Технологии наплавки клапанов твердыми сплавами

Клапана широко применяются в машиностроении и изнашиваются по контактным поверхностям. Наплавка твердыми сплавами клапанов позволяет эффективно продлить срок службы клапана за счет восстановления рабочей поверхности и ее упрочнения.

Выбор способа наплавки клапана должен осуществляться исходя из условий эксплуатации и конструкции клапана с учетом технологических особенностей наплавки требуемого твердого сплава.

Опыт разработки и применения технологии наплавки клапанов твердыми сплавами, накопленный специалистами группы WTC, позволяет охарактеризовать выпускаемые промышленностью материалы и соответствующие способы наплавки контактных поверхностей клапанов.

Основные закономерности работы клапана, уровень эксплуатационных температур и механизм изнашивания зоны контакта клапана с его седлом позволяют выбирать материалы для наплавки, которые можно условно разделить на три группы:

1. – твердые сплавы на основе железа (при температуре работы клапана до 450C);
2. – твердые сплавы на основе никеля и кобальта (при температуре работы клапана до 600C);
3. – композиционный твердый сплав на основе карбидов вольфрама (при температуре работы клапана до 900C).

Главным отличием указанных твердых сплавов для наплавки контактных поверхностей клапанов является размеры и концентрация карбидов, обладающих высокой твердостью и износостойкостью при температурах эксплуатации клапанов.

Сплавы на основе железа

К сплавам этой группы относятся:

• хромовольфрамовые теплостойкие стали,
• высокохромистые специальные чугуны,
• легированные В, Ni, V, W, Mo, Nb.

Наплавочные материалы для наплавки указанными сплавами клапанов выпускаются в виде покрытых электродов, прутков, порошковых проволок и лент, которые позволяют получать во втором наплавленном слое требуемый твердый сплав, склонный к образованию трещин, сколов и отслоений.

Допустимость указанных дефектов зависят от условий эксплуатации клапанов. Склонность к образованию трещин у таких твердых сплавов обусловлена содержанием и концентрацией входящих в него легирующих элементов и усиливается с повышением концентрации углерода в основном металле клапана.

В зависимости от химического состава клапана назначается технология наплавки для получения требуемых свойств и твердости поверхности.

При эксплуатации клапанов доменных печей в условиях интенсивного газоабразивного износа эффективно применяется дополнительное легирование твердых сплавов железа бором. При этом повышенное содержание бора сильно понижает пластические свойства наплавленного металла и ужесточает требования к технологии наплавки.

В наплавленном слое клапана увеличивается количество трещин, их раскрытие, что снижает эксплуатационную стойкость клапанного механизма (фото). Поэтому технология наплавки указанными сплавами должна предусматривать необходимые требования к технике наплавки и тепловому режиму.

Сплавы на основе никеля

При работе клапана в газоабразивной среде указанные твердые сплавы обладают более высокой износостойкостью чем высокохромистые наплавочные чугуны.

Это обусловлено тем, что карбиды, введенные в электродный материал, разрушаются при плавлении и переносе электродного металла и растворяются в сварочной ванне, тем самым повышая количество карбидных выделений в жаропрочной матрице и соответственно стойкость к воздействию изнашивающего поверхность клапана потока.

Несмотря на более высокую износостойкость и технологичность такие сплавы при наплавке дуговым способом склонны к выделению свободного углерода в наплавленном слое, что требует строгого соблюдения технологии электродуговой наплавки (фото). Плазменно-порошковые способы наплавки указанных сплавов позволяют повысить их качество и стойкость, ограничивая при этом допустимую высоту наплавки клапана.

Фото поверхности наплавленной никелькарбидохромовым сплавом с строчечными выделениями графита

Фото сечение наплавленной никелькарбидохромовым сплавом поверхности после газоабразивного износа колошниковой пылью

Композиционные сплавы на основе карбидов вольфрама

Указанные сплавы являются наиболее износостойкими по сравнению с указанными выше, из-за избирательного износа поверхности клапана — «теневого эффекта», проявляющегося при увеличении размеров зерен карбидов, сцементированных в менее износостойкой матрице.

Наиболее стойкими являются клапана, наплавленные композиционным сплавом с карбидом вольфрама методом пропитки жидким матричным сплавом (способ печной наплавки), который позволяет не расплавлять карбиды и сохранить их свойства (фото).

Несмотря на высокие эксплуатационные характеристики клапанов, их наплавка композитом сдерживается высокой стоимостью карбида вольфрама и сложностями ремонта спеченного слоя.

Анализ условий наплавки износостойких сплавов и технологий наплавки контактных поверхностей клапанов свидетельствует о том, что важным фактором при выборе сплавов и способа наплавки является их технологичность. Необходимость применения специальных технических приёмов направленных на обеспечение требуемых параметров наплавленной поверхности (подогрев, траектория движения электрода, необходимость термической обработки), специального оборудования и оснастки, специальных материалов и технологии обработки.

Заказать технологическую инструкцию по наплавке твердым сплавом у группы WTC