Klasyfikacja materiałów powierzchniowych

Ten artykuł rzuca światło na dziewięć głównych typów materiałów nawierzchniowych. Rodzaje to: 1. Węglik wolframu 2. Węgliki chromu 3. Wysokowydajne stale narzędziowe 4. Austenityczne stale manganowe 5. Austenityczne stale nierdzewne 6. Martenzytyczne stopy nierdzewne 7. Metale powierzchniowe kobaltowe 8. Metale niklowe podstawkowe 9. Miedziane Podstawowe stopnie nawierzchniowe.

Typ # 1. Węglik wolframu:

Węglik wolframu jest najtrudniejszy i, ogólnie rzecz biorąc, najbardziej odporny na ścieranie ze wszystkich materiałów nawierzchniowych. Jest sprzedawany w postaci łagodnych rurek stalowych wypełnionych rozdrobnionym granulatem z węglika wolframu w proporcji 60% masy węglika i 40% materiału rurek. Ten sam materiał węglikowy jest również dostępny w postaci luźnych granulek, które mogą być stosowane na metalu nieszlachetnym jako topnik podczas spawania łukiem krytym.

Proces spawania wybrany do napawania za pomocą węglika wolframu powinien być taki, aby granulki węglika pozostały nierozpuszczone. Najlepiej jest to zrobić w procesie niskoenergetycznego spawania jak w przypadku spawania oksy-acetylenowego, co jest korzystne w przypadku wszystkich krytycznych zastosowań, takich jak napawanie wiertniczych otworów wiertniczych. Proces może dodawać węgiel do matrycy poprawiając jej twardość. Takie osady mają wyższą odporność na ścieranie niż jakikolwiek inny rodzaj nawierzchni.

Spawanie łukowe, jeśli jest używane, może rozpuścić niektóre lub wszystkie granulki tam, wpływając na twardość złoża. Ze względu na niższy koszt, spawanie łukowe jest jednak zwykle stosowane do napawania urządzeń do przemieszczania ziemi i górnictwa.

Zwykła grubość nakładki wynosi około 3 mm. Chociaż węglik wolframu ma bardzo wysoką twardość, nie można go zmierzyć na skali Rockwella w skali C z powodu miękkiej matrycy, w której osadzone są granulki węgliku; materiał mieści się w zakresie od 90 do 95 w skali Rockwella.

Typowe zastosowania tego materiału to napawanie krawędzi tnących wiertarek do skał, nawierzchni eksploatacyjnej górnictwa, kopania, kopania i sprzętu do robót ziemnych.

Type # 2. Chromium Carbides:

Austenityczne pręty do spawania żelazem wysokochromowym okazały się bardzo popularne w przypadku napawania, gdzie występują erozja lub ścieranie o niskim naprężeniu, jak w glebie piaszczystej. Właśnie dlatego wykańczanie maszyn rolniczych, maszyn i części odbywa się za pomocą tych żelazek.

Spawanie łukowe jest stosowane w ciężkich elementach i dużych obszarach, podczas gdy spawanie oksyetylenowe jest bardziej przydatne w przypadku cienkich sekcji. Zaleca się napawanie z procesem oksy-acetylenowym w pozycji fiat z 3-krotnym zmniejszającym płomień pierzem. Przebudowa lemieszy i łączenie frezów to typowe zastosowania, ponieważ te metale wypełniacza przepływają na tyle dobrze, że tworzą cienką krawędź.

Odporność na uderzenia tych złóż jest niska. Jednakże osady węglika chromu zapewniają doskonałą odporność na utlenianie, ale odporność na korozję płynną nie jest bardzo skuteczna. Odporność na zatarcia (napad lub klejenie) jest lepsza niż w przypadku zwykłej stali hartowanej.

Złogi z węglika chromu zwykle mają twardość od 40 do 63 Rockwell C; jednakże w przypadku napawania z zastosowaniem procesu gazowo-tlenowego jest to w pobliżu Rc 56 w zakresie od Rc 51 do Rc 62. Rozcieńczenie osadów za pomocą metalu nieszlachetnego zmniejsza odporność pierwszej warstwy na ścieranie.

