Câu hỏi thường gặp về hàn những vật liệu bề mặt cứng

Thoạt nhìn, hardfaces có thể gây nhầm lẫn và rắc rối; trong thực tế, nó không phải là. Hiểu một số điều cơ bản về bề mặt cứng có thể giúp bạn tự tin hơn trong việc lựa chọn sản phẩm bề mặt cứng của mình.

19 câu trả lời sau đây cho các câu hỏi thường gặp có thể giúp bạn chọn các sản phẩm gia công bề mặt cứng phù hợp nhất cho ứng dụng của bạn.

1. Bề mặt cứng là gì?

Các bộ phận kim loại thường không sử dụng đúng mục đích không phải vì chúng bị gãy mà vì chúng bị mài mòn, khiến chúng mất đi kích thước và chức năng. Bề mặt cứng, còn được gọi là bề mặt cứng, là ứng dụng của kim loại hàn tích tụ hoặc chống mài mòn lên bề mặt của một bộ phận bằng phương pháp hàn hoặc nối.

2. Những kim loại cơ bản nào có thể được làm cứng?

Carbon và thép hợp kim thấp có hàm lượng carbon dưới 1 phần trăm có thể được tôi cứng. Hợp kim carbon cao có thể yêu cầu một lớp đệm đặc biệt.

Các kim loại cơ bản sau đây có thể được làm cứng:

• Thép không rỉ
• thép mangan
• gang và thép
• Hợp kim gốc niken
• Hợp kim gốc đồng

3. Quy trình phổ biến nhất được sử dụng để áp dụng mặt cứng là gì?

Theo thứ tự phổ biến, các thủ tục sau đây có thể được sử dụng:

• Hàn hồ quang lõi thuốc (FCAW)
• Hàn hồ quang kim loại khí (GMAW)
• Hàn hồ quang kim loại có che chắn (SMAW)
• Hàn hồ quang chìm (SAW)
• Hàn hồ quang vonfram khí (GTAW)
• Hàn oxy Fuel (OFW) hoặc hàn oxyacetylene
• Hàn hồ quang plasma, hàn laze, phun nhiệt và hàn hơi

FCAW và GMAW có thể hoán đổi cho nhau hoặc giống nhau về mức độ phổ biến. Tuy nhiên, xu hướng là sử dụng các quy trình hàn bán tự động và tự động.

4. Với rất nhiều quy trình hàn hiện có, quy trình nào tiết kiệm nhất?

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính kinh tế của việc làm cứng, nhưng một yếu tố chính là tỷ lệ lắng đọng. Hình 1 cho thấy tỷ lệ lắng đọng ước tính cho mỗi quy trình.

5. Mặc là một thuật ngữ bao gồm tất cả. Nó có thể được chia thành các danh mục dễ quản lý hơn không?

Đúng. Có nhiều loại hao mòn khác nhau—quá nhiều để có thể đề cập trong một bài viết—nhưng các kiểu hao mòn điển hình nhất như sau (tỷ lệ phần trăm là ước tính của tổng hao mòn):

• Mài mòn—40 phần trăm
• Tác động—25 phần trăm
• Kim loại (kim loại với kim loại)—10 phần trăm
• Nhiệt—5 phần trăm
• Ăn mòn—5 phần trăm
• Khác—5 phần trăm

Hầu hết các bộ phận bị mài mòn không bị hỏng do một kiểu mài mòn đơn lẻ, chẳng hạn như va đập, mà do sự kết hợp của nhiều kiểu mài mòn, chẳng hạn như mài mòn và va đập. Ví dụ: răng gầu khai thác thường bị mài mòn và va đập, và tùy thuộc vào loại vật liệu được khai thác (đá mềm hay đá cứng), một chế độ có thể chiếm ưu thế hơn chế độ khác. Điều này sẽ quyết định sản phẩm hàn được sử dụng.

Việc xác định chế độ hao mòn có thể là một thách thức và có thể yêu cầu thử và sai khi bạn chọn các sản phẩm gia công cứng.

