Tehnologia de bază a sârmei de sudură rezistente la uzură: Cum sporește pulberea de crom-fier cu conținut ridicat de carbon rezistența la uzură
I. Analiza factorilor cheie care influențează rezistența la uzură a sârmei de sudură rezistente la uzură
1.1 Compoziția și microstructura materialului matriceal al sârmei de sudură
Materialul matrice al sârmei de sudură este fundamentul sârmei de sudură rezistente la uzură, iar compoziția sa chimică și microstructura exercită un impact fundamental asupra rezistenței la uzură a metalului depus. Din perspectiva compoziției chimice, elemente precum carbonul, manganul și siliciul din materialul matrice nu numai că afectează performanța procesului de sudare a sârmei de sudură, dar interacționează și cu elementele din materialul de armare pentru a regla formarea și distribuția fazelor de întărire în metalul depus. De exemplu, carbonul poate forma carburi cu elemente precum cromul și tungstenul, în timp ce manganul poate îmbunătăți fluiditatea băii topite și poate spori compactitatea îmbinărilor sudate. În ceea ce privește microstructura, dimensiunea granulelor și compoziția fazelor materialului matrice determină direct proprietățile mecanice inițiale ale metalului depus. Un material matrice cu o structură cu granulație fină are de obicei o rezistență și o tenacitate mai mari, oferind un suport excelent pentru distribuția uniformă a fazelor de întărire. Mai mult, proporția de faze precum perlita și ferită în matrice afectează, de asemenea, duritatea și rezistența la uzură a metalului depus. Reglarea rațională a microstructurii matricei este o bază importantă pentru îmbunătățirea rezistenței la uzură.
1.2 Tipuri și reguli de distribuție a fazelor de întărire a aliajelor
Fazele de întărire a aliajului sunt elementele esențiale pentru îmbunătățirea rezistenței la uzură a sârmei de sudură rezistente la uzură, iar tipul, cantitatea, dimensiunea și starea lor de distribuție determină direct efectul îmbunătățirii rezistenței la uzură. În metalul depus al sârmei de sudură rezistente la uzură, fazele comune de întărire a aliajului includ în principal carburi, nitruri, boruri etc. Printre acestea, fazele de carbură sunt utilizate pe scară largă datorită durității și stabilității lor ridicate. Diferite tipuri de faze de carbură au durități și stabilități diferite. De exemplu, duritatea Cr₇C₃ atinge până la 1800–2200 HV, ceea ce este mult mai mare decât cea a materialului matrice, exercitând un efect semnificativ asupra îmbunătățirii rezistenței la uzură. În plus, regula de distribuție a fazelor de întărire a aliajului este, de asemenea, crucială. Fazele de întărire dispersate uniform pot împiedica mai eficient mișcarea particulelor abrazive și pot evita uzura locală excesivă. În schimb, agregarea și segregarea fazelor de întărire vor duce la performanțe inegale ale metalului depus, reducându-i rezistența la uzură și tenacitatea. Prin urmare, selectarea rațională a tipului de faze de întărire a aliajului și reglarea distribuției uniforme a acestora prin mijloace tehnice sunt verigi cheie pentru îmbunătățirea rezistenței la uzură a sârmei de sudură rezistente la uzură.
1.3 Mecanismul de reglare a procesului de sudare asupra rezistenței la uzură a metalului depus
Procesul de sudare este o procedură cheie care conectează sârma de sudură cu materialul matriceal și formează metalul depus. Parametrii procesului (cum ar fi curentul de sudare, tensiunea, viteza de sudare, tipul de gaz protector etc.) joacă un rol important de reglare în compoziția chimică, microstructura și rezistența la uzură a metalului depus. Magnitudinea curentului și a tensiunii de sudare afectează direct aportul de căldură la sudare, ceea ce, la rândul său, influențează temperatura și viteza de răcire a băii topite. Un aport de căldură mai mare va crește temperatura băii topite, va provoca o creștere a granulelor metalului depus și o dizolvare excesivă a fazelor de întărire, reducând astfel duritatea și rezistența la uzură. Pe de altă parte, un aport de căldură mai mic poate duce la o sudare insuficientă, rezultând defecte precum penetrarea incompletă și includerea zgurii, care afectează, de asemenea, performanța metalului depus. Viteza de sudare afectează calitatea formării și viteza de răcire a metalului depus; o viteză de sudare rezonabilă poate asigura că metalul depus are o grosime uniformă și o structură densă. Tipul și debitul gazului protector sunt utilizate în principal pentru a preveni oxidarea băii topite, a asigura stabilitatea procesului de sudare și a evita efectele adverse ale produselor de oxidare asupra performanței metalului depus. Prin urmare, optimizarea parametrilor procesului de sudare pentru a obține o reglare precisă a microstructurii metalului depus este o garanție importantă pentru îmbunătățirea rezistenței la uzură a sârmei de sudură rezistente la uzură.
