Témata
Reklama

Zrna karbidu wolframu v návarech

Odolnost klasických konstrukčních ocelí proti různým typům opotřebení je všeobecně nízká. Proto se neustále vyvíjejí různé typy a kombinace odolných materiálů, které mají za úkol snížit náklady na výměnu, popř. opravy součástí. Příspěvek se zabývá možnostmi přidání zrn karbidů wolframu do návaru, jež chrání povrch součástí před opotřebením. Následně je hodnocena odolnost povrchové vrstvy návaru, jež obsahuje karbidy wolframu v porovnání s vrstvou bez těchto částic. Tento příspěvek vznikl ve spolupráci se společností Wirpo.

Abraze je jedna z nejčastějších příčin, kvůli které je nutné vyměnit či opravit nejrůznější části strojů. Tyto stroje obvykle pracují v prostředích kamenolomů, dolů, zemědělství, stavebním průmyslu a podobných oblastech. Dochází zde k silnému opotřebení součástí, mezi které patří zuby bagrů, šneky dopravníků, vrtáky aj. Toto opotřebení způsobuje masivní úbytek materiálu a znehodnocení pracovních částí. Díky navařování se však nabízí možnost tyto nástroje renovovat. Dochází tak k významnému snížení nákladů společností, které uvedené stroje používají.

V dnešní době je k dispozici široké spektrum technologií navařování a samozřejmě také materiálů, které můžeme pro návary využít. Tento výzkum se zaměřuje na využití zrn karbidů wolframu (WC) umístěných v martenzitické matrici na bázi železa. Výzkum byl proveden na čtyřech vzorcích, lišících se v úrovni svařovacích parametrů a použití či nepoužití zrn WC v matrici návaru.

Reklama
Reklama
Reklama

Volba základního a přídavného materiálu

Pro výrobu vzorků byla využita technologie navařování plněnou elektrodou (trubičkovým drátem) v ochranné atmosféře plynu 138. U dvou vzorků byl navíc využit vibrační podavač, který díky změně frekvence umožňuje ovlivnit množství sypaného zrna do tavné lázně během navařování. Návary byly provedeny na základní materiál (ZM) z oceli S235JR, jejíž chemické složení je uvedeno v tabulce 1. U každého vzorku byl proveden jednovrstvý návar skládající se ze šesti housenek.


Pro zvětšení klikněte na tabulku.

Ve všech případech byl vzorek navařený plněnou elektrodou Megafil A864 M o průměru 1,6 mm (viz tab. 2), vyznačující se vysokou odolností proti abrazivnímu opotřebení a tvrdostí 62–67 HRC. Tento přídavný materiál byl u vzorků WC15 a WC19 použit v kombinaci se sypaným zrnem karbidu wolframu výrobce Durum (obr. 1) o velikosti zrna 1–2 mm v ochranné atmosféře plynu M21 podle ČSN EN ISO 14175 (82%Ar/18%CO2). Vzorky se vždy lišily úrovní svařovacích parametrů (210A u vzorku WC19 vs. 250A u vzorku WC15).


Pro zvětšení klikněte na tabulku.

Pro porovnání byl zvolen referenční materiál v podobě návaru vytvořeného pouze plněnou elektrodou Megafil A 864 M o průměru 1,6 mm. Tento materiál se v průmyslu používá pro ochranu dílců díky vlastní odolnosti proti opotřebení. Ochrannou atmosféru zde tvořil opět plyn M21 podle ČSN EN ISO 14175 (82%Ar/18%CO2). V této kombinaci byly navařeny dva vzorky WC16 a WC17 odlišující se úrovní navařovacích parametrů (210A u vzorku WC16 vs. 250A u vzorku WC17).

Obr. 1. Schéma navařování s využitím zrn karbidů wolframu

Hodnocení mikrostruktury vzorků

Mikrostruktura návaru vzorku WC15 (obr. 2a) je martenzitického charakteru s tvrdostí 652 až 943 HV0.1 (viz obr. 3). Převážně ve spodní části návaru se nacházejí primární karbidy wolframu, jež vzhledem ke své hmotnosti zde klesly v období tuhnutí svarové lázně. Míra natavení zrn dosahuje až 20 µm a tvrdost až 2 520 HV0.1 (viz obr. 3). Tepelně ovlivněná oblast dosahuje velikosti až 3,5 mm. Vrstva návaru má 5 mm.

