Overfladebehandling af metaller: Betydning, Typer og Udvælgelse

Efter at have læst denne artikel vil du lære om: - 1. Betydning af Surfacing 2. Typer af Surfacing 3. Valg af en Surfacing Process 4. Materiale af Substrate 5. Valg af Surfacing Material 6. Applications.

Betydning af Surfacing:

Overfladebehandling er en proces til aflejring af et metal eller en legering over en anden (uædle metaller eller substrat) for at forbedre sine slidbestandige egenskaber som modstandsdygtighed over for slid, korrosion, friktion eller for at opnå dimensionskontrol og metallurgiske behov.

De processer, der almindeligvis anvendes til overfladebehandling, er fusionsvejseprocesserne som gas svejsning, buesvejsning mv. Fremgangsmåden til overfladebehandling synes at være blevet udviklet i første omgang til behovene i oliebrøndboringsindustrien, men bruges nu i vid udstrækning på alle typer udstyr, redskaber og beholdere for at forbedre deres liv mod slid og kemisk virkning.

Overfladebehandling er ligeledes anvendelig til fremstilling af nye produkter og genvinding af brugte produkter. I begge tilfælde forlænger produktets levetid og sparer dyrt materiale. Dette medfører betydelige økonomiske gevinster.

Typer Surfacing:

Surfacing er af forskellig art, f.eks. Beklædning, hardfacing, build up og buttering for at opnå korrosionsbestandighed (til kemisk slid), slidstyrke (til fysisk slid), dimensionskontrol (for at genopbygge slidte komponenter) og henholdsvis metallurgiske behov.

Disse fire typer overfladebehandling metoder diskuteres kortfattet i dette afsnit:

1. Beklædning:

I beklædning lægges et tykt lag af noget svejsemetal som rustfrit stål på en kulstof eller lavmetallestålplade for at gøre den korrosionsbestandig. Beklædning skal også modstå lokaliseret korrosion, såsom pitting, spaltkorrosion, inter granulær korrosion og spændingskorrosionsspredning.

Til beklædning anvendes normalt rustfrit stål eller en af ​​nikkelbasislegeringerne, selvom kobberbaserede legeringer, sølv og bly anvendes også til nogle specifikke anvendelser.

Selvom den største fordel ved beklædning er skabelsen af ​​lav korrosionsbestandige overflade, men det kombinerer også et højstyrkemateriale som lavlegerede stål til understøtning med korrosionsbestandigt materiale som rustfrit stål. Imidlertid er styrken af ​​beklædningsmaterialet som hovedregel ikke indregnet i komponentets design.

Hovedbeklædningen anvendes til fremstilling af skibe til kemikalier, papirfabrikker, petroleumsraffinering og atomkraftværker. Kobberformede reaktorer bruges til produktion af øl, som også er ætsende, mens fødevareforarbejdning og emballeringsanlæg gør en stor udnyttelse af rustfrit stål for at undgå korrosive virkninger af fødevarer.

2. Hardfacing:

Ved hardfacing deponeres et metal over en anden overflade for at øge overfladens hårdhed og gøre den modstandsdygtig overfor slid, slag, erosion, galning og kavitation. Ligesom i beklædningen er styrken af ​​hardfacing lag ikke inkluderet i komponentets design.

Slidstyrke er den vigtigste anvendelse af hardfacing. Generelt deponeres maksimalt tre lag hardfacing legeringer. Fordi overdreven fortynding reducerer effektiviteten af ​​hardfacing, er det derfor vigtigt at undgå overdreven indtrængning og dårlig binding af tilstødende perler. Designet skal være sådan, at der ydes tilstrækkelig støtte til overfladebehandlingen og så vidt muligt skal den læses i kompression frem for spænding eller forskydning. Under disse forhold kan hardfacing effektivt vise sine økonomiske fordele.

Hardfacing finder udstrakt anvendelse i byggemateriale, herunder bulldozerblade, skraberblade og stenskinner samt til tekstiludstyr og motorventilfasader.