6. Có cách nào thuận tiện để phân loại nhiều hợp kim khi xác định nên sử dụng bề mặt cứng nào không?

Đúng. Hợp kim gốc sắt có thể được chia thành ba loại chính:

• mactenxit. Nhóm này bao gồm tất cả các loại thép tôi được với độ cứng Rockwell từ 20 đến 65. Nhóm này, tương tự như thép dụng cụ, cứng lại khi nguội. Chúng tốt cho mài mòn kim loại với kim loại và mài mòn. Họ cũng có thể chịu được rất nhiều tác động.
• austenit . Hợp kim Austenitic bao gồm thép tôi cứng, chẳng hạn như mangan và thép không gỉ. Nhóm này thường mềm khi được hàn và chỉ cứng lại sau khi kim loại hàn được gia công. Chúng có đặc tính va đập tốt và khả năng chống mài mòn vừa phải. Gia đình thép không gỉ là tốt cho khả năng chống ăn mòn.
• cacbua kim loại. Các hợp kim này chứa một lượng lớn cacbua kim loại trong một ma trận mềm, dẻo dai và rất tốt cho các ứng dụng chịu mài mòn nghiêm trọng. Các hợp kim chứa một lượng lớn crom và cacbon được gọi là họ cacbua crom và gần giống với gang hoặc gang trắng. Độ cứng của chúng là từ 40 HRC đến 65 HRC. Các hợp kim chứa một lượng lớn vonfram và carbon thuộc họ cacbua vonfram. Một số có chứa một lượng nhỏ crom và boron tạo thành boride và rất tốt cho các ứng dụng mài mòn nghiêm trọng.

7. Nhiều hợp kim cứng bị nứt. Điều này có bình thường không?

Nó phụ thuộc vào hợp kim cứng. Nhiều hợp kim cacbua crom kiểm tra vết nứt khi được làm lạnh đến nhiệt độ vừa phải; điều này là bình thường. Những loại khác, chẳng hạn như họ austenit và martensitic, không bị nứt khi áp dụng các quy trình hàn thích hợp.

Hình 2 Chú thích ở đây.

8. Check-cracking là gì?

Nứt kiểm tra, hoặc kiểm tra như đôi khi nó được gọi, xảy ra trong các họ cacbua kim loại và có thể được coi là các vết nứt vuông góc với chiều dài hạt (xem Hình 2 ). Chúng thường xảy ra cách nhau từ 3/8 đến 2 inch và là kết quả của ứng suất cao gây ra bởi sự co lại của kim loại mối hàn khi nó nguội đi.

Các vết nứt lan truyền qua độ dày của mép hàn và dừng lại ở kim loại cơ bản, miễn là nó không giòn. Trong trường hợp kim loại cơ bản cứng hoặc giòn, bạn nên chọn lớp đệm là kim loại hàn mềm hơn, cứng hơn. Họ austenit là một lựa chọn tốt cho tiền gửi đệm.

9. Bề mặt cứng crom cacbua là gì?

Nói chung, đây là những hợp kim gốc sắt có chứa lượng crom cao (lớn hơn 18 phần trăm) và cacbon (lớn hơn 3 phần trăm). Những nguyên tố này tạo thành cacbua cứng (crom cacbua) chống mài mòn. Tiền gửi thường xuyên kiểm tra vết nứt cứ sau 1/2 inch, giúp giảm căng thẳng khi hàn. Hệ số ma sát thấp của chúng cũng khiến chúng được ưa chuộng trong các ứng dụng yêu cầu vật liệu có độ trượt tốt.

Nói chung, khả năng chống mài mòn tăng lên khi lượng carbon và crom tăng lên, mặc dù carbon có ảnh hưởng lớn nhất. Giá trị độ cứng nằm trong khoảng từ 40 HRC đến 65 HRC. Chúng cũng có thể chứa các nguyên tố khác có thể tạo thành cacbua hoặc borua khác giúp tăng khả năng chống mài mòn trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Các hợp kim này được giới hạn trong hai hoặc ba lớp.