Dlatego, aby uzyskać maksymalną odporność na ścieranie, należy zastosować dwie warstwy o niskim prądzie stosowanym do pierwszej warstwy, aby zminimalizować penetrację i rozcieńczenie. Ponieważ obróbka cieplna nie ma wpływu na osady węglika chromu, szybkość chłodzenia nie ma wpływu na jego odporność na zużycie. Odkładany metal tworzy gładką powierzchnię ze zużyciem i dlatego może być stosowany do ochrony powierzchni w kontakcie ślizgowym. Właśnie dlatego łożyska do stosowania w wysokich temperaturach lub w środowisku korozyjnym często są nawierzchniowe z węglikiem chromu.

Typowe zastosowania przemysłowe nawierzchni za pomocą węglika chromu obejmują powłoki do narzędzi do przesuwania ziemi lub części maszyn narażonych na działanie materiałów ściernych oraz do zsypów i ślizgów przenoszących rudy o wystarczającym obciążeniu udarowym. Inne zastosowania obejmują napawanie zsypów koksu, prowadnic szpul kablowych, urządzeń do piaskowania, jak również części poddawanych erozji przez katalizatory o temperaturze 510 ° C w rafineriach i ścieranie przez gorący kok.

Typ # 3. High Speed ​​Tool Stale:

Te metale wypełniające wytwarzają metal spoiny, który może utrzymywać twardość w wysokiej temperaturze do około 600 ° C, jak również zapewniać dobrą odporność na zużycie i wytrzymałość. Te wypełniacze o wysokiej zawartości węgla dobrze nadają się do układania osadów w celu cięcia i obróbki skrawaniem (trzymanie krawędzi), podczas gdy te o niższym węglu są najbardziej odpowiednie dla gorących narzędzi roboczych, takich jak matryce do kucia na gorąco i do prac wymagających twardości.

Twardość Rockwella nierozcieńczonego metalu wypełniającego w stanie spawania jest w zakresie od Rc 55 do Rc 60. Twardość stopiwa można jednak zredukować do Rc 30 przez wyżarzanie do obróbki skrawaniem i można je ponownie zwiększyć do jego wyższy poziom poprzez hartowanie i odpuszczanie.

Mimo, że stopy te nie powinny dawać wysokich osadów odpornych na ścieranie, ich odporność na odkształcenia w wysokiej temperaturze wynoszącej około 600 ° C jest ich wyjątkową cechą. Stopy te są zatem użyteczne do napawania tych składników, które wymagają gorącej odporności na ścieranie, na przykład podczas odnawiania wnętrza strefy spalania kotła, w którym popiół jest zarówno gorący jak i ścierny. Wytrzymałość na ściskanie tych złogów jest również bardzo dobra, dlatego są one dobrym wyborem do naprawy gorących formujących matryc formujących i do przebudowy szkieletów narzędziowych.

Niektóre z tych stopów dają bardzo twarde osady, które mogą wymagać ceramicznych lub nawet diamentowych narzędzi tnących lub ściernicy do wykańczania. Złoża te są układane przez podgrzanie metalu nieszlachetnego do 150 ° C, aby uniknąć chłodzenia pęknięć w osadach.

Jeżeli te osady wymagają obróbki, to są wyżarzane w temperaturze od 845 do 1205 ° C. W celu późniejszego utwardzenia temperatura wzrasta do 1205 do 1230 ° C, po której następuje hartowanie powietrza lub oleju; następnie ponownie podgrzać do temperatury 550 ° C przez 2 godziny i schłodzić powietrzem do temperatury pokojowej, aby uzyskać odpowiedni temperament do depozytu.

Typowe zastosowania dla szybkobieżnych stali narzędziowych są przeznaczone do napawania narzędzi skrawających, noży tnących, rozwiertaków, formujących matryc, wykrojników, prowadnic kablowych, szczypiec do wlewków oraz do odbudowy przeciągaczy i podobnych napraw narzędzi.

Typ # 4. Stal austenitycznych manganu:

Złoża austenitycznej stali manganowej zawierają zazwyczaj od 11 do 14% manganu i są wytrzymałe i utwardzalne, chociaż stopy te nie mają bardzo wysokiej odporności na ścieranie, ale mają doskonałą odporność na uderzenia w stanie as zdeponowanym. Rozcieńczenie złoża przez metal nieszlachetny może nieznacznie zmniejszyć jego odporność na zużycie; w związku z tym zaleca się dwupowłokowe osady, aby uzyskać najlepszą wydajność.

Ponieważ stale te działają utwardzająco szybko i są kruche w wysokich temperaturach, osadzony metal powinien być wykrawany natychmiast po odłożeniu każdego zgrubień. W żadnym przypadku nie należy pozostawiać osadzonego zgrubienia dłuższego niż 225 mm bez natychmiastowego kulkowania, ponieważ pękanie najprawdopodobniej wystąpi powyżej 815 ° C.