1.4 Indicatori principali de evaluare și metode standardizate de testare pentru rezistența la uzură
Evaluarea precisă a rezistenței la uzură a sârmei de sudură rezistente la uzură este baza promovării cercetării, dezvoltării și aplicării tehnologice. În prezent, în industrie s-au format o serie de indicatori de evaluare de bază și metode de testare standardizate. Indicatorii de evaluare de bază includ în principal duritatea, pierderea la uzură, rezistența relativă la uzură etc. Duritatea este un indice important pentru măsurarea rezistenței materialului la deformare locală și uzură, de obicei testată prin metode de duritate Brinell (HB), duritate Rockwell (HRC) sau duritate Vickers (HV). Metalul depus cu duritate ridicată are, în general, o rezistență mai bună la uzură. Pierderea la uzură se referă la pierderea de masă sau pierderea de volum a materialului în anumite condiții de uzură; cu cât pierderea la uzură este mai mică, cu atât rezistența la uzură a materialului este mai bună. Rezistența relativă la uzură se obține prin compararea pierderii la uzură a materialului testat cu cea a materialului standard, ceea ce poate reflecta mai intuitiv avantajele de rezistență la uzură ale materialului testat. Metodele de testare standardizate includ în principal testul de uzură abrazivă, testul de uzură la impact, testul de uzură la alunecare etc. Diferite metode de testare simulează diferite condiții de uzură, permițând o evaluare cuprinzătoare a rezistenței la uzură a sârmei de sudură rezistente la uzură în diferite condiții de funcționare. De exemplu, testul de uzură abrazivă simulează în principal condițiile de lucru ale utilajelor miniere supuse tăierilor abrazive, în timp ce testul de uzură la impact simulează condițiile de lucru ale utilajelor inginerești supuse acțiunii combinate a impactului și uzurii. Prin metode de testare standardizate și indicatori de evaluare, se poate oferi un suport obiectiv și precis al datelor pentru compararea performanțelor și cercetarea și dezvoltarea tehnologică a sârmei de sudură rezistente la uzură.
II. Procesul de preparare și tehnologia de adaptare a pulberii de crom-fier cu conținut ridicat de carbon în sârma de sudură rezistentă la uzură
2.1 Optimizarea procesului de preparare a sârmei de sudură rezistente la uzură și a metodei de adăugare a pulberii de crom și fier cu conținut ridicat de carbon
2.1.1 Proiectarea raportului și procesul uniform de amestecare a pulberii de crom-fier cu conținut ridicat de carbon în sârma de sudură cu miez de flux
Sârma de sudură cu miez de flux este unul dintre cei mai utilizați suporturi pentru pulberea de crom-fier cu conținut ridicat de carbon. În procesul de preparare, proiectarea raportului și procesul uniform de amestecare a pulberii de crom-fier cu conținut ridicat de carbon sunt cheile pentru asigurarea performanței sârmei de sudură. În ceea ce privește proiectarea raportului, este necesar să se determine în mod rezonabil proporția de pulbere de crom-fier cu conținut ridicat de carbon și alte componente (cum ar fi pulberea de fier, feromanganul, ferosiliciul, grafit, formatorul de zgură etc.) în funcție de rezistența la uzură țintă, performanța procesului de sudare și cerințele complete privind proprietățile mecanice ale sârmei de sudură. Dacă proporția de pulbere de crom-fier cu conținut ridicat de carbon este prea mică, se vor forma suficiente faze de carbură, iar efectul de întărire va fi nesemnificativ. Dacă proporția este prea mare, tenacitatea metalului depus va scădea, susceptibilitatea la fisuri de sudură va crește, iar costul va crește, de asemenea. În general, este rezonabil să se controleze proporția de pulbere de crom-fier cu conținut ridicat de carbon în sârma de sudură cu miez de flux între 20% și 40%. În ceea ce privește procesul de amestecare uniformă, pentru a asigura o distribuție uniformă a pulberii de crom-fier cu conținut ridicat de carbon în miezul de flux, este necesar să se adopte echipamente de amestecare eficiente și procese de amestecare rezonabile. În prezent, echipamentele de amestecare utilizate în mod obișnuit includ mixere conice și mixere cu dublă spirală. În timpul procesului de amestecare, parametri precum timpul de amestecare și viteza de rotație trebuie controlați pentru a evita amestecarea neuniformă sau aglomerarea particulelor. În plus, înainte de amestecare, pulberea de crom-fier cu conținut ridicat de carbon și alte componente trebuie uscate pentru a îndepărta umezeala și impuritățile, asigurând calitatea amestecării și performanța procesului de sudare a sârmei.