10. Cacbua phức tạp là gì?

Các cacbua phức tạp thường được kết hợp với các mỏ cacbua crom có ​​bổ sung columbium, molypden, vonfram hoặc vanadi. Việc bổ sung các nguyên tố này và cacbon tạo thành cacbua của riêng chúng và/hoặc kết hợp với cacbua crom hiện tại để tăng khả năng chống mài mòn tổng thể của hợp kim. Họ có thể có tất cả các yếu tố này hoặc chỉ một hoặc hai. Chúng được sử dụng cho các ứng dụng mài mòn nghiêm trọng hoặc nhiệt độ cao.

11. Giá trị độ cứng có thể được sử dụng để dự đoán khả năng chống mài mòn không?

Không, đây không phải là một ý tưởng tốt. Hợp kim martensitic và hợp kim cacbua crom có ​​thể có cùng độ cứng, giả sử là 58 HRC và hoạt động rất khác nhau trong cùng điều kiện mài mòn. Cấu trúc vi mô luyện kim là một thước đo tốt hơn, nhưng điều đó không phải lúc nào cũng có sẵn.

Độ cứng thời gian duy nhất có thể được sử dụng để dự đoán độ mài mòn là khi các hợp kim được đánh giá nằm trong cùng một họ. Ví dụ, trong họ martensitic, hợp kim 55 HRC sẽ có khả năng chống mài mòn tốt hơn hợp kim 35 HRC. Điều này có thể xảy ra hoặc không trong các họ austenit hoặc cacbua kim loại. Một lần nữa, bạn phải xem xét cấu trúc vi mô. Bạn nên tham khảo ý kiến ​​​​của nhà sản xuất để biết các khuyến nghị.

Hình 3 Thiết bị thử nghiệm ASTM G65

12. Nếu độ cứng không đáng tin cậy thì đo độ mài mòn như thế nào?

Nó phụ thuộc vào loại mài mòn có liên quan, nhưng trong trường hợp mài mòn do mài mòn—cho đến nay cơ chế mài mòn chiếm ưu thế nhất—tiêu chuẩn ASTM Intl. Thử nghiệm bánh xe cao su cát khô G65 được sử dụng rộng rãi. Về cơ bản, đây là một thử nghiệm trong đó mẫu được cân trước và sau thử nghiệm, và kết quả thường được biểu thị bằng số gam giảm cân hoặc giảm thể tích.

Một mẫu được giữ dựa vào một bánh xe cao su đang quay với một lực đã biết trong một số vòng quay. Một loại cát cụ thể, được định cỡ cẩn thận, được nhỏ xuống giữa mẫu và bánh xe cao su. Điều này mô phỏng mài mòn thuần túy và các con số được sử dụng làm hướng dẫn trong việc lựa chọn vật liệu (xem Hình 3 ).

13. Loại khí nào được sử dụng trong bề mặt cứng GMAW?

Độ thâm nhập và độ loãng thấp là những mục tiêu chính trong việc tạo bề mặt cứng, vì vậy argon tinh khiết và hỗn hợp argon với oxy hoặc carbon dioxide thường sẽ tạo ra kết quả mong muốn. Bạn cũng có thể sử dụng carbon dioxide tinh khiết, nhưng bạn sẽ nhận được nhiều tia hơn so với khi sử dụng hỗn hợp argon.

14. Giọt kim lkoaiạ chuyển động là gì và tại sao nó quan trọng?

Dây hàn tạo ra sự truyền phun hoặc sự truyền hình cầu (quả cầu) của kim loại nóng chảy qua hồ quang hàn. Truyền dạng phun là sự phân tán của các giọt kim loại nóng chảy mịn và có thể được mô tả như một quá trình truyền có âm thanh êm dịu. Những dây này là mong muốn trong việc kết nối các ứng dụng mà bạn yêu cầu độ xuyên thấu tốt.

Dây chuyển bóng phân tán các giọt kim loại nóng chảy lớn hơn, hoặc các quả bóng. Loại chuyển giao này thúc đẩy độ thâm nhập và độ loãng thấp, thích hợp cho bề mặt cứng. Nó có vòng cung ồn ào hơn tạo ra âm thanh răng rắc có thể nghe được và thường có mức độ bắn tóe cao hơn so với dây truyền phun. Các thông số hàn như độ nhô điện, khí (nếu có), cường độ dòng điện và điện áp có thể ảnh hưởng đến kích thước của quả bóng và sự chuyển động của nó. Các dây dẫn không có khí hoặc vòng cung hở đều có chuyển động hình cầu hoặc bóng.