Obr. 2. Mikrostruktura hranice ztavení a rozhraní zrna WCa) WC15, b) WC16, c) WC17, d) WC19

Mikrostruktury návarů vzorků WC16 a WC17 (obr. 2b a 2c) neobsahují žádné karbidy wolframu. Tvrdost návaru WC16 dosahuje v průměru vyšších hodnot (max. 828 HV0.1, viz obr. 3) než tvrdost návaru WC17 (max. 704 HV0.1). Tepelně ovlivněná oblast zasahuje až do vzdálenosti 7 mm od hranice ztavení v případě návaru WC16 i WC17. Tloušťka návaru dosahuje přibližně 6 mm.

Obr. 3. Porovnání mikrotvrdosti HV0.1 jednotlivých typů návarů

Mikrostruktura návaru vzorku WC19 vykazuje hodnoty tvrdosti 810 až 1 050 HV0.1 (obr. 3). Zde se opět nacházejí zrna karbidu wolframu, jež dosahují hodnoty tvrdosti až 2 680 HV0.1. Míra jejich natavení odpovídá přibližně 50 µm. Tepelně ovlivněná oblast dosahuje velikosti 3 mm. Tloušťka návaru je 5 mm.

Odolnost proti abrazivnímu opotřebení

Test odpovídá standardu ASTM G65-15. Dle výsledků na obr. 4 dosáhl nejnižšího hmotnostního úbytku návar vzorku WC19 díky dostatečně tvrdé matrici, v níž byla pevně zakotvena zrna karbidu wolframu. Druhý nejnižší úbytek zaznamenal vzorek WC15, jež byl charakterizován nižší tvrdostí matrice, která tak hůře odporovala abrazivnímu opotřebení způsobenému křemičitým pískem. Na posledních dvou místech se pak nacházejí vzorky WC16 a WC17, u kterých nebyla použita zrna karbidu wolframu. Matrice tak neobsahovala výztuž v podobě těchto zrn, která by ji chránila před opotřebením.

Obr. 4. Porovnání úbytku hmotnosti vzorků

Zrna wolframu v návarech chrání matrici

Měření tvrdosti HV0.1 ukazují, že u vzorků navařovaných nižší úrovní svařovacích parametrů (WC16 a WC19) návary vykazují vyšší hodnoty tvrdosti. Díky vnesenému teplu dochází k částečnému natavení zrna karbidu wolframu, nikoliv však k úplnému roztavení zrn karbidů v matrici. Po provedení testu odolnosti proti abrazivnímu opotřebení se jeví jako nejodolnější vzorek WC19, u kterého hmotnostní úbytek dosahuje pouze 357 mg. Této hodnoty je dosaženo navzdory výskytu trhlin v návaru vzhledem ke zvýšené tvrdosti matrice, pravděpodobně díky příznivějšímu poměru objemového podílu zrn karbidů wolframu v matrici. Opotřebení povrchu navařených dílců je tedy přímo závislé na tvrdosti matrice a množství zrn karbidů. Zrna zde působí jako výztuha, jež chrání matrici před znehodnocením.

Doc. Ing. Ivo Hlavatý, Ph.D.; Ing. Jindřich Kozák; Ing. Petra Hájková

VŠB – Technická univerzita Ostrava

ivo.hlavaty@vsb.cz

www.fs.vsb.cz
fs1.vsb.cz/~hla80

Použitá literatura
[1] ČSN EN ISO 15614-7. Stanovení a kvalifikace postupů svařování – Zkouška postupu svařování – Část 7: Navařování. 2007.
[2] HERMAN, P. Materiály pro navařování a žárové nástřiky s obsahem wolframkarbidů. [online]. [cit. 2015-12-22]. Dostupné z WWW:
< //www.svarak.cz/c/cz/materialy-pro-navarovani-a-zarove-nastriky-sobsahem-wolframkarbidu.htm >