2.1.2 Tehnologia de preparare a acoperirii cu pulbere de crom-fier cu conținut ridicat de carbon pe suprafața sârmei de sudură solide
Pe lângă sârma de sudură cu miez de flux, acoperirea suprafeței sârmei de sudură solide cu un înveliș care conține pulbere de crom-fier cu conținut ridicat de carbon este, de asemenea, o formă importantă de aplicare a pulberii de crom-fier cu conținut ridicat de carbon. Nucleul acestei tehnologii de preparare constă în amestecarea pulberii de crom-fier cu conținut ridicat de carbon cu lianți și alte elemente de aliere pentru a prepara materiale de acoperire prin anumite mijloace tehnologice, acoperirea uniformă a acestora pe suprafața sârmei de sudură solide și formarea unui înveliș cu o anumită grosime și rezistență după uscare și întărire. Cheia acestei tehnologii constă în proiectarea formulei materialelor de acoperire și optimizarea proceselor de acoperire. În formula materialului de acoperire, conținutul de pulbere de crom-fier cu conținut ridicat de carbon trebuie ajustat în mod rezonabil în funcție de performanța țintă. Liantul trebuie să aibă o bună rezistență la lipire și stabilitate la temperaturi ridicate pentru a se asigura că învelișul nu se desprinde sau nu se descompune în timpul procesului de sudare. În ceea ce privește procesele de acoperire, metodele comune includ acoperirea prin imersie, acoperirea prin pulverizare, acoperirea prin rolă etc. Metoda de acoperire prin imersie are avantajele unui proces simplu și al unui cost redus, dar o uniformitate slabă a grosimii învelișului. Metoda de acoperire prin pulverizare poate obține o grosime uniformă a învelișului, dar are costuri ridicate ale echipamentelor. Metoda de acoperire cu rolă combină avantajele unui proces simplu și ale grosimii uniforme a stratului de acoperire, fiind utilizată pe scară largă. În plus, procesele de uscare și întărire a stratului de acoperire sunt, de asemenea, cruciale; temperatura și timpul trebuie controlate pentru a asigura o rezistență și o stabilitate bună a stratului de acoperire și pentru a evita defectele în timpul procesului de sudare.
2.2 Studiu experimental privind optimizarea cantității de adaos de pulbere de fier și crom cu conținut ridicat de carbon
2.2.1 Influența cantității adăugate asupra eficienței depunerii sârmei de sudură
Cantitatea de pulbere de crom-fier cu conținut ridicat de carbon adăugată nu numai că afectează rezistența la uzură a metalului depus, dar are și un impact semnificativ asupra eficienței depunerii sârmei de sudură. Eficiența depunerii este un indicator important pentru măsurarea performanței de sudare a sârmei de sudură, referindu-se la raportul dintre masa metalului depus și masa sârmei de sudură consumate pe unitatea de timp. Un număr mare de studii experimentale au descoperit că există o relație neliniară între cantitatea de pulbere de crom-fier cu conținut ridicat de carbon adăugată și eficiența depunerii. Atunci când cantitatea adăugată este mică, pulberea de crom-fier cu conținut ridicat de carbon are un efect redus asupra eficienței depunerii. Odată cu creșterea cantității adăugate, eficiența depunerii se va îmbunătăți treptat, deoarece unele elemente din pulberea de crom-fier cu conținut ridicat de carbon pot îmbunătăți fluiditatea băii topite și pot promova topirea și depunerea sârmei de sudură. Cu toate acestea, atunci când cantitatea adăugată depășește un anumit prag, eficiența depunerii va începe să scadă. Acest lucru se datorează faptului că pulberea de crom-fier cu conținut ridicat de carbon are o densitate mare; adăugarea excesivă va încetini viteza de topire a sârmei de sudură. Între timp, formarea unor faze excesive de carbură va crește vâscozitatea băii topite, împiedicând curgerea și formarea metalului depus. Prin urmare, este necesar să se determine intervalul optim de adăugare a pulberii de crom-fier cu conținut ridicat de carbon prin experimente de optimizare pentru a asigura rezistența la uzură a metalului depus, ținând cont în același timp de o eficiență ridicată a depunerii.
