча модный образец. В качестве наплавочных материалов па медкне плйстпш толаиюй 4,5 я 12 мм была использованы следувдие материалы: медный порошок, медные. пластины ?> = 2,5 мм, ' а такке. порошки следушгас марок: П?-Ш30Х13С2Р, ПР-Н70Х17С4Р4, ПГ-ЖЮСР2, которые могут повысить ганосостойкость медных изделий, • работящих при высоких температурах.

Изменение глубиш проплавлёшм образца в зависимости от головни наплавленного слоя я скорости наплавки представлено на рис. I.

ГГри наплавко всех t.-л тер палов било отнечсшо, что с увеличением скорости наплавки (пра Р »const ) происходит нарушение геометрии валика, появляются переюпки, вплоть до формирования наплавляемого порошка в отделышз капли. Этот же эффект кашгеобразоваиия был отмечен и А.Г.Григорьяндем при лазерной наплавке порошковых материалов. Анализируя результаты экспериментов можно определить критическое значение скорости V кр., при достижении которой наблюдается эффект каплеобразования. Это связано с там, что, по-видимому, вводимой шергии недостаточно для разогрева подложки до такой темпера-, туры, при которой обеспечивается хорошее смачивание твердой меди, расплавленным металлом и происходит его растекание (рис. 2) ',

Хорошее формирование наплавленного валика на медных пластинах толщиной 12 мм удалось получить при следупдяг значениях энергии пучка Q, необходимой для расплавления слоя никельхромового порошка

A&f

¿34 Sm&.Hff

•

< N

< N N <1

*г i-

я i ■i *

гг к. ¿L& Î

5)

e s я? £* . л? ss ^ /гя?/с

Рис. I. Изменение глубины щюплавлэнпя сбразпа Елр. при I = 30 <?А, V = 8-9 Гц, бил. = 12 ш: а) в зависимости от толщины наплавленного слоя:

I - МГ; 2 - ПГ-ХН80СР2, ПР-Н70П7С4Р4, ПР-НеОПЗС2?; ' б) в зависимости от скорости наплавки rssi порошков ПР-ЕЕ0ПЗС2Р, 'ПР-Н70И7С4Р4, ПГ-ХН8ССР2:

I - толпина порошш I мл; 2 - толзпна поропка 2 кг.-; 3 - котика поросла 4 мм

M Vt Ya

JO Л> * Y/

v/A

О

В)

д. мм

SO

го хо о

В.

£> JO

У/

V L-г-

'A

а о jo ji Y,»«/*

iо о

5)

1 ■

^ J

Va

to

Ряс» 2. Зависимость вариш В наплавленного слоя при наплавка на медные пластики

б пл. * 12 ми, I в ЗЭтА; ? = Б-9 Гц от скорости наплавки для различных марок и голсш порошков ( //// - область каплеобразоваяия) : а - HF-H8QXI3C2P, HP-ÎT70U7C4P4, БГ-2Н6ССР2 - б пор. = I км; б - ПР-НВДНЗС2Р, ПР-ХЕ00СР2 -§ пор. 2 мы; в - ПР-Н70Х17С4Р4, ПР-ШШЭС2Р - 5пор. = 4 гаг; г - Ш (псрозок)-5пор. - I¿-2 мм, Щ (пластина) - 8 пл. = 2,5 им

определенной толщины.

IЬ ТО о

Q = 116-10 -140 10 Дж/ы - толщина нанессшого слоя I и 1,5мм

0= 48-10^-77-I012 Дж/м^ - толщина нанесенного слоя 2 мм

G = 29-10*2-36-10*2 Дж/ы3 - толщина Нанесешого слоя 4 мм.

При.наплавке как медного порошка толщиной 1.и 2 ш, так а медной пластины толщиной 2,5 ш хорошее формирование шва, прочное сцепление основного и наплавленного металла обеспечивается в более широком диапазона режимов наплавки; Q = 40 IQI2-I28 I0*2 Дж/м3. Для болое тонкой подложки Í б = 4,5 мм) задача получения качественной -наплавки становится более проблематичной. Таким образом, область оптимальных значений режимов наплавки для пластин толщиной 4,5 мл заметно сужается: Q = 46 10*2-49 10* 2 Дк/м3 - толщина нанесенного слоя I и 1,5 км; 0= 22 I0I2-25 ¿О*2 Дж/м3 - толщина нанесенного слоя 3,5 и 4 мм.