3. Opbygning:

Bygningsoverlay er genopbygningen af ​​slidte dele for at genoprette dem til original form og dimensioner. I modsætning til beklædning og hardfacing er styrken af ​​svejsemetallet, der danner opbygningen, en nødvendig overvejelse i komponentdesignet, fordi materialet skal udskifte nogle af den oprindelige del af komponenten, der har slidt væk.

Derfor er sammensætningen og egenskaberne af det afsatte svejsemetal sædvanligvis svarende til de af basismetal, der skal opbygges.

Opbygningsmetode til overfladebehandling anvendes i vid udstrækning i jordbevægelsesudstyr, for eksempel tænderne på slæbespand, kantene af bulldozerblade og skrabere genvindes ved opbygning. Jernbanerne benytter sig også af opbygning til genoprettelse af slid på jernbanehjulene såvel som jernbanepunkter og kryds.

4. Buttering:

Buttering er processen med at deponere et eller flere lag af et materiale mellem de metallurgisk ikke-kompatible materialer, der individuelt har kompatibilitet med det materiale, der danner smeltelaget. Det anvendes især til sammenføjning af rustfrit stål til et carbon eller lavmetal stålmetal.

Hvis der ikke anvendes noget smørlag, vil rustfrit stålets korrosionsbestandighed blive reduceret, men hvis et lag af højt nikkel- eller Ni-Cr-materiale aflejres på basmetallet før aflejring af rustfrit stål af høj legering, observeres ingen forringelse af korrosionsbestandighed.

Et almindeligt eksempel på denne proces findes i atomkraftværket til sammenføjning af rustfrit stål klædt til lav legeret stål dyse smurt med Ni-Cr-Fe legering til rør af rustfrit stål ved brug af et Ni- Cr-Fe fyldstof. Det kan også bruges til sammenføjning af kulstofstål til lavmetalstål, når stressaflastningen af ​​den færdige svejsning skal undgås.

Komponenten kan varmebehandles efter smøring. Styrken af ​​smørlag skal tages i betragtning under udformningen af ​​leddet.

Selvom opbygning og buttering er almindeligt anvendte udtryk, men de har ingen officiel status; Overfladebehandling eller oftere brugt termisk beklædning skal indbefatte dem.

Udvælgelse af en overfladebehandling:

Udvælgelsen af ​​en overfladebehandlingsproces afhænger af substratets materiale, type og art af depositum, produktionshastighed, størrelse og form af den komponent, der skal overfladebehandles, den servicekondition, som den skal anbringes, og tilgængeligheden af ​​udstyr.

Oxy-acetylen-overfladebehandling anvendes til mange anvendelser både i butiks- og feltjob, hvor kulstof afhentning ikke er et problem. Denne proces frembringer langsom opvarmning og afkøling af substratet, således er chancen for spændingsudvikling og krakning mindre. Udstyrsomkostningerne er lave. Det anvendes normalt til anvendelse af specialiserede koboltlegeringer på relativt tynd kant; kul cutter bits, for eksempel, er ofte hardfaced ved oxy-acetylen overfladebehandling proces.

Overfladebehandling ved afskærmet metalbuesvejseproces er hurtigere og generelt billigere, hvis der er involveret et stort antal komponenter. Den nødvendige færdighed er lavere end i tilfælde af oxy-brændstofgasoverfladebehandling. På grund af hurtigere opvarmnings- og afkølingshastigheder er de termiske spændinger, der er udviklet i uædle metaller og overlejret ret høje, hvilket resulterer i øget følsomhed over for revner.

Denne proces anvendes i vid udstrækning til reparation og opbygning af generelle formål, for hvilke de ønskede elektroder er tilgængelige. Processen er økonomisk og er let tilgængelig i de fleste forretnings- og feltværksteder. Den finder udstrakt anvendelse i overflademodulerede komponenter, jordbevægende dele, dredger cutterhoveder, aksler og værktøj mv.

Neddykket bue overfladebehandling er ansat i butikker og ikke i marken. Det er bedst egnet til at ophæve applikationer, når de samme eller lignende dele opdages rutinemæssigt, for eksempel rullebanesko, tromler, spændeskive ring gear. Neddykket bueproces, der anvender rustfrit stålbåndelektroder, anvendes ofte til overfladebehandling af nukleare fartøjer for at forbedre deres levetid og reducere de oprindelige omkostninger.

