RU2699488C1 - Способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости в азотсодержащей среде - Google Patents
Способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости в азотсодержащей среде Download PDFInfo
- Publication number
- RU2699488C1 RU2699488C1 RU2019104784A RU2019104784A RU2699488C1 RU 2699488 C1 RU2699488 C1 RU 2699488C1 RU 2019104784 A RU2019104784 A RU 2019104784A RU 2019104784 A RU2019104784 A RU 2019104784A RU 2699488 C1 RU2699488 C1 RU 2699488C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- surfacing
- deposited
- layer
- hardness
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при наплавке рабочих поверхностей деталей горно-металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости. Осуществляют предварительный подогрев наплавляемой заготовки до температуры выше температуры начала мартенситного превращения на 50-100°С, наплавку слоев и охлаждение наплавленного слоя перед нанесением последующего. После наложения каждого слоя наплавки проводят выдержку в течение времени, необходимого для образования 10-30% мартенсита с одновременным снижением температуры подогрева наплавляемой заготовки на 20-100°С ниже температуры мартенситного превращения. Непосредственно после наплавки последнего слоя производят высокотемпературный отпуск на наплавочной установке с температурой, находящейся в интервале между температурой рекристаллизации основного металла и температурой отпуска наплавленного металла. Технический результат заключается в предотвращении образования трещин в процессе наплавки, улучшении механических свойств наплавленного металла, в частности износостойкости и твердости, а также повышении производительности процесса наплавки за счет отказа от дополнительной термообработки. 1 пр.
Description
Изобретение относится к сварочному производству, в частности к способам многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости, претерпевающими фазовые превращения, и может быть использовано при наплавке рабочих поверхностей деталей горно-металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости.
Для упрочнения деталей горно-металлургического оборудования широко применяются наплавочные материалы, разработанные на базе хромовольфрамовых теплостойких быстрорежущих сталей. Основной трудностью, возникающей при наплавке хромовольфрамовыми сталями, является образование холодных (закалочных) трещин в процессе и после наплавки. Для устранения трещин при наплавке быстрорежущих сталей применяют предварительный, сопутствующий подогрев до температуры 500-700°С и замедленное охлаждение заготовок до комнатной температуры (Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / под ред. акад. Б.Е. Патона. - М.: Металлургия, 1974. - 768 с.)
Известен способ многослойной наплавки сталями, претерпевающими фазовые превращения, при котором наплавку осуществляют с предварительным и сопутствующим подогревом наплавляемой детали до температуры выше температуры начала возникновения аномальной пластичности, после наплавки двух слоев перед нанесением третьего и последующих слоев осуществляют кратковременный подогрев до температуры на 20-100°С ниже температуры начала возникновения аномальной пластичности и после выполнения наплавки всех слоев ее охлаждают до температуры окончания фазовых превращений (SU №627717 МПК B23K 9/04, B23K 28/00 опубл. 10.05.2013).
Недостатком известного способа является то, что при наплавке третьего и последующих слоев возникают трещины. Это объясняется тем, что при поддержании температуры подогрева наплавляемой детали до завершения наплавки выше температуры начала фазовых превращений наплавляемого металла происходит постоянное накопление временных тепловых напряжений, которые достигают предела прочности металла и вызывают появление трещин уже при наплавке первого слоя.
Известен, выбранный в качестве прототипа, способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости, включающий предварительный подогрев до определенной температуры, наплавку слоев, охлаждение наплавленного слоя перед нанесением последующего до температуры термической стабилизации аустенита, находящейся в интервале температур мартенситного превращения, выдержку после наложения каждого слоя наплавки в течение времени, необходимого для образования 10-30% мартенсита (SU №1478523, МПК B23K 9/04, опубл. 10.05.2013). Вероятность возникновения трещин снижается при релаксации накопленных напряжений в момент протекания мартенситного превращения.