Нами также была проведена сердя экспериментов по получению многослойной наплавки на пластинах 6 » 12 ш. Двухслойное покрытие формировали ¡сак из однородных, таи и разнородных материалов. Толщина каждого из слоев колебалась от I до 4 мм. Во всех cjj/чаяг наблюдалось хорошее формирование наплавленного валика, но при наплавке слоев 4 мм и более в отдельных случаях наблюдаюсь появление. таких дефектов, как подрозы a "ipeaimn.

В связи с тем, что процесс наплавка с помощьв пучка электронов 0сущестпляется без дополнительной зашита расплавленного металла, в нем возможно появление таких дефектов, как. поры и переход газов в нашшвденкый металл. Били проведены исследования зависимости количества дефектов от материала порошка, основного металла и содерзьааня газов, в наплавленном металле, которое определялось на газоанализаторе ЕА0-202 методом вакуушюй плавки. .

Анализ полученных дагашх показывает, что поры наблюдаются только в отдельных образцах. Это объясняется вероятно тем, что при наплавка пучком электронов обеспечивается достаточно хорошая защита жидкой ванны от воздуха вследствие выделена» паров металла. Это подтверждается ьеэначителышы фодеряанием азота в наплавленном металле (0,002-0,005 Í). Более сильную склонность к образование пор смеет порошок марка ЦР-Н70Н7С4Р4.

Испольаеваняв такого мощы&го источнака теплоты, каким являемся пучок метрик»*, неизбежно приводи ж струхтуршш изменениям в

основном металле а определяет структуру наплавленного металла.

Микроструктура наплавленного материала ПР-Н70Х17С4Р4 представляет codoíi нихальхромовый у-твердый раствор, барад никеля я сложную эвтектику. Микроструктура наплавленного материала ПР-Н80ПЗС2Р состоит также из ипкельхромового у -твердоЛ раствора ярко выраженного дендритного строения и эвтектики. Maipoтвердость наплавленного слоя порошком ПР-Н70П7С4Р4 составляет 400-750 кг/мм2, a noponiKOfa ПР-Н80ДЗС2Р - 250-500 кг/юл2.

Отмачоно, что на периферийных участках наблюдается шплески наплавленного материала в основной, происходит перемешивание наплавляемого и основного металла. Поскольку и процесс формирования наплавленного^ слоя, д переыевивания основного металла с наплавляемым связан с поверхностными явлениями, необходило установить их роль в этих процессах.

В третьей главе описаны методика, и результаты экспериментов по изучению влияния различии источников нагрева на растокание медного расплава по поверхности твердой меди и твердой стали 12П8Н9Т. Подломи представляли собой медные я стальные пластины размером 30x20x5 мм, а масса медной навеска расплавляемого металла во всех экспериментах оставалась постоянной а была близка к 520 iя*. Исследования по воздействию электрической дуги проводились на специально смонтированной установке, а по влиянию злекгро1шого л лазерного луча - на стандартных установках. При этом, в первой случае была использована защитная атмосфера - аргон, при воздействии электронного луча опыты проводились в вакууыо, а при воздействии лазерного луча - в воздухе,- Процесс растекания фиксировался о помоаью кинокамера "Красногорск-3".

Как видно из графика, в случав растекания медной капли по стальной подложка (рио. 3) зависимость изменения радиуса смоченной поверхности во времена носит линейный характер при воздействии как электрической дуг*а, так и электронного луча. Причем, с увеличение» силы тока увеличивается в угловой коэффициент наклона прямой.

Дяя медной подложил зависимости R (4 ) существенно отделается от линейной (рис. 4). Анализ полученных графиков ссзьсляе* выделить три участке кенетеокей кркаоВ эйвяешосга радиуса сис-ченной поверхности е* времена.

Нельзя не сказать о н&ыча га* ваднваенвго "ворога смачивае-иоста" - температуры, при потерей срогсход!» резко« измвявниа

А.

