RU1771440C - Способ сварки трением - Google Patents

Abstract

Использование: дл  сварки трением стали с чугуном, содержащим шаровидный графит , в различных отрасл х машиностроени . Сущность изобретени : при сварке трением деталей из чугуна и стали примен ют чугун с графитом шаровидной формы и структурой, характеризующейс  содержанием графитных шариков 280-320 на 1 мм2, ферритных зерен 280-300 на 1 мм2 и долей шаровидного графита более 95% в общем содержании графита. Врем  трени  при сварке устанавливают таким образом, чтобы диффузи  углерода, в сталь в зоне сварного соединени  была минимальной. Давление сжати  выбирают таким, чтобы происходило лишь количественное выпрес- совывание науглероженного расплава и не допускалось расплющивание графитных шариков в пластины. 1 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относитс  к сварке давлением , в частности саарке трением стали с чугуном, содержащим шаровидный графит, при котором между контактирующими поверхност ми стыкуемых деталей создают посредством вращени  относительное перемещение и стыкуемые детали прижимают друг к другу их контактирующими поверхност ми как в ходе относительного перемещени  (фрикционное давление), так и в неподвижном состо нии при более высоком давлении (сжимающее давление).

Целью изобретени   вл етс  повышение прочности соединени .

Эта цель достигаетс  применением чугуна с графитом шаровидной формы и структурой , характеризующейс  содержанием графитных шариков 280-320/мм2, ферритных зерен 280-300/мм2 и долей шаровидного графита 95% в общем содержании графита; врем  трени  устанавливаетс  таким образом, чтобы диффузи  углерода в сталь в месте сварки трением была минимальной; величина давлени  сжати  выбираетс  такой, чтобы в процессе сварки трением происходило лишь количественное выпрессовывание науглероженного расплава и не допускалось расплющивани  графитных шариков в пластинки.

1 ч|

Ј

4 О

Сл)

Обычно причиной дефектов в зоне сварного соединени  при сварке трением  пл  етс , помимо прочего, сдавливание в чугуне шаровидного графита. В св зи о этим задачей , решаемой насто щим изобретением,  вл етс  нахождение технологических параметров , при которых удаетс  предотвратить такое сдавливание и одновременно обеспечить прочность сварного соединени , соответствующую прочности основного материала (стали и-чугуна),

Изобретение основано также на знании того, что ограниченна  способность к спар- ке трением про вл етс  в результате обусловленного теплотой трени  растворени  углерода, которое вследствие быстрого отвода тепла через деталь приводит к образованию ледебурита и мартенсита и, тем самым, существенному охрупчиванию материала . Следствием этого  вл етс  затруднительна  обработка деталей из-за недостаточной в зкости и по вление трещин от внутренних напр жений на элементах конструкций.

Проведенные исследовани  показали, что примен емый в насто щее врем  чугун может содержать в своей структурее охруп- чивзющие элементы, которые после осуще- ст влени  сварки трением сразу же привод т к образованию грещин и повреждению материала .

Используема  в насто щее врем  после сварки последующа  термообработка удорожает процесс, и така  термообработка не может устранить первичные трещины от внутренних напр жений, то есть трещины, возникшие непосредственно после завершени  процесса сварки трением. В св зи с этим возникла необходимость выполнить воспринимающее нагрузки сечоние сварного соединени  без дополнительной термообработки и Оез содержани  ледебурита, Поэтому одна из задач, которую необходимо решить при, реализации изобретени , заключалась в том, чтобы усовершенствовать материал чугун с шаровидным графитом, сделав его пригодным дл  сварки трением, и избежать ухудшающих качество ч/п/на структурных изменений, в частности по влени  ледебуритной или мартенситной структуры под вли нием теплоты сварки трением.

Используемый дл  изготовлени  чугунной детали чугун с шаровидным графитом характеризуетс  определенными свойствами в зкости.

Элементами, придающими хрупкие свойства,  вл ютс  марганец, хром и медь, а также фосфор, сера и микроэлементы. При производстве чугуна согласно изобретению

беретс  (перед обработкой магнием дл  образовани  шаровидного графита) предпочтительно расплав, содержащий Мп 0,01-0,25%; Сг 0,01-0,05%; Си 0,02-0,05%;

Р 0,01-0,02; S 0,001-0.02%. а также карбид- стабилизирующие микроэлементы - висмут, олово, селен, теллур, сурьма, молибден, ванадий в общей концентрации не более 0,15%.

Из техники известно, что элемент кремний сплавл етс  в ферите и с увеличением содержани  приводит к повышению хрупкости . С другой стороны, кремний  вл етс  важнейшим легирующим элементом, стимулирующим выделение углерода во врем  затвердевани  и тем самым предотвращающим образование цементит- ной или ледебуритной структуры.

Дл  обеспечени  низкого содержани  кремни  при оптимальном и стабильном затвердевании при точке эвтектики зарекомендовали себ  как предпочтительные следующие технологические приемы.

