Powierzchniowanie metali: znaczenie, typy i wybór

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o: - 1. Znaczenie powierzchni 2. Rodzaje powierzchni 3. Wybór procesu napawania 4. Materiał podłoża 5. Wybór materiału powierzchniowego 6. Zastosowania.

Znaczenie powierzchni:

Napawanie to proces osadzania jednego metalu lub stopu na innym (metal nieszlachetny lub substrat) w celu poprawy jego odporności na zużycie, takich jak odporność na ścieranie, korozję, tarcie lub w celu osiągnięcia kontroli wymiarów i potrzeb metalurgicznych.

Procesy powszechnie stosowane do napawania to procesy spawania, takie jak spawanie gazowe, spawanie łukowe itp. Wydaje się, że proces napawania został początkowo opracowany dla potrzeb przemysłu wiertniczego, ale obecnie jest szeroko stosowany na wszystkich rodzajach urządzeń, narzędzia i pojemniki, aby poprawić ich życie przed zużyciem i działaniem chemicznym.

Obróbka powierzchniowa ma również zastosowanie do wytwarzania nowych produktów i rekultywacji zużytych produktów. W obu przypadkach wydłuża żywotność produktu i oszczędza drogi materiał. Skutkuje to znacznymi korzyściami ekonomicznymi.

Rodzaje nawierzchni:

Powierzchnie są różnego rodzaju, mianowicie: okładziny, napawanie, nagromadzanie i masowanie w celu osiągnięcia odporności na korozję (w przypadku zużycia chemicznego), odporności na zużycie (w przypadku zużycia fizycznego), kontroli wymiarowej (w celu odbudowania zużytych elementów) i odpowiednio potrzeb metalurgicznych.

Te cztery rodzaje metod napawania są omówione w skrócie w tej sekcji:

1. Okładzina:

W płaszczu grubą warstwę jakiegoś metalu spoiny, takiego jak stal nierdzewna, układa się na węglowej lub niskostopowej płycie stalowej, aby była odporna na korozję. Okładzina musi również być odporna na miejscową korozję, np. Korozję wżerową, korozję szczelinową, korozję między ziarnistą i pękanie korozyjne naprężeniowe.

W przypadku okładzin zwykle stosuje się stal nierdzewną lub stop niklu, chociaż stopy miedzi zawierają również stopy, srebro i ołów.

Chociaż główną zaletą okładziny jest tworzenie taniej, odpornej na korozję powierzchni, ale łączy ona również materiał o wysokiej wytrzymałości, taki jak stale niskostopowe do podkładu z odpornym na korozję materiałem, takim jak stal nierdzewna. Jednak z zasady wytrzymałość materiału okładziny nie jest uwzględniana przy projektowaniu elementu.

Głównym zastosowaniem okładziny jest produkcja naczyń do przemysłu chemicznego, papierni, rafinacji ropy naftowej i elektrowni jądrowych. Reaktory z wykładziną miedzianą są wykorzystywane do produkcji piwa, które jest również korozyjne, podczas gdy zakłady przetwórstwa spożywczego i pakowania szeroko wykorzystują stal nierdzewną w celu uniknięcia żrącego działania żywności.

2. Napawanie:

W naprasowywaniu metalu osadza się na innej powierzchni, aby zwiększyć twardość powierzchni i uczynić ją odporną na ścieranie, uderzenie, erozję, zatarcie i kawitację. Podobnie jak w przypadku okładzin, wytrzymałość warstwy napawanej nie jest uwzględniona w projekcie elementu.

Odporność na ścieranie jest najważniejszą aplikacją napawania. Na ogół składa się maksymalnie trzy warstwy stopów do napawania. Ponieważ nadmierne rozcieńczenie zmniejsza skuteczność napawania, istotne jest zatem unikanie nadmiernej penetracji i słabego wiązania sąsiednich kulek. Konstrukcja musi zapewniać odpowiednie wsparcie dla napawania i, o ile jest to możliwe, powinna być obciążona raczej ściskaniem niż naprężeniem lub ścinaniem. W tych warunkach napawanie może skutecznie przynieść korzyści ekonomiczne.

Hardfacing znajduje szerokie zastosowanie w sprzęcie budowlanym, w tym w ostrzach buldożerowych, nożycach zgarniających i zsypach skalnych, a także w urządzeniach tekstylnych i okładzinach zaworów silnika.

3. Tworzenie:

Nakładka build-up to przebudowa zużytych części w celu przywrócenia oryginalnego kształtu i wymiarów. W przeciwieństwie do okładziny i napawania, wytrzymałość metalu spoiny, która tworzy nagromadzenie, jest koniecznym czynnikiem w projekcie elementu, ponieważ materiał musi zastąpić część pierwotnej części elementu, który został zużyty.