MX ¿i

/г

ло

é

6

iif 12 /О

О

< <*

г*** •

fil

о)

4 _ s ¿г JS гО г4 гв зг js -¿.с

4

. \ • •

Jy

■Ж

.

•

5)

& jo *t t, а • *

tao, 3. ?аототнт иедноЯ хашш по сташ105 подложке :

а) под всздеЯегваеи адектроннсго луча:

- 20 mi. >#4» - 25 mi, é-« - 30 <п à; в) ocx виздеасгмеи алектрпескоС дуги:

- 73 к, - ез А, - S3 к

гяаЗ,

юо ео 66 АС ¿■О

г

им

- <14

- /<?

¿0

&

6

Л

1 ■ ГТ"' У *НА

1 1 1 *

А

■

13 го ¿4 гв *г м ¿.с

5)

Рис. 4. Растекание медной капли по медной подложке:

а) под воздействием электронного луча при I = 20 А:

б) под воздействием электрической дуги при I

= 53 А:

радиусов смоченной поверхности. В экспериментах эти явления наблюдалось при нагреве шишака до Т = S5Q-1G50 К.

Под действием лазерноголуча, вследствде высокого значения коэффициента отражения меди в еа высокой теплопроводности, не удалось расплавить ыедауг кашда цря использовании лазерной установки "Спвктро-физикс 975" мощность» ü кВт..

Полученные лама результаты существенно отличаются от известных теоретических моделей и от растекания меди по сталям в изотермических условиях^ Это может быть как следствием перегрева расплавленного металла под действием источника теша, гак и действием возникающих при это« додаянягашшхсял, к которым предке всего следует отнести реактивные силы, возникающие вследствие испарения части металла. Проявление этих сддобусловдоно тем, что вылетающие частицы передает свой шлульс надкому металлу. Величина реактивной силы при этом определяется: - п

аР- импульс, переданный вылетевшими частицами за время дЪ . Для численной оценки этих сил ыояно считать, что скорость частиц . испаряющегося металла: ,———>

\J-fi~.,

тогда величина импульса равна: "1<" лР = й(П^р. . Величину бгп нохно непосредственно измерить.

Определенные окспершентально значения РР под воздействием дуги на металл хорошо согласуются с расчетными оценками, полученным Г.И.Лескошм я В.И.Дятловы«, что позволяет сделать вывод о работоспособности данной методика расчета и оценить значение Рр под воздействием электронного луча, гак как никаких данных в литературе по-этому вопросу нет.

При расплавлении капли под воздействием электрической дуги и электронного луча было обнаружено, что реактивные силы существенным образом зависят от силы тока. А также, что реактивные силы, возни-ковдив при испарении медной капли со стальной подложки <« в 1,5 рпзв больше, чем при испарении такой же капли с медной подложки (как в случае воздействия электрической дуги, так а в случае воздействия электронного луча).

Нужно отметить, что реактивные силы являются сосредоточенными, что подтверждается образованием на исследуемых образцах кратера в

зоне наиболее пнтенсишого испарения материала.

Б этой же главе приведена методика расчета скоростей потоков расплавленного металла, возкякавдйх t> сварочной ванне под воздействием электронного пучка. îlpii перемеиении пучка электронов вследствие значительного градиента температур будут существенно отличаться и значения поверхностного натяяеняя ( & ), что ког.ет стать причиной появления потеков расплавленного металла, то есть проявлением так называемого "эффекта Марангоня".

Примем, что ска Fit , действующая на пеяоторий элемент :зо-верхностп

сe(c (ipU3/x )/3dS

Эта сала урашовешлюется грядлёптоы силы поверхностного ita-тяжения d ^ .

Приравняв эти cï'jtu и интегрируя по х от О до Б, получаем, I/ - ( >1/3

«¿г lS~b

Однако, вследствие градиента температур'по пути перемещения потога меняются тедяо$азические харазгтеристики металла.'С учетом температурной зависимости вязкости ), плотности (_р ) п б" ., с помощью GH.J памп проведен« расчеты U для различных вариантов ширина наплавляемой дорожки. Полученные расчетные значения оказались 'ниже, чем для случая, когда эта зависимости не учитываются и близки к экспериментально получеишм данный, приведенным в работах С.В.Найдича. Том по ыонео, скорости эти довольно высоки и достигают 4-5 м/с.. Скорость потока расплавленного металла зависит от ширины участка, подвергаемого тешюфизическому воздействию. При этом, чем уже иаилааяяодшЯ участок, тем большие скорости приобретает поток расплавленного металла. ^

Согласно работам ^f- различают четыре

типа точеная расшааяейного ма галла. По расчетным данным в случае наплавки пучком электронов ийкеяьхремовнх пороаков наиболее вероятным типом течения будет течение поверхностных слоев Марангони.