Sprzęt narażony na bardzo silne ścieranie skał z cząstek kwarcu może być pokryty przez najpierw masowanie metalu nieszlachetnego austenityczną stalą Mn, która jest następnie pokryta złożem twardego żeliwa martenzytycznego, co zapewnia ekstremalnie wysoką odporność na ścieranie. Podobnie, stale węglowe mogą być nawierzchniowe, najpierw kładąc warstwę masującą austenitycznej stali nierdzewnej, która jest następnie pokryta austenityczną stalą Mn. Ta procedura pozwala uniknąć powstawania pęknięć, które w przeciwnym razie mogłyby wystąpić, gdyby austenityczna stal Mn była układana bez warstwy masła.

Twardość tak osadzonego metalu wynosi od około 170 do 230 BHN (Rc 6 do Rc 18), jednak materiał ten twardnieje bardzo szybko do 450 do 550 BHN (Rc 45 do Rc 55). Ze względu na tę tendencję do hartowania w obróbce, stale te stają się twardsze, ponieważ są zbijane i młotkowane podczas pracy.

Właśnie dlatego sprzęt używany do kruszenia miękkich skał i transportu wapienia, dolomitu lub łupku może być ponownie pokryty osadem austenitycznym Mn. Inną typową aplikacją jest napawanie zsypu rudy, gdzie duże skały mogą czasami uderzać w rynnę z wielką siłą.

Osad austenitycznej stali Mn może również wytrzymać bardzo wysokie naprężenia, stąd jego zastosowanie w takich zastosowaniach, jak kruszarka szczękowa, jak również żaba kolejowa i przełączniki skrzyżowania. Obszary ekstensywne, takie jak kruszarki i części szufli z napędem, są zazwyczaj regenerowane za pomocą kombinacji nawierzchni i prętów wypełniających.

Te pręty wypełniające to płaskie i zaokrąglone rdzenie z wysokiej stali Mn, które są spawane na miejscu za pomocą austenitycznych elektrod ze stali Mn. Taką ochronę można zastosować do grubości około 75 mm, co jest górną granicą dla wspólnych metod ochrony powierzchni.

Odporność na zużycie metal-metal austenitycznej stali Mn jest ogólnie doskonała. Chociaż wytrzymałość na ściskanie osadzanego metalu jest niska, ale jakakolwiek siła ściskająca szybko zwiększa wytrzymałość. Z tego powodu jest czasem używany do rozbijania, walenia i pompowania aplikacji. Obróbka tych osadów jest bardzo trudna, jednak powierzchnie można szlifować, aby uzyskać ostateczne wykończenie.

Typ # 5. Austenityczne stale nierdzewne:

Stale te nie zapewniają napawania w ogólnym znaczeniu tego terminu, jednakże osady wykonane przez te stale są niezwykle twardymi i ciągliwymi powłokami o wyjątkowo dobrej odporności na odpryskiwanie z powtarzającej się siły uderzenia. Osady te są również bardzo dobre pod względem odporności na korozję. Typowe zastosowania tych stali są przeznaczone do pokrywania łopat turbin wodnych, aby zapewnić im ochronę przed korozją i erozją kawitacyjną.

Stale austenityczne są również czasami używane do tworzenia warstw masła. Do takich zastosowań zwykle stosuje się elektrody E 308 i E 312; ten ostatni ze względu na wyższą zawartość stopu jest mniej podatny na rozcieńczenie.

Wpisz # 6. Martensitic Stainless:

Martenzytyczne stale nierdzewne typu 410 i 420 stosowane do napawania wytwarzają gęste, homogeniczne osady o dobrej odporności na pękanie. Aby osiągnąć najlepsze wyniki, osady te są wykonane wielowarstwowo; w każdym przypadku należy zastosować nie mniej niż dwie warstwy. Osady te są zwykle stosowane w stanie as-depozytu, ale w razie potrzeby można je obrabiać za pomocą narzędzi z węglików spiekanych.

Martenzytyczne osady ze stali nierdzewnej są szeroko stosowane tam, gdzie spotyka się zużycie metalu z metalem, jak w przypadku łożysk pracujących w podwyższonych temperaturach oraz w przypadku zwojów stosowanych w stalach. Typowym zastosowaniem jest napawanie walca zapasowego na walcarce do walcowania na gorąco.