Dlatego skład i właściwości osadzonego metalu spoiny są zwykle podobne do składu metalu podstawowego, który ma być zbudowany.

Rozbudowująca metoda napawania jest szeroko stosowana w sprzęcie do przenoszenia ziemi, na przykład zęby łyżek do koparek, krawędzie ostrzy spychaczy i zgarniacze są odzyskiwane przez osadzanie. Koleje również wykorzystują nagromadzenie do przywracania zużycia kół kolejowych oraz punktów i węzłów kolejowych.

4. Buttering:

Buttering to proces osadzania jednej lub więcej warstw materiału pomiędzy tymi metalurgicznie niekompatybilnymi materiałami, które indywidualnie mają kompatybilność z materiałem tworzącym warstwę masującą. Jest stosowany zwłaszcza do łączenia stali nierdzewnej z węglem lub niskostopową stalą nieszlachetną.

Jeśli nie zostanie użyta warstwa maślana, odporność na korozję stali nierdzewnej zostanie zmniejszona, ale jeśli warstwa metalu o wysokiej zawartości niklu lub Ni-Cr zostanie osadzona na metalu basowym przed osadzeniem stali nierdzewnej o wysokiej zawartości stopu, nie obserwuje się pogorszenia odporności na korozję.

Typowy przykład tego procesu znajduje się w elektrowni jądrowej do łączenia stali nierdzewnej platerowanej ze stalową dyszą niskostopową masą stopu Ni-Cr-Fe do rur ze stali nierdzewnej przy użyciu metalu wypełniającego Ni-Cr-Fe. Może być również stosowany do łączenia stali węglowej ze stalą niskostopową, gdy unika się odprężania zakończonego spawu.

Komponent można poddać obróbce cieplnej po zaprawieniu masłem. Podczas projektowania złącza należy wziąć pod uwagę wytrzymałość warstwy masła.

Chociaż nagromadzenie i masowanie są powszechnie używanymi terminami, ale nie mają one oficjalnego statusu; Wykładziny lub częściej używane okładziny terminowe mają je uwzględniać.

Wybór procesu wynurzania:

Wybór procesu napawania zależy od materiału podłoża, rodzaju i charakteru wymaganego osadu, wielkości produkcji, wielkości i kształtu elementu, który ma być poddany powierzchni, warunków użytkowania, do których ma być on doprowadzony oraz dostępności sprzętu.

Oxy-acetylenowe napawanie stosuje się w wielu zastosowaniach, zarówno w warsztatach, jak iw terenie, gdzie odbiór węgla nie stanowi problemu. Proces ten powoduje powolne nagrzewanie i schładzanie podłoża, przez co szansa na rozwój naprężeń i pękanie jest mniejsza. Koszt sprzętu jest niski. Zwykle stosuje się go do nakładania specjalistycznych stopów kobaltu na stosunkowo cienką krawędź; bity węgla, na przykład, są często naprężane przez proces napawania acetylenowo-tlenowego.

Napawanie za pomocą ekranowanego procesu spawania łukiem elektrycznym jest szybsze i ogólnie tańsze, jeśli w grę wchodzi duża liczba elementów. Wymagana umiejętność jest mniejsza niż w przypadku procesu napawania tlenowo-paliwowego. Jednak ze względu na szybsze tempo nagrzewania i chłodzenia, naprężenia termiczne rozwinięte w metalu nieszlachetnym i nakładce są dość wysokie, co powoduje zwiększoną podatność na pękanie.

Proces ten jest szeroko wykorzystywany do naprawy i budowania ogólnego przeznaczenia, dla których dostępne są pożądane elektrody. Proces jest ekonomiczny i jest łatwo dostępny w większości sklepów i warsztatów terenowych. Znajduje szerokie zastosowanie w napawaniu ukształtowanych elementów, ruchomych części ziemi, pogłębiających głowic tnących, wałów i narzędzi itp.

Zanurzeniowe napawanie łukowe jest stosowane w sklepach, a nie w terenie. Najlepiej nadaje się do wycofywania aplikacji, gdy te same lub podobne części są na powierzchni rutynowo, na przykład, rolkowe buty torowe, bębny, kółko zębate z silnikiem łopaty. Proces spawania łukiem krytym wykorzystujący elektrody taśmowe ze stali nierdzewnej jest często wykorzystywany do napawania statków jądrowych w celu poprawy ich żywotności i obniżenia początkowych kosztów.