Overfladebehandling ved FCAW-processen kan anvendes til applikationer hvor SMAW normalt anvendes, men det kræver tilgængelighed af rørformet fluxkernetråd i spolet form. Den kan bruges både i butiks- og feltpligten, f.eks. Til overfladebehandling af dipperlæbe.

GMAW bruges ofte til opbygning af applikationer som små aksler både i halvautomatiske og automatiske tilstande. Det er også primært ansat til overfladebehandling af små komponenter af komplekse former, som er vanskelige at håndtere, hvis slagge skal fjernes mellem forskellige kørsler. Overfladebehandling ved kortslutningsbuen, dvs. dipoverførselsteknik, kan fordelagtigt påføres cylindriske komponenter med en diameter på 8 til 200 mm.

GTAW-processen bruges til overfladebehandling til at lægge fremragende kvalitetsindskud, der kræver mindst efterbehandling, for eksempel værktøjer og dør.

Plasma bue overflademetode anvendes til applikationer svarende til dem, der håndteres af GTAW-processen. På grund af den meget høje temperatur i plasmaet kan den imidlertid anvendes i de tilfælde, hvor overfladebehandling af GTAW ikke er mulig.

Elektroslagbelægningsmetode anvendes til deponering af store mængder metal eller til specielle anvendelser, for eksempel er det almindeligt anvendt til genopbygning af knuserhammere. Til denne ansøgning er der specialindretninger til rådighed for at fremskynde jobbet færdigt på kort tid.

Nødopgaver kan bedst håndteres ved ovnsfusion, forudsat at en egnet ovn er tilgængelig til at gennemføre operationen.

Materiale af substrat i overfladebehandling:

Mens udvælgelsen af ​​overflademateriale er baseret på den tilsigtede service, vælger basismaterialet lo, da substratet dikteres ikke kun af dets svejsbarhed og de mekaniske egenskaber, men også af strukturelle design eller formgivningsovervejelser.

Til generelle formål er det bedste basismateriale sædvanligvis ulegeret carbonstål med et kulstofindhold på 0, 20 til 0, 95 procent, der dækker hovedparten af ​​lav- og mediumcarbonstål og lavere kvaliteter af højt kulstofstål. Det slanke kulstofstålmetal med et kulstofindhold på 0, 45% er ret populært på grund af dets gode svejsbarhed og styrke efter overfladebehandling.

Stål med kulstofindhold på 0, 50% eller derover kan på tilfredsstillende vis overfladebehandles med oxyacetylenprocessen på grund af lavvarmeindgang og langvarig kølecyklus på grund af spredningen af ​​varme. Forvarmning til en temperatur på 260 til 315 ° C er afgørende for at undgå termisk chok af indledende opvarmning og hurtig udslip af varme, når overfladebehandling sker med skærmet metalbuesvejsningsproces.

Komponenter af lavlegeret stål kan overfladebehandles ved at følge næsten samme fremgangsmåde som anvendt til almindelig kulstofstål, der har lignende tendenser at hærde.

For meget hårdt substrat, austenitisk mangan stål populært kendt som Hadfield stål er nok den hårdeste tilgængelige og er ganske billig i form af støbegods. Den er svejsbar og har en udbyttestyrke på ca. 380 MPa.

Gråstøbte jern på grund af deres brølhed kræver særlige forholdsregler ved overfladebehandling med stålbasislegeringer; Imidlertid er nogle af austenitiske legeringer med lav smeltepunkt, koboltbaserede legeringer og nikkel- og kobberbasislegeringerne anvendelige.

Hvidt støbejern og formbart støbejern anbefales ikke til brug som substrat til overfladebehandling, da de mister deres grundlæggende egenskaber på grund af opvarmning. Kobber, messing og bronze passer også ikke godt som underlag til overfladebehandling.

Udvælgelse af et overflademateriale:

Valget af en overfladebelægning afhænger af slidets art, som den overfladebehandlede komponent skal underkastes under service.