С целью стимулировани  процесса кристаллизации графита содержание углерода

з расплаве устанавливают предпочтительно в пределах 3,75-3,85%. Содержание кремни  в базисном расплаве устанавливают предпочтительно в пределах 2,14-2,16%, при этом проводитс  преимущественно

двухступенчатое введение затравки в расплав до получени , окончательного содержз- нип 2,30 ± 0,10%,. Кроме того, дл  уменьшени  обусловленной технологией склонности к переохлаждению и тем самым

дл  того, чтобы избежать затвердевани  с образованием карбида, целесообразно проводить обработку чистым магнием в конвертере при содержании Мд 0,045 ± 0,005%. В результате благодар  предложенному

составу расплава и методам его переработки материал приобретает такие свойства, которые согласно изобретению привод т к достижению значительного соответстви  со свойствами стали и тем самым создают решзгощую предпосылку дл  однообразного поведени  материалов после сварки трением .

Соедин емые между собой материалы  вл ютс , с одной стороны, ферритным чугуном с шаровидным графитом и конструкционной сталью, с другой стороны.

Прочность получаемого сварного соединени  соответствует прочности обоих сое- дин емых между собой основных металлов. В очень узкой зоне шва (100 ту) происходит незначительное повышение твердости вследствие образовани  перлита  вл ющейс  в остальном ферритной основы. Это относитс  к состо нию без дополнительной термообработки.

Врем  трени  и давление нагрева и проковки завис т от размеров машины, сечени  сварки и диаметра детали, причем на врем  трени  дополнительно еще вли ет разна  скорость вращени  различных размеров машин. Врем  трени , а в конечном счете также давление нагрева и проковки должны определ тьс  путем немногих экспериментов , что  вл етс  обычным и допустимым .

Ниже приводитс  конкретный пример выполнени  предложенного в изобретении способа сварки трением, а именно: дл  трени  двух трубчатых гел, которые в первом случае имеют условный проход 50 мм, а во втором случае условный проход 200 мм:

-материалы соедин емых между собой заготовок в обоих примерах  вл ютс  чугун с шаровидным графитом и сталь;

-поперечные сечени  заготовок на участке сварного соединени  в первом примере образуютс  из толщины стенки 4 мм при номинальном диаметре 50 мм, а во втором пример из толщины стенки 8 мм при номинальном диаметре 200 мм;

-величина относительной скорости вращени  между заготовками составл ет в первом примере 5,0 м/с, а во втором примере 5,5 м/с;

-врем  давлени  трени  составл ет в обоих случа х 4 с;

-величина давлени  трени  составл ет в первом примере 27 бар, а во втором примере 52 бар;

-врем  давлени  нагрева и проковки составл ет в первом случае 4 с, а во втором примере 5 с;

-величина давлени  нагрева и проковки составл ет 82 бар или соответственно 124 бар;

-номинальные значени  твердости получаемого сварного соединени  составл ют в обоих примерах 42, N м2 при 12% вращени .

В приведенном выше примере использовали чугун, расплав которого имел следующий состав: 3,80% угл : 2,50% кремни ;

0.27% марганца; 0,016% фосфора; 0,003% серы; 0,040% хрома; 0,001% ванади . РАС ход магни : 1,1-1,3 кг/т Мо.

Температура расплава, при которой осуществл етс  ввод магни , 1460°С.

Продолжи ельность обработки расплава магнием до 2 мин.

Таким образом, благодар  сокращению прин того до сих пор времени трени , мож- но уменьшить диффузию углерода в сталь в зоне сварного соединени  при сварке трением . Благодар  повышению примен вшегос  до сих пор давлени  сжати  достигаетс  выпрессовывание науглеро- женного расплава из зоны сварки трением и тем самым- устранение ледебуритной или мартенситной структуры. Процесс реализуем лишь при условии, что величина давлени  сжати  соответстпует такому значению, при котором не происходит расплющивани  графитных шариков в.пластинки.

Claims (1)

1.Способ сварки трением деталей из стали и чугуна, при котором свариваемые

детали вращают одна относительно другой и сжимают, вращение прекращают и прикладывают давление проковки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  прочности соединени  в случае сварки чугуна с шаровидным графитом, дл  изготовлени  чугунной детали используют полученный из расплава чугуна, содержащий графитные шарики 280-320 на 1 мм2, ферритные зерна 280-300 на 1 мм2 и долей

шаровидного графита более 95% в общем содержании графита, врем  трени  при сварке ограничивают моментом оплавлени  контактной поверхности детали из чугуна при давлении трени , обеспечивающем выпрессовывание науглероженного расплава из зоны контакта без расплющивани  графитных шариков в пластинки.

2,Способ по п. 1, отличающийс  тем, что при сварке трением трубчатой детали из стали с трубчатой деталью из чугуна с шаровидным графитом, имеющих наружные диаметры 100 мм и толщину стенок 12 мм, давление трени  выбирают равным 22 бар. врем  трени  40 с, давление проковки

86 бар.