Недостатками данного способа многослойной наплавки являются:
- пониженные механические свойства наплавленного металла, в частности, износостойкости и твердости, за счет недостаточного количества образующегося мартенсита после наплавки последнего слоя (10-30%);
- необходимость проведения последующей термообработки в виде 3-4-х кратного часового высокотемпературного отпуска для повышения твердости;
- возможность образования холодных трещин после окончания процесса многослойной наплавки во время вылеживания деталей перед термообработкой из-за изменений в зоне сплавления основного металла (низколегированная сталь) с наплавленным металлом (теплостойкая сталь высокой твердости);
- необходимость проведения дополнительных исследований для определения параметров термического цикла наплавки таких, как определенная температура и определенная структура наплавленного металла.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в предотвращении образования холодных трещин в процессе и после наплавки, повышение механических свойств наплавленного металла, в частности износостойкости и твердости, а также, повышение производительности процесса наплавки рабочих поверхностей деталей оборудования.
Для этого предлагается способ многослойной наплавки в азотсодержащей среде теплостойкими сталями высокой твердости, включающий предварительный подогрев наплавляемой заготовки до определенной температуры, наплавку слоев, охлаждение наплавленного слоя перед нанесением последующего, выдержку после наложения каждого слоя наплавки в течение времени, необходимого для образования 10-30% мартенсита, согласно изобретению, перед наплавкой первого и последующих слоев осуществляют подогрев наплавляемой заготовки до температуры выше температуры начала мартенситного превращения на 50-100°С, при этом выдержку после наложения каждого слоя наплавки осуществляют с одновременным снижением температуры подогрева наплавляемой заготовки на 20-100°С ниже температуры мартенситного превращения, а непосредственно после наплавки последнего слоя производят высокотемпературный отпуск на наплавочной установке с температурой, находящейся в интервале: температура рекристаллизации основного металла - температура отпуска наплавленного металла.
Технический результат, получаемый в результате использования изобретения, заключается:
- в предотвращении образования холодных трещин в процессе и после окончания многослойной наплавки и во время вылеживания деталей перед термообработкой за счет восстановления свойств в процессе рекристаллизации зоны сплавления основного металла (низколегированная сталь) с наплавленным металлом (теплостойкая сталь высокой твердости);
- в повышении механических свойств наплавленного металла, в частности износостойкости и твердости, за счет проведения высокотемпературного отпуска и эффекта дисперсионного твердения высоколегированного аустенита при отпуске;
- в повышении производительности процесса изготовления наплавленных деталей за счет исключения дополнительных исследований, так как необходимые параметры термического цикла можно определить по диаграммам изотермического распада аустенита для конкретного основного и наплавленного металла и исключения операции дополнительной термообработки в виде 3-4-х кратного часового высокотемпературного отпуска для увеличения твердости наплавленного металла.
Заявляемый температурный интервал высокотемпературного отпуска: температура рекристаллизации основного металла - температура отпуска наплавленного металла, подобран эмпирическим путем, исходя из качества, получаемого при наплавке металла, стабильности процесса наплавки, предотвращения образования холодных трещин и требуемых механических свойств (твердости и износостойкости) и составляет 450-580°С.
Нижняя граница предлагаемого температурного интервала высокотемпературного отпуска ограничена температурой начала рекристаллизации основного металла. Известно, что температура рекристаллизации металлов составляет 0,4 от температуры плавления, то есть, составляет 450-500°С. Процессы рекристаллизации протекают тем быстрее, чем выше температура нагрева.
В процессе изготовления деталей с основой из низколегированной стали с наплавкой рабочего поверхностного слоя высоколегированными быстрорежущими сталями значительно изменяется структура и свойства зоны сплавления наплавленного металла с основным металлом. Применение высокотемпературного отпуска приводит металл зоны сплавления в более устойчивое структурное состояние, причем за счет явления рекристаллизации полностью восстанавливаются структура и свойства металла зоны сплавления основного металла с наплавленным металлом.
Поэтому, температуру отпуска для восстановления структуры и свойств, целесообразнее выбирать как можно выше, но не ниже, чем температура рекристаллизации, так как низкая температура нагрева и происходящий при ней возврат лишь несколько повышают пластичность и частично восстанавливают структуру и свойства, но только рекристаллизация полностью восстанавливает исходную пластичность и свойства металла зоны сплавления..