Disse slidproducerende betingelser skyldes normalt følgende seks typer af kombinationer:

1. Slid uden kraftig indvirkning

2. Kombineret slid og kraftig påvirkning,

3. Rullende, glidende og metal-til-metal kontakt,

4. Erosion og korrosion,

5. Klipper kanter ved normale temperaturer, og

6. Overflader udsat for service ved forhøjede temperaturer.

Overflader, der udsættes for slid uden kraftig påvirkning, såsom plovaktier, skovle, traktorvalser, rotorolier med oliebrøndstykker, skimmelbrædder, skrabeklemmer og riller til transport af bulkmateriale, er overfladebehandlet med materiale som chromcarbid.

Kombineret slid og kraftig indflydelse opstår i udstyr som kraftskovle dippere og tænder, stenknusningskegler, bulldoserlæbe, clam shell tænder og kasser, på hvilke tunge stykker bliver dumpet. Materialer bedst egnet til overfladebehandling af disse komponenter er semi-austenitiske stål og manganestål.

Skruetransportører og jordboringsværktøjer er generelt beskyttet af hårde materialer som carbider. Rustfrit stål bruges til at tilvejebringe korrosionsbestandighed og beskyttelse mod erosion i vandpumper og implikationer, der kræver god slagfasthed.

Overflader, der udsættes for rullende, glidende og metal til metal kontakt i sådanne dele som tandhjulstænder, ærmer og bøsninger, rulleoverflader, kranhjul og aksler, der skal fungere med smøring, kan overfladebehandles med austenitisk Mn-stål eller austenitisk rustfrit stål mens lejer, der drives ved høje temperaturer, er overfladebehandlet med chromcarbid, rustfrit stål og højkrom og Ni-legeringer.

Kombineret effekt eller erosion og korrosion, som det opstår i ventiler og deres pladser til styring af damp, vand, olie mv., Kan reduceres og kompenseres af indskud, der er fremstillet ved overfladebehandling med austenitiske rustfrit stållegeringer.

Skærekanter, der arbejder ved normale temperaturer, såsom metalskår, stanser, foderhakere (til foder), jordskrabningsværktøjer, jordboringsbits, shredderblades mv., Skal overfladebehandles med materiale med selvskærende egenskaber; wolframcarbidfældninger tjener denne tilstand godt.

Overflader udsat for varme tjenester, som f.eks. Motorventilsæder, varm tegning eller varmformningsdyser mv. Kræver sejhed, varm styrke, krybebestandighed, oxidationsmodstand og erosionsbestandighed ved udstødningsgas. Overfladematerialet, der er bedst egnet til disse anvendelser, er Cr-Co-W legeringer, austenitiske stål, martensitiske mediumcarbonstål og Ni-Cr-Mo-typelegeringer.

Anvendelser af Surfacing:

Overfladebehandling er ligeledes anvendelig til fremstilling af ny og genanvendelse af brugte komponenter. I begge tilfælde forlænger produktets levetid og sparer dyre materialer.

Der er utallige ingeniørprodukter, der regelmæssigt opdages for at holde dem i brug, indtil det er økonomisk rentabelt.

Mere specifikt anvendes overfladebehandling til fremstilling eller genvinding af følgende typer udstyr:

1. Dele af landbrugs- og jordbevægelsesudstyr som støtteborde af traktorer, dybde tænder, plovaktier, borekegler, bulldozer trunion, slæbespand, kultivator fejer, grave anus mv.

2. Kul- og cementknusningsudstyr og metallurgiske anlæg som forme, knusekæber, højovns kegler, knusningsruller og hammere, transportskruer, kulgenvindingsskruer, asfaltblanderspjæld mv.

3. Smid og tryk komponenter som dør, slag, etc.

4. Drill rigge og kulskærere, for eksempel borekroner, skæretænder mv.

5. Skæreværktøjer som blomstrende aksjer, skære-, borings-, rense- og fræseværktøjer, og så videre.

6. Valseværker.

7. Ringehjul, jernbanepunkter, kryds og frøer.

8. Ventiler og ventilsæder til forbrændingsmotorer.

9. Trykbeholdere og lagertanke.

10. Knive og fræsere som foderhacker (til foder), graderblad, pugmølleknive mv.