Surfacing metodą FCAW można stosować w aplikacjach, w których zwykle stosuje się SMAW, ale wymaga to dostępności drutu rdzeniowego w postaci nawijanej. Może być stosowany zarówno w warsztacie, jak i podczas prac polowych, np. Przy wylewaniu warg.

GMAW jest często używana do tworzenia aplikacji, takich jak małe wałki, zarówno w trybie półautomatycznym, jak i automatycznym. Stosuje się go również głównie do napawania małych elementów o skomplikowanych kształtach, które są trudne w obsłudze, jeśli żużel musi zostać usunięty między różnymi przebiegami. Powierzchnię za pomocą łuku zwarciowego, tj. Techniki przenoszenia zanurzeniowego, można korzystnie zastosować do cylindrycznych elementów o średnicy od 8 do 200 mm.

Proces GTAW stosuje się do napawania w celu złoŜenia doskonałej jakości osadów wymagających najmniejszej obróbki po procesie, na przykład narzędzi i matryc.

Metoda napawania łukiem plazmowym jest stosowana do aplikacji podobnych do tych obsługiwanych w procesie GTAW. Jednak ze względu na bardzo wysoką temperaturę plazmy można go stosować w przypadkach, w których napawanie za pomocą GTAW nie jest możliwe.

Metoda napawania metodą elektrodrążenia jest stosowana do odkładania dużych ilości metalu lub do specjalnych zastosowań, na przykład jest szeroko stosowana do odbudowy młotów kruszących. Do tej aplikacji stosowane są specjalne urządzenia, które przyspieszają realizację zadania w krótkim czasie.

Zadania awaryjne można najlepiej obsłużyć za pomocą bezpiecznika pieca pod warunkiem, że odpowiedni piec jest dostępny do podjęcia operacji.

Materiał podłoża w nawierzchni:

Podczas gdy wybór materiału do napawania jest oparty na jego zamierzonej usłudze, wybór materiału bazowego działa jak podłoże jest podyktowane nie tylko jego spawalnością i właściwościami mechanicznymi, ale także względami konstrukcyjnymi lub formowaniem.

Do zastosowań ogólnych najlepszym materiałem bazowym jest zwykle niestopowa stal węglowa o zawartości węgla od 0, 20 do 0, 95 procent, która pokrywa większą część stali niskowęglowej i średniowłóknistej oraz niższych gatunków stali wysokowęglowych. Zwykły materiał na bazie stali węglowej o zawartości węgla 0, 45% jest dość popularny ze względu na dobrą spawalność i wytrzymałość po napawaniu.

Stale o zawartości węgla 0, 50% lub więcej mogą być zadowalająco pokrywane procesem oksy-acetylenowym z powodu niskiego wkładu ciepła i przedłużonego cyklu chłodzenia z powodu rozprzestrzeniania się ciepła. Podgrzewanie wstępne do temperatury od 260 do 315 ° C jest niezbędne, aby uniknąć szoku termicznego podczas wstępnego nagrzewania i szybkiego rozpraszania ciepła, gdy napawanie odbywa się w procesie ekranowanego spawania łukiem metalowym.

Niskostopowe komponenty stalowe mogą być nawierzchniowe, wykonując prawie taką samą procedurę, jak w przypadku zwykłych stali węglowych o podobnych tendencjach do utwardzania.

W przypadku bardzo twardego podłoża austenityczna stal manganowa znana jako stal Hadfielda jest prawdopodobnie najtwardszym dostępnym i jest dość tania w formie odlewów. Jest zgrzewalny i ma granicę plastyczności około 380 MPa.

Żeliwa szare ze względu na ich kruchość wymagają specjalnych środków ostrożności w nawierzchni ze stalowymi stopami bazowymi; jednakże zastosowanie mają niektóre stopy austenityczne o niskiej temperaturze topnienia, stopy na bazie kobaltu oraz stopy na bazie niklu i miedzi.

Żeliwo białe i żeliwo ciągliwe nie są zalecane jako podłoże do napawania, ponieważ tracą swoje podstawowe właściwości z powodu ogrzewania. Miedź, mosiądz i brąz również nie nadają się dobrze jako podłoża do napawania.

Wybór materiału powierzchniowego:

Wybór stopu nawierzchniowego zależy od rodzaju zużycia, któremu poddany jest element nawierzchniowy podczas eksploatacji.