Проведение высокотемпературного отпуска наплавленного теплостойкими сталями высокой твердости рабочего слоя в указанном температурном интервале вызывает повышение твердости за счет эффекта дисперсионного твердения высоколегированного аустенита. При этом отпадает необходимость проведения дополнительной термообработки для повышения твердости, что в свою очередь повышает производительность процесса, так как детали можно ставить в эксплуатацию без термообработки. Увеличение температуры отпуска выше температуры отпуска наплавленного металла приводит к снижению твердости наплавленного теплостойкими сталями поверхностного слоя. Твердость снижается вследствие распада мартенсита и коагуляции карбидов. Снижение твердости наплавленного слоя в свою очередь отрицательно сказывается на износостойкости наплавленных деталей.
Пример. Порошковой проволокой с шихтой, обеспечивающей получение наплавленного металла типа стали Р18 производилась плазменная наплавка заготовок рабочих валков с диаметром рабочей части 150 мм, длиной 425 мм. Наплавка производилась в азотсодержащей защитно-легирующей среде на следующих режимах:
Сварочный ток | 160-180 А |
Напряжение дуги | 50-60 В |
Скорость наплавки | 11 м/час |
Скорость подачи порошковой проволоки | 47 м/час |
Длина дуги | 20 мм |
Смещение с зенита | 20 мм |
Защитный газ | азот |
Плазмообразующий газ | аргон |
В процессе наплавки проводилась экспертная оценка стабильности горения дуги, качества формирования наплавленного металла. Наличие трещин в процессе наплавки оценивали визуально, после наплавки наличие трещин, пор и неметаллических включений оценивали ультразвуковым и магнитопорошковым методами, а также на металлографических шлифах.
Наплавка осуществлялась в шесть слоев по винтовой линии в одном направлении. Продолжительность наплавки одного слоя 30 мин. Перед наплавкой первого и последующих слоев осуществляли подогрев наплавляемой заготовки до температуры выше температуры начала мартенситного превращения на 50-100°С, что составляло 225°С (при допустимом интервале 200-250°С), при этом выдержку после наложения каждого слоя наплавки осуществляли с одновременным снижением температуры подогрева наплавляемой заготовки на 20-100°С ниже температуры мартенситного превращения, которая достигала 90° (при допустимом интервале 50-130°С). Температура начала мартенситного превращения для наплавляемого сплава составляет 150°С.
Длительность выдержки устанавливалась по разности времени между началами наплавки каждого слоя. Согласно диаграмме распада переохлажденного аустенита стали Р18 для образования 10-30% мартенсита при указанных температурах продолжительность выдержки не должна превышать 60 мин и должна находиться в пределах 30-60 мин. После наплавки последнего слоя проводился высокотемпературный отпуск при температуре 570°С в течение 1 часа согласно известным рекомендациям для режимов отпуска быстрорежущих сталей.
Наличие трещин в процессе наплавки, после ее окончания и вылеживания наплавленных деталей на складе в течение суток определялось визуально и методом ультразвуковой дефектоскопии.
Твердость наплавленного металла после наплавки по термическому циклу, выбранному в качестве прототипа составляла 52-56 HRC, после наплавки по заявляемому способу с часовым отпуском при 570°С возрастала до 59-60 HRC. Дефекты (трещины, поры и неметаллические включения) после наплавки по заявляемому способу и после вылеживания в течение суток не обнаружены.
Производительность и технологичность процесса наплавки, оценивались в сравнении с соответствующими показателями способа наплавки, принятого в качестве прототипа.
Предлагаемый способ по сравнению с прототипом, предотвращает образование трещин в процессе наплавки, обеспечивает повышение производительности процесса наплавки за счет отказа от дополнительной термообработки, увеличивает твердость наплавленного металла до 59-60 HRC.
