Изобарного термодинамического потенциала в стандартных условиях Z°, характеризующего сродство элементов к кислороду

В табл. 3.2 приведены результаты лабораторного исследования флюсов, содержащих окислы легирующих элементов.

Таблица 3.2 – Содержание окислов в составе флюса и состав

наплавленного металла

Окислы	Содержание во флюсе, %	Содержание элемента в наплавленном металле
оксида	элемента
MnO	34,87	27,0	0,92
46,44	35,7	1,33
54,34	42,0	1,89
Cr2O3	4,52	3,1	0,42
9,65	6,6	1,15
18,07	12,8	2,13
WO3	9,04	7,5	1,32
12,34	10,5	4,08
34,68	27,5	6,38
MoO3	5,14	3,55	1,48
8,47	5,60	2,49

Однако практического применения подобные флюсы пока не полу-чили по ряду причин. Окислы легирующих элементов, кроме марганца и хрома, сравнительно дороги и малодоступны. При введении в состав флюса больших количеств Сг₂О₃ технологические свойства изменяются к худшему. Пока еще не разработаны гомогенные легирующие флюсы, пригодные для промышленного использования. Большие затруднения воз-никают при плавке подобных флюсов в электропечи из-за восстановления примесей графитом электрода. Для получения наплавленного металла с нужной твердостью необходимо использовать не обычную, а высокоугле-родистую проволоку. Легирующие примеси из этих флюсов плохо исполь-зуются при наплавке, велики потери их в шлаковой корке.

Перечисленные трудности, по-видимому, отпадают, если примеши-вать ферросплавы к флюсу. Однако результаты были часто неудовлетвори-тельными: при каждом пересыпании происходила сепарация по удельному весу. Возникали участки, где ферросплавов было слишком много; там по-являлись трещины. В других местах получались мягкие участки и т. п.

Плотность сварочных флюсов 2,7…3,7 г/см³. Избежать сепарации по плотности можно в том случае, если ферросплавы будут находиться в смеси в виде крупинок, близких по форме и размерам к зернам флюса и обладающих примерно одинаковым с флюсом удельным весом.

Чтобы устранить сепарацию, можно приклеить частицы ферросплава к крупинкам флюса (например, с помощью растворимого стекла). Но су-щественным недостатком всех вариантов легирующего флюса остается си-льно выраженная зависимость состава наплавленного металла от режима наплавки. Относительная масса флюса определяет здесь не только скорость массопередачи в шлаке, но и выделение продуктов реакции на межфазной поверхности. Крупинки ферросплава оседают в слое расп-лавленного шлака и поступают в ванну на всем ее протяжении; влияние относительной массы шлака на состав наплавленного металла должно сказываться здесь гораздо сильнее, чем при легировании через проволоку.

Можно приготовить неплавленный флюс таким же способом, как покрытия качественных электродов. Опыты сварки открытой дугой с ис-пользованием в качестве флюса смеси порошков, отвечающей электрод-ному покрытию, или дробленых покрытий проводились давно. При этом количество флюса по отношению к расплавляемой электродной проволоке было примерно такое же, как и в покрытых электродах.Эти флюсы, полу-чившие название керамических, получаются посредством замешивания на растворимом стекле смеси тонко размолотых ферросплавов, минералов и химикатов, гранулирования тестообразной массы, сушки и прокалки крупки.

Серьезным достоинством керамического, как и других легирующих флюсов, является возможность использования в качестве электрода низ-

коуглеродистой проволоки или ленты.

Наиболее рационально использование легирующих флюсов при электрошлаковых процессах (наплавке, переплаве). Так при использовании при электрошлаковом переплаве экзотермических легирующих флюсов, полученных путем механического смешения легирующих элементов и флюса АНФ-6, был получен заданный химический состав металла [17].

При наплавке под керамическими флюсами область допустимых режимов получается примерно такая же, как и при использовании плав-ленных флюсов. Если требуется более высокое легирование, то выполня-ется дополнительное легирование через электродную проволоку.

Легирование нанесением примесей на наплавляемую

Поверхность

Как лабораторный прием получения наплавленного металла требуемого состава этот способ применялся давно. Порошок соответству-ющего ферросплава насыпали на поверхность пластины или в неглубокую канавку на поверхности, а затем производили наплавку низкоуглеродис-той электродной проволокой под обычным флюсом. Количество насы-панного ферросплава и режим наплавки выбирали таким, чтобы весь насыпанный порошок был полностью расплавлен. Благодаря энергично-му перемешиванию металла в сварочной ванне, примесь, введенная таким путем, распределяется достаточно равномерно по сечению наплавлен-ного валика. При легировании путем нанесения на поверхность приме-сей окисление, при прочих равных условиях, происходит в сравнитель-но слабой степени. По расплавлении элементы сразу попадают в метал-лическую ванну, следовательно, шлак воздействует меньше, чем при легировании через проволоку. При равномерном распределении примеси по длине наплавляемого валика можно получить наплавленный металл заданного состава.