Te warunki powstawania zużycia zwykle wynikają z następujących sześciu rodzajów kombinacji:

1. Ścieranie bez silnego uderzenia,

2. Połączone ścieranie i silne uderzenie,

3. Toczenia, przesuwania i kontaktu metal-metal,

4. Erozja i korozja,

5. Ostrza działające w normalnych temperaturach, oraz

6. Powierzchnie poddane konserwacji w podwyższonych temperaturach.

Powierzchnie narażone na ścieranie bez silnego uderzenia, takie jak udziały w pługach, łopaty, rolki ciągnika, obrotowe wiertła olejowe, płyty do formowania, uchwyty do pogłębiania i koryta do przenoszenia materiałów sypkich są pokrywane materiałem, takim jak węglik chromu.

Połączone ścieranie i silne uderzenia występują w urządzeniach takich jak czerpaki i zęby szufli z napędem elektrycznym, stożki kruszarki skałkowej, warg spychacza, zęby klapy i zsypy, na których wyrzucane są ciężkie kawałki. Materiały najlepiej nadające się do napawania tych składników to stale pół austenityczne i stale manganowe.

Przenośniki ślimakowe i narzędzia do wiercenia w ziemi są na ogół chronione twardymi materiałami, takimi jak węgliki. Stale nierdzewne są stosowane w celu zapewnienia odporności na korozję i ochrony przed erozją w pompach wodnych i implikacjach wymagających dobrej odporności na uderzenia.

Powierzchnie poddane toczeniu, przesuwaniu i kontaktowi metal-metal w takich częściach, jak zęby kół zębatych, tuleje i tuleje, powierzchnie rolek, koła żurawia i wały, które mają współpracować ze smarowaniem, można pokryć austenityczną stalą Mn lub austenityczną stalą nierdzewną podczas gdy łożyska pracujące w wysokich temperaturach są pokrywane za pomocą węglika chromu, stali nierdzewnych i stopów wysoko-chromowych i niklowych.

Połączony efekt lub erozja i korozja, jakie występują w zaworach i ich gniazdach w celu kontrolowania pary, wody, oleju itp., Mogą zostać zredukowane i skompensowane przez osady wykonane za pomocą napawania austenitycznych stopów stali nierdzewnej.

Krawędzie tnące pracujące w normalnych temperaturach, takie jak nożyce metalowe, stemple, siekacze podajnika (do paszy), narzędzia do skrobania uziemienia, wiertła do wiercenia ziemi, ostrza strzępiarki itp., Muszą być pokryte materiałem o właściwościach samoostrzących; złogi węglika wolframu dobrze służą temu warunkowi.

Powierzchnie narażone na działanie gorących elementów, takich jak gniazda zaworu silnika, narzędzia do ciągnienia na gorąco lub formowania na gorąco itp., Wymagają wytrzymałości, wytrzymałości na gorąco, odporności na pełzanie, odporności na utlenianie i odporności na erozję spalin. Materiałem napo jowym najlepiej nadającym się do tych zastosowań są stopy Cr-Co-W, stale austenityczne, stale martenzytyczne o średniej zawartości węgla i stopy typu Ni-Cr-Mo.

Zastosowania nawierzchni:

Obróbka powierzchniowa ma również zastosowanie do produkcji nowych i regeneracji zużytych komponentów. W obu przypadkach wydłuża żywotność produktu i oszczędza drogie materiały.

Istnieją niezliczone produkty inżynieryjne, które są regularnie nawiedzane, aby utrzymać je w eksploatacji do czasu, gdy będzie to ekonomicznie opłacalne.

Bardziej szczegółowo, nawierzchnie są wykorzystywane do produkcji lub regeneracji następujących rodzajów urządzeń:

1. Części sprzętu rolniczego i do przemieszczania ziemi, takie jak rolki podporowe ciągników, zęby czerpaków, udziały w pługach, stożki drążenia, tłok spycharki, łyżki do koparek, kultywator, kopanie, itp.

2. Urządzenia do kruszenia węgla i cementu oraz zakłady hutnicze, takie jak formy, szczęki kruszące, stożki wielkiego pieca, walce kruszące i młoty, ślimaki przenośnika, ślimaki do odzysku węgla, łyżki do mieszania asfaltu itp.

3. Wytnij i naciśnij elementy, takie jak matryce, stemple itp.

4. Wiertnice i noże do węgla, na przykład wiertła, zęby tnące itp.

5. Narzędzia do cięcia, takie jak dzielenie się kwitnących młynków, cięcie, wiercenie, rozwiercanie i frezowanie narzędzi i tak dalej.

6. Walce walcarki.

7. Obręcze kół kolejowych, punkty szynowe, skrzyżowania i żaby.

8. Zawory i gniazda zaworów do silników spalinowych.

9. Zbiorniki ciśnieniowe i zbiorniki magazynowe.

10. Noże i noże, takie jak rozdrabniacz paszy (dla paszy), noże równiarki, noże do młynów itp.