Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Одной из наиболее трудноразрешимых проблем, возникающих при электродуговой наплавке деталей судовых машин и механизмов, является проблема резкого снижения усталостной прочности наплавленных деталей.
Характерной особенностью наплавочных работ в судостроении и судоремонте является широкое использование высоколегированных коррози-онностойких сварочных материалов аустенитного и аустенитно-ферритного классов. Сочетание антифрикционных свойств и коррозионной стойкости получаемых покрытий позволяет, в целом, обеспечить приемлемую работоспособность наплавленных изделий в специфических условиях эксплуатации, однако существование упомянутой проблемы препятствует полномасштабному применению наплавки при ремонте ответстзенных деталей судовых машин и механизмов, в частности, деталей винто-рулевого комплекса кораблей и судов с неограниченным районом плавания.
Среди причин, вызывающих снижение усталостной прочности деталей после наплавки, в первую очередь, называют большие по величине остаточные напряжения, наличие сварочных дефектов и неблагоприятную литую структуру наплавленного металла. Существенная роль третьего из перечисленных факторов обусловлена тем, что наплавленный металл занимает значительную часть поверхности и расположен, как правило; в наиболее нагруженных областях изделия, поэтому комплексом его свойств во многом определяется надежность и работоспособность изделия в целом.
Особый интерес представляет тот факт, что аустенитная основа высоколегированных сварочных материалов не претерпевает полной фазовой перекристаллизации в процессе охтаждения после наплавки и в силу этого сохраняет исходігую текстуру кристаллизации. В свою очередь, наличие текстуры обуславливает анизотропию свойств наплавленного металла и в конечном счете влияет на работоспособность наплавленных изделий. Эта логически связанная цепочка текстура-анизотропия-работоспособность составляет предмет исследования данной работы.
Текстурообразование при кристаллизации и анизотропия свойств литого и наплавленного металлов неоднократно исследовались рядом отечественных и зарубежных авторов. Имеется опыт успешного использования анизотропии износостойкости наплавленного металла для повышения срока службы деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания. Однако, несмотря на большое количество работ рассматриваемого направления, многие вопросы остаются недостаточно изученными. Так сведения о текстуре аустенитной наплавки носят качественный характер, полностью отсутствуют сведения о влиянии текстуры наплавки на усталостную проч-
ность, недостаточно разработаны методы использования анизотропии или ее подавления для повышения эксплуатационных свойств наплавленных деталей.
Поэтому актуальной задачей является разработка и внедрение новых эффективных методов повышения эксплуатационных свойств восстановленных деталей путем учета текстуры и анизотропии свойств аустенитной наплавки.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ. Целью работы являлась разработка методов управления текстурой кристаллизации и анизотропией свойств наплавленного металла для повышения надежности и долговечности ответственных деталей судовых машин и механизмов, работающих в условиях знакопеременного нагружения.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
исследование особенностей текстурообразования при электродуговой наплавке высоколегированных коррозионностойких сталей;
оценка уровня анизотропии физико-механических свойств наплавленного металла, имеющего текстуру кристаллизации различной степени совершенства и однородности;
изучение влияния текстуры и анизотропии свойств на усталостное разрушение наплавленного металла;
создание методов учета, использования или подавления текстуры кристаллизации и анизотропии свойств наплавленного металла и разработка на этой основе технологии восстановления и упрочнения деталей судовых машин и механизмов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые проведено системное исследование текстуры наплавок, выполненных электродуговым способом с использованием высоколегированных сварочных материалов аустенитного, аустениг-но-феррнтного и ферритного классов. Установлено, что в условиях направленного теплоотвода все исследованные материалы кристаллизуются с образованием в основной фазе наплавленного металла острой аксиальной текстуры типа <100> высокой степени совершенства, причем рассеяние текстуры не зависит от наличия и количества второй фазы.
Исследована анизотропия физико-механических свойств металла, наплавленного широкой электродной лентой аустенитного и аустенитно-ферритного классов. Установлено, что анизотропия сопротивления металла пластическому деформированию проявляется наиболее резко на начальной стадии деформирования при напряжениях, находящихся на уровне эксплуатационных. Расчетно-экспериментальным методом получены количественные оценки модуля нормальной упругости для базовых кристаллографических направлений монокристалла высоколегированного аустенита.
Установлен факт анизотропии усталостной прочности образцов с ау-стенитной наплавкой. Определены основные причины этого явления. Показано, что наличие аксиальной текстуры кристаллизации является негативным фактором, способствующим развитию усталостной трещины, так как разрушение кристаллитов наплавки происходит избирательно по кристаллографическим плоскостям типа {100} с минимальной сопутствующей пластической деформацией, а границы наклона не. оказывают заметного тормозящего действия на трещину.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Разработаны рекомендации по учету и использованию анизотропии свойств наплавленного металла для повышения усталостной прочности изделий по а.с.№750876 путем согласования направления наложения валиков наплавки с направлением действия в изделии переменных эксплуатационных нагрузок.
Осуществлена технологическая и конструкторская разработка приставок к наплавочным автоматам для осуществления электромагнитного воздействия на процесс кристаллизации по а.с.№1220236 применительно к технологии механизированной наплавки деталей судовых машин и механизмов.
Рекомендации по учету анизотропии и использованию приставок введены в отраслевые стандарты ОСТ 5.9873-81 и ОСТ 5.9573-84. Опытная серия приставок внедрена на судоремонтных и судостроительных предприятиях: «Дальзавод» (г. Владивосток), завод "Звезда" (п. Большой Камень Приморского края), судостроительный завод им. С. М. Кирова (г. Хаба-ровск),судоремонтный завод ММФ (г. Советская Гавань Хабаровского края), ЗЛК (г. Комсомольск-на-Амуре Хабаровского края), Невельской СРЗ (г. Невельск Сахалинской области), завод "Звездочка" (г. Северодвинск Архангельской области).
Подтвержденный экономический эффект от инедреши разработок составил 127 тыс. руб. в ценах 1991 г.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы работы докладывались и обсуждались на: краевом семинаре "Опыт внедрения технологии сварки, наплавки и контроля изделий судового машиностроения" (г. Хабаровск, 1980 г.); Всесоюзной конференции, посвященной 50-летию подготовки инженеров-сварщиков (г. Владивосток, 1980г.); межзаводской школе "Электромагнитное управление сварочной дугой при наплавке изделий машиностроения" (п. Большой Камень Приморского края, 1981г.); Всесоюзной конференции по сварке в судостроении и судоремонте (г. Владивосток,1983г.); Дальневосточной конференции "Пути ускорения технического прогресса в сварочном производстве" (г. Владивосток, 1987г.).
ПУБЛИКАЦИИ, По материалам диссертации опубликовано 7 работ в научно-технических журналах и сборниках, получено два авторских свидетельства на изобретения.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из j^fa? наименований и приложения; содержит /%Естраницы машинописного текста, ^ таблиц.^^рисунков.