Typ # 7. Metale powierzchniowe kobaltu:

Stopy bazaltowe zawierają zwykle 26-33% Cr, 3-14% W i 0, 7-3, 0% C. Osady wykonane przez te stopy mają dobrą twardość i odporność na ścieranie, które zwiększają się z zawartością węgla i wolframu, ale także wrażliwość na pękanie .

Stopy na bazie kobaltu mają wysokie właściwości utleniające, korozyjne i cieplne; Jeden gatunek węgla jest znakomity w przypadku zaworów wylotowych do napawania stosowanych w silnikach spalinowych. Osady te mogą zachować wysoką twardość i odporność na pełzanie do 540 ° C. Niektóre z tych stopów stosuje się do stosowania w temperaturze użytkowej do 980 ° C.

Stopy te wykazują również bardzo dobrą odporność na zużycie metalu do metalu, jednak ich reakcja na obróbkę cieplną jest znikoma. W celu zminimalizowania pękania można zastosować obróbkę zmniejszającą naprężenia.

Gdy do napawania stopami na bazie kobaltu stosuje się proces oksyetylenowy, sugeruje się 3-krotny płomień redukujący piórko do stożka; wstępne podgrzanie do 430 ° C z neutralnym płomieniem jest wskazane dla ciężkich odcinków. W przypadku ekranowanego spawania łukowego (SMAW) stosuje się prąd stały z ujemną elektrodą (dcen) o krótkiej długości łuku. Powierzchnia z procesem oksy-acetylenowym może zwiększać zawartość węgla, podczas gdy SMAW może ją zmniejszać, więc odpowiednie wpływy na osadzony metal mogą być brane pod uwagę, aby uzyskać pożądane właściwości osadzonego metalu.

Typ # 8. Stopień podstawiania stopów niklowych:

Większość popularnych stopów na bazie Ni zawiera 0-3-1, 0% C, 8-18% Cr, 2, 0-45% B i 1, 2-5-5% każdego z Si i żelaza. Stopy te mogą być powlekane natryskowo w celu osiągnięcia pożądanej grubości osadzonej warstwy. W zależności od pożądanej charakterystyki osadzonego metalu, stopy te mogą zawierać także miedź, chrom, molibden, chrom-molibden i chromowo-molibdenowo-wolframowy.

Jeśli są dostępne w postaci drutu, te stopy na bazie Ni mogą być osadzane w procesie spawania łukowego (GMAW); to eliminuje użycie strumienia i unika wychwytywania węgla z podłoża. W przypadku użycia w trybie automatycznym, proces ten może być wykorzystany do osadzania metalu w cylindrycznych naczyniach w celu zapewnienia odporności na korozję.

W postaci proszku stopy zawierające nikiel zawierające chrom i bor są natryskiwane płomieniem, aby uzyskać bardziej jednolitą powierzchnię na nieregularnych konturach, niż jest to możliwe w przypadku konwencjonalnych metod.

Ze względu na ich wysoką twardość i odporność na erozję, typowe zastosowanie stopów typu Ni-Cr-B występuje w pompach typu "oil well slush", a odporność na erozję spalin stopów Ni-Cr-Mo czyni je odpowiednimi do napawania na zaworach wydechowych samochodów i samolotów .

Typ # 9. Stop miedzi na bazie stopów:

Stopy powierzchniowe na bazie miedzi są stosowane głównie w celu przeciwdziałania korozji i erozji kawitacyjnej na tańszym podłożu metalicznym, takim jak żelazo. Większość tych stopów jest odporna na działanie atmosfery, korozję w postaci soli i świeżej wody oraz nieamoniakalny roztwór alkaliczny i redukuje kwasy; jednak nie nadają się do pracy w podwyższonej temperaturze powyżej 200-260 ° C.

Na właściwości spawania wpływają stosowane procesy spawania. Metody spawania metodą oksydazy acetylenowej i spawania łukiem wolframowym (GTAW) są preferowane do napawania na podłożu stalowym, aby uniknąć przechwytywania żelaza, które działa jak utwardzacz. Metody SMAW i GMAW wymagają szybkiej, szerokiej techniki przepychania dla pierwszej warstwy. Duże powierzchnie są pokrywane przez proces GMAW, podczas gdy w przypadku drobnych napraw preferowany jest proces GTAW z elektrodą tężoną.

Ze względu na ich właściwości przeciwzatarciowe i odporność na tarcie, stopy miedzi są zwykle stosowane do napawania powierzchni nośnych.