ВВЕДЕНИЕ 3
1 ПРОБЛЕМЫ НАПЛАВКИ ШПУЛИ ДЛЯ РУЛОНИРОВАНИЯ 5
1.1 Описание шпули 5
1.2 Базовый технологический процесс восстановления наплавкой 11
1.3 Недостатки базового технологического процесса 15
1.4 Задачи работы 15
2 СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШПУЛИ ДЛЯ РУЛОНИРОВАНИЯ .... 17
2.1 Анализ способов наплавки 17
2.2 Анализ исследований в области наплавки с целью повышения
износостойкости 22
3 ПЛАНИРОВАНИЕ И ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ 30
3.1 План проведения экспериментов 30
3.2 Разработка приспособления для проведения эксперимента 32
3.3 Оборудование для наплавки 38
3.4 Разработка технологии наплавки 40
3.4.1 Технология наплавки образца № 1 42
3.4.2 Технология наплавки образца №2 44
3.4.3 Технология наплавки образца № 3 45
3.4.4 Технология наплавки образца № 4 47
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРИ НАПЛАВКЕ 49
4.1 Определение твердости 49
4.2 Определение химического состава металла наплавленного слоя 54
4.3 Определение износостойкости наплавленного слоя 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78
Список используемых источников 80
ПРИЛОЖЕНИЕ А 83
Повышение износостойкости и долговечности материалов является одной из главных задач в современном производстве. Очень часто случается так, что возникает необходимость восстановления поверхности какого-либо металлического изделия, которое под воздействием трения, либо в связи с механическим воздействием потеряло первоначальный вид и утратило свои свойства. Есть случаи, когда нужно придать изделию новые качества: стойкость к коррозии, дополнительную прочность, нечувствительность к высокотемпературному режиму. Это достигается благодаря дополнительным устройствам, которые охлаждают, усиливают и очищают, а иногда с помощью технологий или способов.
Для восстановления изношенных поверхностей деталей используют различные способы для нанесения слоев с различными свойствами. К ним можно отнести: химическое и электролитическое покрытие, диффузионное насыщение слоя (цементация, азотирование), эмалирование, плакирование и напыление[2].
Один из наиболее распространенных и эффективных способов является наплавка металлов. При использовании наплавки в основном восстанавливают геометрические размеры изношенной детали. Такженаплавка позволяет упрочнять основной металл при использовании специальных электродных материалов с применением защитных газов, флюсов и электродных покрытий. Более широкое применение наплавка получила при ремонте изношенных деталей металлургического оборудования, газонефтедобывающей промышленности, в теплоэнергетическом комплексе, в автомобильном транспорте[1, 33].
К требованиям, предъявляемым к наплавленному металлу для упрочнения деталей металлургического оборудования, соответствуют ставшие традиционными наплавочными материалами штамповые хромовольфрамовые теплостойкие и быстрорежущие стали. В настоящее время для наплавки используются разнообразные сплавы[2].
На металлургическом заводе в производстве прокатной продукции, используется различные приспособления и механизмы, изготовленные из разных сплавов, сталей и материалов. В процессе эксплуатации приспособления и механизмы подвергаются разнообразному изнашиванию в виде трения металла об металл, либо происходит абразивный износ. Одним из таких приспособлений является шпуля для рулонирования алюминиевых сплавов.
Данное приспособление используется для рулонирования алюминиевых сплавов, транспортирования между прокатным оборудованием. Также шпули применяются при термической обработке рулона алюминиевого сплава в печи отжига. Так как данное приспособление постоянно используется в технологическом процессе прокатного производства, то происходит износ внутренней поверхности шпули. Для восстановления первоначального размера используется автоматическая наплавка под слоем флюса. Шпуля изготовлена из конструкционной высококачественной хромоалюминиевой стали с содержанием молибдена.
Таким образом, целью работы является: повышение срока эксплуатации шпули для рулонирования путем проведения исследований и разработки технологии наплавки износостойких сплавов.
В ходе проведения исследований, выявлено, что трибологические характеристики наплавленных слоев, выполнение в один и два слоя значительно отличаются друг от друга. При чем, отличие наблюдается из-за использованного наплавочного материала.
Средняя твердость наплавленного слоя, с использованием наплавочной проволоки НП-30ХГСА на 15,4% меньше, чем твердость основного металла. Средняя твердость наплавленного слоя, с использованием наплавочной проволоки ПП НП-30Х4Г2М на 32,8% больше, чем твердость основного металла.
Средняя твердость наплавленного слоя, с использованием наплавочной проволоки НП-30ХГСА на 40,4%меньше, чем средняя твердость наплавленного слоя, с использованием наплавочной проволоки ПП НП-30Х4Г2М.
Наплавленные слои, с использованием проволоки НП-30ХГСА, имеют структуру с большим содержанием железа (Бе)в составе. Это объясняется распределением легирующих элементов при нагреве и охлаждении, при проведении среднетемпературного отжига.
Наплавленные слои, с использованием проволоки ПП НП-30Х4Г2М, имеют структуру с уменьшенным количеством содержания железа (Бе)в составе. Это объясняется наличием оксидов легирующих веществ в наплавочной проволоке. В процессе кристаллизации происходит раскисление основного металла, образование новой структуры с увеличенным содержанием марганца (Mn), хрома (Cr) и кремния (Si), а также молибдена (Mo).
В условиях испытания на износостойкость при трении металла о металл, стойкость у образца №3 с термической обработкой, наплавленного в один слой с использованием порошковой проволоки ПП НП-30Х4Г2Мвыше, чем у образцов, наплавленных в один и два слоя, проволоками 1П1 НП- 30Х4Г2М и НП-30ХГСА, с термической и без термической обработки.
Таким образом, на основе полученных данных, предлагается использовать технологию наплавки, которую применяли для образца №3, с использованием порошковой проволоки 1П1 НП-30Х4Г2М. Перед наплавкой производили предварительный подогрев до температуры 250-270°С, наплавку производили в один слой. После наплавки произвели отпуск при температуре 400-450°С, в течении 3,5 часов.
Наплавка проволокой 1П1 НП-30Х4Г2М предпочтительна для восстановительной наплавки шпули для рулонирования алюминиевых сплавов, а также при сухом трении металла о металл.