Таким образом, поверхностные явления оказывают определенное влияние на формирование наплавляемого слоя я состав наплавленного металла. Следовательно, поверхностные явления необходимо учитывать при разработке технологий наш.авкя а, в особенности, разнородных материалов..

Полученные результаты комплексных исследований позволяют

* • 16 перойтя непосредственно к разработке технология наплавки медных плит кристаллизаторов,

3 производстве нэпрорнвного литья заготовок одной из проблем является непродолжительность срока службы шдного кристаллизатора из-за интенсивного- износа материала стенок. В связи с этим пород исследователя/ли остро встает задача повышения износостойкости мед-гад стенок кристаллизатора.

В чстворто!' главе епксада условия работы и рассмотрен сущест-вуший опыт, восстанспшшя и упрочнения кристаллизаторов. Анализируя работы, проводешие в этой области, модно сделать вывод, что наиболее часто для наплавки медшх зфисталлизаторов используют никель, хром и их «дави, а также сплаш на основе молибдена sun кобальта» В качество добавбк используют ioctjop или rtop.

Помимо проблемы выбора материала для упрочнения кристаллизатора с требуемши свойствами износос1о2!кости, твердости и т.п. в oroii задаче существуют ограничения по толщине заносимого покрытия, обусловленные топловым рохшох работа кристаллизатора, .анализ которых свидетельствует о целесообразности шшосешш износостойкого покрытия л 1знь на нижнюю 1/3 часть плиты, как наиболее подверженную износу. Для уменьшения или полного исключения коробления стенок, возникавши при наплавке» в улучшении условий теплопередачи в зоне износостойкого покрытия, нами предложено наносить покрытио не сп-ладккм слоем, а отдельными волосами, заполняя пазы, предварительно про<5резероиашше в тело кристаллизатора i различным шагом, учитывающий неравномерность износа стенок..

Полученные результата коиаюкешх исследований позволяют дать слодушпо рекомендация по технологии наплавки износостойких покрытий на ысд'а;е изделия с помощью пучка электронов:

1. В качество наплавочного материала использовать порошок ПР-К60НЗС2Р, давдиЯ иикротвердоегь наплавляемого слоя 250-500

■ кг/мы^. При наплавке этого порошка наблюдается хорошее формирование наплавленного валика, отсутствуют такие дефекты, как поры и трещины.'

2. ворча канавки в юл© кристаллизатора - прякоугольтая, . 10x10 им, длина - SCO'voi.

3. Зазлдненве какавох осуществлять в 3 приема: I слой - 4-5 ш; 2 ыоЗ - 4-5 '«д; 3 czot - "коалетстескй" - 1-2 мм.

4. Гекеиекдусмаю pexraai для осноиаа валексв: сита тска - 18

гаА; частота развертки V- 3 Гц; скорость ведения процесса У= Ют/о,

Лля к осмотических валиков применяются более мягкие реяиш: сила тока I = 6ш.А; У» 8 т/с,

сбщие вывода

1. Использование энергии пучка релятивистских электронов позволяет вести наплавку массивных деталей из меди в воздушной среде,' устраняв тем самим ряд технологических трудностей, характерных для других способов наплавки. Однако, процесс наплавка медных изделий пучком релятивистских электронов к настоящему временя совершенно

не изучен.

2. Изучение технологических особенностей процесса поплавки медных изделий пучком релятивистских электронов показало, что при наплавке в воздухе не происходит заметного перехода 02 п 113 атмосферы в наплавленный металл и при оптимальных режимах нагиавки не наблюдается пор, трещин, иесплавленвЯ в подрезов. Структурные изменения в основном металле зависят от мощности пучка, толщины и вида наплавочного материала.

