Сеть профессиональных контактов специалистов сварки.
             

Влияние легирующих элементов на склонность наплавленного металла к образованию трещин

Темы: Наплавка.

Повышение стойкости прессового инструмента горячего деформирования достигается наплавкой рабочих поверхностей износостойкими материалами. Непрерывное развитие производства ставит перед исследователями задачи по разработке новых износостойких материалов.

Новый наплавочный материал для повышения стойкости прессового инструмента горячего деформирования помимо обеспечения необходимых эксплуатационных свойств наплавленного металла должен иметь хорошую свариваемость, т. е. противостоять образованию горячих трещин при наплавке.

Известно, что образование горячих трещин происходит на этапе кристаллизации сварочной ванны, когда наплавленный металл находится в твердо-жидком состоянии, т. е. на завершающей стадии процесса затвердевания сварочной ванны под действием растягивающих деформаций, появление которых обусловлено неравномерным сварочным нагревом. Появление или отсутствие трещин зависит от ряда факторов, в том числе содержания и соотношения легирующих элементов в наплавленном металле. Поэтому высокая технологичность наплавочного материала обеспечивает получение наплавленного металла высокого качества [1, 2].

На основании анализа научно-технических данных [3—9] и с учетом высокой стоимости отдельных элементов для исследуемой композиции наплавленного металла были исследовано влияние легирующих элементов : хром, вольфрам, марганец, кремний, титан и железо как основа. Для исследования влияния факторов в выбранной композиции на параметр оптимизации проводили полный факторный эксперимент типа 23 по методу Бокса-Уилсона. Факторами в данном случае являются вольфрам, хром, марганец. В качестве параметра оптимизации принимали технологическую прочность v. Содержание кремния и титана в наплавленном металле было постоянным и составляло примерно 1 и 0,2 % соответственно. Матрица полного факторного эксперимента типа 23 (основной уровень, интервал варьирования, величина параметра оптимизации) представлена в табл. 1.

Таблица 1. Влияние легирующих элементов на технологическую прочность.

Изучаемые факторы Свободный
член
Легирующие элементы v,
мм/мин
Mn W Cr
Основной уровень (0)   10 7 2  
Шаг варьирования (I)   1 1 1  
Нижний уровень (–1)   9 6 1  
Верхний уровень (+1)   11 8 3  
Код X0 X1 X2 X3  
1 + - - - 6,9
2 + + - - 7,1
3 + - + - 8,2
4 + - - + 7,7
5 + + + - 8,2
6 + + - + 7,7
7 + - + + 8,2
8 + + + + 8,2

На основании матрицы планирования для реализации линейного плана с учетом коэффициентов перехода по методике работы [10] рассчитаны и изготовлены восемь составов порошковых проволок, обеспечивающих после наплавки химический состав металла, соответствующий заданному матрицей. Расчетный состав порошковых проволок приведен в табл. 2.

 

Таблица 2. Состав порошковых проволок для анализа влияния легирующих элементов.

Содержание легирующих элементов в шихте, %
Cr W Mn FeSi FeTi
1 6 9 2 1
1 6 11 2 1
1 8 9 2 1
3 6 9 2 1
1 8 11 2 1
3 6 11 2 1
3 8 9 2 1
3 8 11 2 1

Для определения склонности наплавочного материала к образованию горячих трещин применяли методику количественной оценки технологической прочности наплавленного металла, суть которой заключается в том, что затвердевающий металл подвергается принудительному растяжению внешними силами с различными скоростями с целью определения критического темпа растяжения, достаточного для возникновения горячих трещин. Исследования технологической прочности наплавленного металла проводили на машине ЛТП. Для испытаний использовали образцы размером 12 х 40 х 110 мм из стали Ст3.

Сварку образцов проводили под флюсом АН-20 по режимам, применяемым при наплавке порошковыми проволоками: сварочный ток 280—300 А, напряжение дуги 32—34 В, скорость наплавки 35 м/ч, скорость подачи проволоки 95 м/ч. Диаметр сварочной проволоки составлял 3,2 мм.

Время деформации определяли расчетным путем: по длине кратера (2,5 см) определяли время существования металла в жидком состоянии, которое при выбранных режимах составляло 2,57 с.

Для того чтобы деформация металла происходила не только в жидком, но и в твердо-жидком состоянии, время деформации увеличили вдвое. В работе [2] при исследовании наплавочного материала на склонность к образованию горячих трещин установлено, что исходная величина зазора между образцами при испытании существенно влияет на показатель технологической прочности. Поэтому для получения стабильных результатов с учетом рекомендаций данной работы образцы для испытаний устанавливали в тисках машины встык с зазором между собой 0,5 мм, который выставляли при помощи пластинки (щупа).

По полученным результатам эксперимента рассчитали уравнение регрессии

Y = 7,775 + 0,03X1 + 0,43X2 + 0,18X3 + 0,15X2X3 – 0,025X1X2X3,

где Y — параметр оптимизации — технологическая прочность; X1—X3 — факторы.

 

Из анализа уравнения следует, что марганец (X1) практически не влияет на технологическую прочность, а вольфрам (X2) и хром (X3) повышают ее.

Выводы

Влияние легирующих элементов (увеличения их содержания) в наплавленном металле - повышается технологическая прочность, а следовательно, уменьшается вероятность образования горячих трещин.

Упомянутая литература по теме "Влияние легирующих элементов ...":

1. Прохоров Н. Н. Горячие трещины при сварке. М.: Машгиз, 1952. 220 с.

2. Толстых Л. Г. Исследование и разработка дисперсионно-твердеющей стали для наплавки прессового инструмента. Дис. ... канд. техн. наук. Свердловск, 1975. 159 с.

3. Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Вексель Ю. Г. Специальные стали. 2-е изд. М: МИСИС, 1999. 408 с.

4. Штампы для горячего деформирования металлов / Под ред. М. А. Тылкина. М.: Высшая школа, 1977. 220 с.

5. Марочник сталей и сплавов / Под ред. А. С. Зубченко. 2-е изд. М: Машиностроение, 2003. 784 с.

6. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983. 184 с.

7. Перкас М. Д., Кардонский В. М. Высокопрочные мартенситно-стареющие стали. М.: Металлургия, 1970. 158 с.

8. Бирман С. Р. Экономнолегированные мартенситно-стареющие стали. М.: Металлургия, 1974. 152 с.

9. Перкас М. Д. Структура и свойства высокопрочных сталей со стареющим мартенситом // Металловедение и термическая обработка металлов. 1970. № 7. С. 19—20.

10. Толстых Л. Г., Фурман Е. Л. Наплавочные материалы и технология наплавки: Учебное пособие. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ — УПИ, 2004. 102 с.

[влияние легирующих элементов на склонность к образованию трещин]

влияние легирующих элементов

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

.