Подобный способ может быть применен для наплавки защитных листов бункерных устройств, деталей желобов, транспортеров и пр., ког-да она осуществляется многоэлектродным методом или ленточным электродом. Наплавка по слою сталинитовой шихты производилась электродами из низкоуглеродистой проволоки под флюсом АН 348А на режиме: ток – 1400…1450 А, напряжение дуги – 36…38 В, скорость перемещения – 18 м/ч. Ширина валика, наплавляемого за один проход, составляла 75 мм. Наплавленный металл содержал 2,06 % С; 3,70 % Мn; 0,63 % Si; 4,0 % Сr.

Применительно к плоским деталям рассматриваемый способ легиро-вания имеет крупные преимущества: он прост и дешев. Серьезным недо-статком, однако, является зависимость состава наплавленного металла от сечения наплавляемого валика, которое определяется током и скоростью перемещения дуги. Кроме того, имеется зависимость от напряжения, обусловленная изменением относительной массы шлака. Наконец, глу-бина проплавления основного металла зависит от количества насыпанной присадки. Ввиду этого дозировка легирующих примесей должна подби-раться опытным путем, применительно к конкретному изделию и вполне определенному режиму наплавки; более или менее значительное изме-нение тока и напряжения ведет к изменению состава и свойств наплав-ленного слоя.

Как видно из сказанного, легирование по этому способу гораздо менее универсально, чем по трем предыдущим способам.

3.1.5 Сравнительная характеристика способов легирования

Достижимая точность легирования зависит как от тщательности изготовления применяемых при наплавке материалов, так и от величины области режимов, в пределах которой состав металла отклоняется от сред-него в допустимой мере. Если качество материалов до некоторой степени зависит от организации их производства, то область режимов определяется природой процесса и выбором состава флюса и электрода.

На рис. 3.5 различной штриховкой показаны области режимов при наплавке высоколегированного металла под флюсом АН-20.

Из рисунка видно, что способы 1 и 2 обеспечивают достаточно ши-рокие рабочие области, так что случайные колебания тока и напряжения дуги, неизбежные при наплавке в производственных условиях, не должны отражаться на химическом составе наплавленного металла. Способ 3 дает узкую полосу допустимых режимов; соблюдение напряжения дуги в таких пределах связано с определенными трудностями. Случайные отклонения от заданного состава здесь более вероятны, чем при использовании легиру-ющей проволоки.

Способ 4 позволяет получить заданный состав только в очень узком диапазоне режимов. Уже небольшое отклонение тока и напряжения от требуемого неизбежно приводит к недопустимым отклонениям состава наплавленного металла. Очевидно, что способ 4 дает наименьшую точ-ность легирования.

Все же можно утверждать, что способ 1 – применение легированной проволоки и обычного плавленого флюса – значительно надежнее всех других способов легирования.

При использовании порошковой проволоки изредка наблюдаются дефекты, связанные с неравномерным заполнением трубки порошком или с недостаточно тщательным перемешиванием шихты. Небрежное хранение, обусловливая ржавление проволоки, может приводить к об-разованию пор в наплавленном слое.

Керамические флюсы ввиду большого числа составляющих требуют тщательного контроля и усреднения сырья. При пользовании только ре-цептом состава, как это, к сожалению, все еще принято во многих элект-родных цехах, колебания в содержании материалов вызывают колебания технологических свойств. Сепарация по удельному весу также может вызывать неоднородность состава наплавленного металла.

1 – проволокой ЭИ 701; 2 – порошковой проволокой ПП-3Х2В8;

3 – низкоуглеродистой проволокой под легирующим флюсом;

4 – низкоуглеродистой проволокой по насыпанному слою порошка ферросплава

Рисунок 3.5 – Области режимов, в пределах которых состав наплавленного металла в допустимой мере отклоняется от среднего уровня при наплавке под флюсом АН-20

Способ 4 хуже других, так как качество наплавки зависит от равно-мерности насыпания порошка на наплавляемуюповерхность. Примитив-ные дозаторы дают неточные результаты. Ручная насыпка мало надежна. Попытки конструирования различных питателей с автоматическим регу-лированием количества высыпаемого порошка пока не дали положитель-ных результатов. Однако их можно добиться при использовании в качес-тве присадочного металла пластин или ленты. При наплавке неплавящим-ся электродом в среде защитного газа 4-й способ легирования является единственно возможным. Общая характеристика четырех способов леги-рования сведена в табл. 3.3.

Таблица 3.3 – Общая характеристика способов легирования

при наплавке под флюсом

Дата добавления: 2015-10-28