3. Формирование'напаавлепного слоя при наплавке электрошшм лучом медных изделий ыедыо :з порошкаии па основе никеля определяется силами поверхностного дагяяеняя (смачиваемостью твердого металла расплавленным). Реактивные силы* определенные оксперимеыталыш, увеличиваются с ростом силы тока, зависят от материала подложи я . находятся в пределах (1,2-4,3)- 1СГ3 II. Действие реактшлшх сил в основном сводится « образованно кратера в наплавленном металле.

4. Впервые исследована смачиваемость твердого металла расплавленный при воздействии на¡расплав электронного луча. Установлено, что в этом случае найшдавгея и1тенсЕ4вдрованне процесса растекания расплавленного металла по поверхности твердого при достижения определенной температур! основным металлом.

5. Установлена четкая связь между смачиваемость® твердого ме-т&тла расплавленным з нарушением ^ормкрмшля валика, наплавляемого на медное изделие. Нря ухудшения сдачвваемостя происходит стягивание наплавленного валика вплоть до образования отдельны* капель. Регулировать смачиваемость твердого металла расплавленным можно за ■ счет изменения энергии, вводшоЗ в основной ме'талл.

6. Расчетным путем определены скорости потоков в ванне наплавляемого металла, возникающие при наплавке, колеблющимся лучом.

вследствие появления градиента поверхностного натяжения на периферийных участках ваты. Установлено, что наиболее вероятным вадэи течения металла при наплавке. колебдакшея электронным лучом является течение поверхностных сдоев типа Марангаш. Возникновение этих течений приводит к персмсишшшю основного и наплавленного металлов.

?. В качестве примера по использованию полученных результатов рассмотрена возможность наплавки медннх кристаллизаторов установок непрерывной разливки стали на Нополвлецком металлургическом комбинате.

8. На основании изучения условий эксплуатации кристаллизатора и литературных данных, по погашению износостойкости кристаллизаторов была предложена конструкция кристаллизатора и технология вос-сганоаления изношенных и повышения работоспособности нових кристаллизаторов.

Основные результаты диссертационной работы представлены в' сдедуюаих публикациях:

1, Захарснкова В.И., Кутузова Е.П., Деев Г.Ф,, Рубцова Л.Л. Влиянио режима на плавки пучком рлсктронов на размори зоны проплав-•лопия и структуру металла/Тозисы докладов к семинару-совещанию 6-8 июня 1969 г. "Модификация структуры и свойств металл тести мате- • риалов электронными пучками", Липецк, 1289 - с.42-43.

2. Деев Г.5., Герасименко Т.А.,; Кутузова Е.П. Растекание ие-.таяла в условиях сварки алзвлеш.еи/Теэисы докладов к конференции "Повышение эффективности сварочных ра^от", Липецк, 1920 - с.34-37.

. 3. Кутузова Е.П., Герасименко Т.А., Шипов С.Г. Реактивные силы при сварке плаадением/Тезпсн докладов к конференции "Повышение эффективности строчных работ", Липецк, 1250 - с,38-40.

4. Доев Г.4., Певзнер Е.П., Герасименко Т.Д. Формирование наплавленного уотадла на поверхности медных изделий при наплавке пучком олоцтронов/Сб.тезисов докладов к ИУ конференции по тепловой микроскопии "Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур" и £1 пколы-ссмгвара "4нэпка в технология электромагнит-них воздействий на структуру в «еханическиа свойства крясгадлов", Вороне», 19&2 - с.8В.

5. Леев Г.Ф., Повзнор Е.П., Герасименко Т.А. Нанесение упрочняющих покрытий на мэдшв изделия пучком релятивистских электро-нов/Тезпсы докладов конференция "Повышение эффективности металлургического производства", Липецк, 1992 - с.16.

6. Леев Г.Ф., Герасименко Т.А.Певзнэр Е.П. Тормокапиллярныо явления при шплзекэ пучком элэктронов//Сварочное производство, 1993, К 2, с.31-32.

7. Леев Г.5., Герасименко Т.Д., Кутузова Б.П., Гончаров Л.Я. Растекание металлического расплава в условиях сварки плавлением// Адгезия расплавов п пайка материалов, 1993, вып. 29, с.11-12.