Claims (1)
- Способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости в азотсодержащей среде, включающий предварительный подогрев наплавляемой заготовки до определенной температуры, наплавку слоев, охлаждение наплавленного слоя перед нанесением последующего, выдержку после наложения каждого слоя наплавки в течение времени, необходимого для образования 10-30% мартенсита, отличающийся тем, что перед наплавкой первого и последующих слоев осуществляют подогрев наплавляемой заготовки до температуры выше температуры начала мартенситного превращения на 50-100°С, при этом выдержку после наложения каждого слоя наплавки осуществляют с одновременным снижением температуры подогрева наплавляемой заготовки на 20-100°С ниже температуры мартенситного превращения, а непосредственно после наплавки последнего слоя производят высокотемпературный отпуск на наплавочной установке с температурой, находящейся в интервале между температурой рекристаллизации основного металла и температурой отпуска наплавленного металла.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104784A RU2699488C1 (ru) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | Способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости в азотсодержащей среде |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104784A RU2699488C1 (ru) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | Способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости в азотсодержащей среде |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2699488C1 true RU2699488C1 (ru) | 2019-09-05 |
Family
ID=67851941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019104784A RU2699488C1 (ru) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | Способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости в азотсодержащей среде |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2699488C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2619734A1 (fr) * | 1987-08-26 | 1989-03-03 | Uralsky Politekhn Inst | Procede de renovation des surfaces des articles d'acier |
RU2096155C1 (ru) * | 1996-04-09 | 1997-11-20 | Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" | Способ ремонта деталей |
RU2242347C1 (ru) * | 2003-05-07 | 2004-12-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Способ восстановления бандажированного ролика |
SU1478523A1 (ru) * | 1987-07-22 | 2013-05-10 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости |
SU627717A1 (ru) * | 1977-03-14 | 2013-05-10 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Способ многослойной наплавки |
-
2019
- 2019-02-20 RU RU2019104784A patent/RU2699488C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU627717A1 (ru) * | 1977-03-14 | 2013-05-10 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Способ многослойной наплавки |
SU1478523A1 (ru) * | 1987-07-22 | 2013-05-10 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости |
FR2619734A1 (fr) * | 1987-08-26 | 1989-03-03 | Uralsky Politekhn Inst | Procede de renovation des surfaces des articles d'acier |
RU2096155C1 (ru) * | 1996-04-09 | 1997-11-20 | Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" | Способ ремонта деталей |
RU2242347C1 (ru) * | 2003-05-07 | 2004-12-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Способ восстановления бандажированного ролика |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7618503B2 (en) | Method for improving the performance of seam-welded joints using post-weld heat treatment | |
US10961603B2 (en) | Structural component including a tempered transition zone | |
US4188419A (en) | Method for preventing cracks below seams during plating and welding | |
JP4486639B2 (ja) | 連続製造工程のためのレーザー溶接方法、その装置、及びレーザー溶接用圧延板材 | |
US7540402B2 (en) | Method for controlling weld metal microstructure using localized controlled cooling of seam-welded joints | |
EP2126145A1 (en) | Method for improving the performance of seam-welded joints using post-weld heat treatment | |
US4405386A (en) | Process and apparatus for improving cold rollability and/or strip annealability of metals and metal alloys | |
JP4676421B2 (ja) | 連続製造工程のためのレーザー溶接方法 | |
CN103521887A (zh) | 一种45钢与35CrMo铸钢的焊接工艺 | |
CN1086632C (zh) | 制造和重新调整浇铸辊的方法 | |
RU2699488C1 (ru) | Способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости в азотсодержащей среде | |
RU2627837C1 (ru) | Способ изготовления наплавленного биметаллического режущего инструмента | |
JP3113137B2 (ja) | パーライト金属組織を呈した高靭性レールの製造法 | |
US20160348206A1 (en) | Method for restoring the structure of a steel component after heating and steel component obtained by the method | |
US20160348204A1 (en) | Method for improving the structure of a steel component after heating and stell component obtained by the method | |
EP3851236A1 (en) | Flash butt welding member and flash butt welding method for providing wheel rim weld part with excellent formability | |
JPH11343538A (ja) | 高密度エネルギービーム溶接に適した冷延鋼板およびその製造方法 | |
CA2711795A1 (en) | Method for controlling weld metal microstructure using localized controlled cooling of seam-welded joints | |
Valuev et al. | Traditional technology of chromium-tungsten steels facing, its disadvantages and suggestions for their eliminations | |
JPH07251265A (ja) | 鋼鋳片のスカーフィング方法 | |
RU2352444C2 (ru) | Способ восстановления изношенных поверхностей деталей машин | |
JP2897184B2 (ja) | 硬化肉盛溶接ロール又はローラーの製造方法 | |
RU2398892C1 (ru) | Способ поверхностного упрочнения прокатных валков | |
JPH08155642A (ja) | 熱間金型の肉盛溶接補修方法 | |
Savulyak et al. | Management of morphology and structure besieged coatings |