[3] The best in hardfacing. [online]. [cit. 2016-1-13]. Dostupné z WWW:
< //www.tungstencarbidehardfacing.com/PostleMIG-TC.pdf>
[4] ASTM G65-15 Standard test method for measuring abrasion using the dry sand/rubber wheel apparatus. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015, www.astm.org
[5] CEP, R., JANASEK, A., CEPOVA, L., PETRU, J., HLAVATY, I., CAR, Z., HATALA, M. Experimental Testing of Exchangeable Cutting Inserts Cutting Ability. Tehnicki Vjesnik-Technical Gazette. Vol. 2013, 20, No. 1, s. 21–26. ISSN 1330-3651.
[6] KREJČÍ, L., HLAVATÝ, I., ŠEVČÍKOVÁ, X. Transition Zones Study of the Heterogenous Welded Joints. Metal 2013. Brno 2013, s. 785–789, ISBN:978-80-87294-41-3.

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 160132
Datum: 10. 02. 2016
Rubrika: Monotematická příloha / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Pod pláštěm autobusu

Kdo z nás nikdy nejel autobusy značky Iveco? Meziměstské autobusy Iveco Crossway a Crossway Low Entry z Vysokého Mýta sice své cestující naleznou spíše v zahraničí(v roce 2015 byla společnost Iveco Czech Republic osmým největším vývozcem), nicméně i na českých silnicích se v nich můžeme svézt.

Od samuraje k robotice

Japonská společnost Yaskawa Electric Corporation v uplynulém roce oslavila 100. výročí od svého založení. Oslavy proběhly v prosinci i v české pobočce Yaskawa Czech.

Zkoušení uhlíkových kompozitů laserem buzeným ultrazvukem

Systém laserem buzeného ultrazvuku vytváří ultrazvukový pulz s relativně „hladkým“ průběhem a minimálním časem doznívání. Popisovaný systém CLUE umožňuje generovat ultrazvukový pulz s délkou od 10 ns do 100 ns. Takový pulz je možné s výhodou použít pro zkoušení materiálů, zejména pak kompozitních.

Související články
Laserové svařování materiálů s větší tloušťkou stěny

Příspěvek se věnuje specifickým vlastnostem laserových svarů u jemnozrnných vysokopevných ocelí s větší tloušťkou stěny 10 a 20 mm. Zatímco v současnosti dominuje laserové svařování zejména tenkých plechů, blíží se díky zvyšování výkonu a kvality paprsku také doba aplikací pro silnější stěny. Hlavním tématem tohoto článku je využití laseru v takových aplikacích, a to v klasickém provedení bez přídavných materiálů i v provedení s přídavným drátem, metodou zvanou Cold wire welding. Několik experimentálních výsledků demonstruje sílu této metody.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Inovativní spojovací systémy předjímající budoucnost

Díky dlouhodobým, prověřeným zkušenostem se svařováním tradičních materiálů úspěšně uplatňovaným v automobilovém odvětví dokáže nyní firma Comau vyvíjet stále vyspělejší řešení a spojovací postupy zaměřené i na ty nejnovější materiály.

Technologické lasery a trendy vývoje za rok 2015

Letošní rok v oblasti laserových technologií byl neobyčejně bohatý na nové poznatky a přinesl i řadu nových jevů v metodice dalšího vývoje. Vznikala nová komplexní střediska laserového výzkumu a nás může těšit, že ani Česká republika nezůstala pozadu. Rozvíjí se program HiLASE, zaměřený na laserové technologie a vývoj optických komponentů, a nedávno bylo slavnostně otevřeno i středisko ELI Beamlines – Extreme Light Infrastructure – jako součást evropského plánu budování center nové generace vybavených nejvýkonnější technikou vhodnou pro naplnění programu bádání až na samé hranici poznání.