15. Các bộ phận có phải được làm nóng sơ bộ trước khi tôi cứng không?

Theo quy định, bạn nên đưa tất cả các bộ phận ít nhất về nhiệt độ phòng. Bạn có thể chọn nhiệt độ gia nhiệt trước và nhiệt độ chuyển tiếp cao hơn dựa trên thành phần hóa học kim loại cơ bản và sản phẩm gia công cứng mà bạn đang sử dụng.

Mangan và một số thép không gỉ và các sản phẩm có bề mặt cứng tương tự không yêu cầu gia nhiệt trước và nhiệt độ hàn nên được giữ ở mức thấp nhất có thể. Các loại thép khác thường yêu cầu nhiệt độ gia nhiệt trước và nhiệt độ xen kẽ thích hợp. Bạn nên tham khảo ý kiến ​​của nhà sản xuất để có sự kết hợp tốt nhất nhằm tránh nứt và vỡ.

16. Hợp kim cứng coban hoặc niken được sử dụng khi nào?

Hợp kim coban chứa nhiều loại cacbua và tốt cho mài mòn nghiêm trọng ở nhiệt độ cao. Chúng cũng có khả năng chống ăn mòn tốt cho một số ứng dụng. Độ cứng tiền gửi dao động từ 25 HRC đến 55 HRC. Hợp kim làm cứng công việc cũng có sẵn.
Hợp kim gốc niken có thể chứa borua crom chống mài mòn. Chúng có thể hoạt động tốt đặc biệt trong môi trường ăn mòn và nhiệt độ cao khi mài mòn là một vấn đề.

17. Tại sao một số sản phẩm bề mặt cứng chỉ có hai hoặc ba lớp?

Các sản phẩm lớp giới hạn thường thuộc họ cacbua kim loại, chẳng hạn như cacbua crom và cacbua vonfram. Bạn có thể áp dụng các sản phẩm martensitic và austenitic trong các lớp không giới hạn trừ khi nhà sản xuất chỉ định khác.

Bản chất giòn của cacbua kim loại dẫn đến nứt kiểm tra, và khi nhiều lớp được áp dụng, ứng suất tiếp tục hình thành, tập trung ở gốc của các vết nứt kiểm tra, cho đến khi xảy ra sự phân tách hoặc nứt vỡ giữa kim loại gốc hoặc lớp đệm và lớp phủ cứng.

18. Hợp kim tích tụ hoặc đệm có nghĩa là gì?

Các hợp kim này thường giống với hợp kim kim loại gốc và được áp dụng cho các bộ phận bị mài mòn nghiêm trọng để đưa chúng trở lại kích thước ban đầu hoặc hoạt động như một chất đệm cho các lớp tiếp theo của lớp lắng bề mặt cứng chống mài mòn hơn. Nếu bề mặt cứng tạo ra các vết nứt hình séc, thì nên sử dụng sản phẩm mangan cứng làm chất đệm để làm cùn và ngăn các vết nứt hình séc xâm nhập vào kim loại cơ bản.

19. Gang có thể được làm cứng không?

Có, nhưng bạn phải tính đến nhiệt độ làm nóng trước và nhiệt độ xen kẽ. Các sản phẩm niken và niken-sắt thường thích hợp để tái tạo gang. Những sản phẩm này không bị ảnh hưởng bởi hàm lượng carbon của kim loại gốc và vẫn dẻo. Nhiều lớp là có thể. Nếu cần thêm lớp bảo vệ chống mài mòn, các sản phẩm cacbua kim loại có thể hoạt động tốt trên lớp niken hoặc niken-sắt tích tụ.

Những câu hỏi thường gặp này chỉ bắt đầu giải quyết phần cứng. Các nhà sản xuất và chuyên gia sản phẩm gia cố bề mặt có thể đóng góp vào sự hiểu biết sâu sắc hơn về gia công bề mặt cứng và giúp hỗ trợ bạn trong việc lựa chọn sản phẩm và quy trình cho ứng dụng của mình