2.2.2 Legea evoluției rezistenței la uzură a metalului depus cu diferite cantități de adaos
Rezistența la uzură a metalului depus prezintă o lege evolutivă evidentă în funcție de diferitele cantități de adaos de pulbere de fier cu crom și conținut ridicat de carbon. Rezultatele testelor arată că odată cu creșterea cantității de adaos de pulbere de fier cu crom și conținut ridicat de carbon, numărul de faze de carbură din metalul depus crește treptat, iar duritatea și rezistența la uzură cresc, de asemenea, în mod corespunzător. Când cantitatea de adaos atinge o anumită valoare, duritatea și rezistența la uzură a metalului depus ating vârful. Dacă cantitatea de adaos continuă să crească, duritatea și rezistența la uzură a metalului depus nu se vor îmbunătăți, ci vor scădea, iar tenacitatea va scădea, de asemenea, semnificativ. Acest lucru se datorează faptului că atunci când cantitatea de adaos este prea mare, numărul de faze de carbură este excesiv, ceea ce duce la agregare și segregare, ceea ce are ca rezultat o microstructură inegală a metalului depus și o concentrare locală a stresului. În timpul procesului de uzură, este predispusă apariția fisurilor, accelerând deteriorarea prin uzură. În plus, excesul de faze de carbură va reduce, de asemenea, performanța procesului de sudare a metalului depus și va crește riscul de fisuri prin sudare. Prin urmare, determinarea cantității optime de adaos de pulbere de fier cu crom și conținut ridicat de carbon prin experimente este cheia pentru atingerea unui echilibru între rezistența la uzură și proprietățile mecanice complete ale metalului depus.
2.3 Tehnologia de reglare a compatibilității dintre pulberea de crom-fier cu conținut ridicat de carbon și alte componente ale sârmei de sudură
Compatibilitatea dintre pulberea de fier cu conținut ridicat de carbon și alte componente ale sârmei de sudură (cum ar fi metalul matriceal, alte elemente de aliere, formatorii de zgură, dezoxidanții etc.) afectează direct performanța procesului de sudare a sârmei și performanța metalului depus. Prin urmare, este nevoie să se adopte tehnologii eficiente de reglare pentru a asigura o bună compatibilitate. În primul rând, în ceea ce privește selecția componentelor, este necesar să se selecteze în mod rezonabil alte componente în funcție de compoziția chimică și proprietățile fizice ale pulberii de fier cu conținut ridicat de carbon. De exemplu, selectarea feromanganului, ferosiliciului etc., cu o bună capacitate de dezoxidare, deoarece dezoxidanții pot elimina eficient oxigenul din baia topită, pot evita formarea de oxizi între oxigen și crom și pot preveni impactul asupra formării fazelor de carbură. Selectarea formatorilor de zgură adecvați poate asigura formarea unei zguri bune în timpul procesului de sudare, poate proteja baia topită și cusătura de sudură și poate reduce generarea de defecte. În al doilea rând, în ceea ce privește reglarea raportului, este necesar să se optimizeze proporția fiecărei componente prin experimente pentru a evita problemele de compatibilitate cauzate de cantități excesive sau insuficiente dintr-o anumită componentă. De exemplu, o proporție excesiv de mare de agenți formatori de zgură poate duce la un exces de zgură, afectând formarea metalului depus; o proporție insuficientă de dezoxidanți nu poate îndepărta eficient elementele dăunătoare. În plus, interacțiunea dintre diferite componente poate fi îmbunătățită, iar compatibilitatea poate fi sporită prin adăugarea unei cantități adecvate de aliaje principale sau elemente de pământuri rare. Elementele de pământuri rare au efecte bune de purificare și modificare, care pot rafina granulele, pot îmbunătăți distribuția fazelor de carbură, pot spori forța de legătură dintre diferite componente și pot îmbunătăți performanța generală a sârmei de sudură.