Elektronové svařování - perspektivní metoda pro speciální materiály

Využití elektronového svazku v průmyslové výrobě zasahuje do mnohých oblastí strojírenské výroby, např. spojování kovových i nekovových materiálů, navařování, povrchového zpracování a legování povrchu materiálů, PVD povlakování, gravírování i dělení materiálů a dnes i do moderního „3D tisku“ kovových materiálů. Nicméně svařování homogenních a heterogenních spojů je nejčastějším použitím této technologie (ve strojírenství), a proto je v současné době intenzívně zkoumáno i v Laboratoři výuky svářečských technologií na Ústavu strojírenské technologie FS ČVUT v Praze. Na tomto pracovišti je k dispozici elektronové svařovací zařízení PTR ESW 1000/12-L, dlouhodobě zapůjčené od ÚJV Řež. Tímto příspěvkem bychom rádi tuto technologii chtěli představit širší veřejnosti.

HiLASE - superlasery pro skutečný svět

Lasery nové generace, jež doposud nemají ve světě obdoby, se vyvíjejí a testují v nově postaveném centru HiLASE v Dolních Břežanech u Prahy. Využití najdou v průmyslu i ve výzkumu. V nové budově působí téměř 60 laserových specialistů a techniků, z nichž přibližně polovina je ze zahraničních, často i velmi renomovaných pracovišť.

Přenosná tlaková lahev usnadňuje svářečům práci

Malá tlaková lahev Integra s vestavěným redukčním ventilem a plnicím tlakem 300 barů je vysoká pouze 68 centimetrů a její hmotnost včetně náplně je menší než 30 kg. Navíc je vybavena vestavěným ochranným krytem, který účinně chrání redukční ventil před poškozením a zároveň slouží i jako praktické madlo při její přepravě.

Pórovitost svarů oceli svařovaných metodou MIG/MAG

Přes veškeré znalosti o obloukovém svařování tavící se elektrodou v atmosféře ochranných plynů (MIG/MAG) nemůžeme vyloučit všechny vady svarů. Častou vadou, zvláště u ručního svařování, je pórovitost svaru. Aby bylo možné účinně bránit vzniku pórů, je nutné znát zdroje plynů, které je způsobují, a opatření pro jejich eliminaci.

Nová legislativa a svařování ocelí pro tlaková zařízení

V souvislosti s novými předpisy, které vznikly v EU v rámci nového legislativního rámce (NLF), dochází postupně ke změnám v českém právním řádu. Novými evropskými směrnicemi pro oblast tlakových zařízení jsou směrnice Evropského parlamentu a Rady 2014/29/EU ze dne 26. února 2014 o harmonizaci právních předpisů členských států týkajících se dodávání jednoduchých tlakových nádob na trh (platnost od 20. 4. 2016) a směrnice Evropského parlamentu a Rady 2014/68/EU ze dne 15. května 2014 o harmonizaci právních předpisů členských států týkajících se dodávání tlakových zařízení na trh (platnost od 19. 7. 2016).

Kvalifikace svářečů ocelí

Dne 7. 7. 2013 proběhlo hlasování o přijetí normy EN ISO 9606-1 a nahrazení normy EN 287-1 touto mezinárodní. Norma byla drtivou většinou hlasů 21:3 přijata, proti hlasovalo pouze ČR, Dánsko a Norsko. Podle původní dohody se do normy následně zapracují připomínky států, které hlasovaly proti přijetí, ale o přijetí normy už se nebude znovu hlasovat. Připomínky za ČR byly odeslány, ale zapracovány nebyly!

Revoluční lahev na technické plyny

V životě se setkáváme s předměty, o nichž jsme přesvědčeni, že se na nich už nedá nic změnit, natož vylepšit. Dodavatelé s inovativním přístupem nám ale občas připraví překvapení – jako například společnost Linde Gas se svou řadou mobilních lahví na technické plyny Genie.

Obrábění laserem pro všechna odvětví

Od doby, kdy byl objeven a vyroben první laser roku 1960, se uplatnění laserů rozšířilo téměř do všech oborů lidské činnosti. Dnes se s lasery setkáváme téměř všude ? ve zdravotnictví, potravinářství, stavebnictví a logicky i ve strojírenství. Velice často se lasery uplatňují v procesech zpracování a obrábění materiálů jako výrobní nástroje. Oblibu si získaly díky svým schopnostem rychlého procesu obrábění, minimální hlučnosti, vysoké flexibilitě, minimálnímu tepelnému ovlivnění okolního materiálu a dalším.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit