Classificazione dei materiali di superficie

Questo articolo getta luce sui nove tipi principali di materiali per superfici. I tipi sono: 1. Carburo di tungsteno 2. Carburi di cromo 3. Acciai per utensili ad alta velocità 4. Acciai al manganese austenitici 5. Acciai inossidabili austenitici 6. Acciai martensitici 7. Metalli di superficie a base di cobalto 8. Leghe di rivestimento a base di nichel 9. Rame- Leghe di superficie di base.

Tipo # 1. Carburo di tungsteno:

Il carburo di tungsteno è il più duro e, in generale, il più resistente all'abrasione di tutti i materiali di superficie. È commercializzato sotto forma di tubi di acciaio dolce riempiti con granuli schiacciati e calibrati di carburo di tungsteno fuso in rapporto al 60% di carburo e al 40% di materiale in tubi in peso. Lo stesso materiale in metallo duro è disponibile anche come granuli sfusi che possono essere utilizzati sul metallo base come fondente nella saldatura ad arco sommerso.

Il processo di saldatura selezionato per la superficie con carburo di tungsteno dovrebbe essere tale che i granuli di carburo rimangano disciolti. Questo è il modo migliore per ottenere un processo a basso calore come la saldatura ossi-acetilene, che è quindi preferibile per tutte le applicazioni critiche come l'affioramento delle punte di trivellazione del pozzo petrolifero. Il processo può aggiungere carbonio alla matrice migliorando la sua durezza. Tali depositi hanno una maggiore resistenza all'abrasione di qualsiasi altro tipo di superficie.

La saldatura ad arco, se utilizzata, può dissolvere alcuni o tutti i granuli presenti, influenzando la durezza del deposito A causa del suo costo inferiore, la saldatura ad arco è, tuttavia, generalmente utilizzata per l'affioramento di macchine movimento terra e minerarie.

Il normale spessore della sovrapposizione è di circa 3 mm. Sebbene il carburo di tungsteno abbia una durezza molto elevata, non può essere misurato sulla scala C di Rockwell a causa della matrice morbida in cui sono incorporati i granuli di carburo; il materiale rientra tra 90 e 95 sulla scala A di Rockwell.

Le applicazioni tipiche di questo materiale sono per l'affioramento dei bordi taglienti delle perforatrici da roccia, la superficie di usura delle attrezzature minerarie, estrattive, di scavo e movimento terra.

Tipo # 2. Carburi di cromo:

Le barre saldanti austenitiche con ferro ad alto contenuto di cromo si sono dimostrate molto apprezzate per l'affioramento in cui si riscontrano erosioni o abrasioni a bassa sollecitazione come nel terreno sabbioso. Questo è il motivo per cui l'affioramento di attrezzature agricole, macchinari e parti è fatto da questi ferri.

La saldatura ad arco viene utilizzata in componenti pesanti e in aree estese, mentre la saldatura con ossi-acetilene è più utile per le sezioni sottili. Si consiglia l'affioramento con il processo di ossi-acetilene in posizione fiat con una fiamma riducente da 3 a piuma. La ricostruzione di vomeri e mietitrebbie sono applicazioni tipiche perché questi metalli d'apporto fluiscono abbastanza bene da produrre un deposito a bordi sottili.

La resistenza all'impatto di questi depositi è bassa. Tuttavia, i depositi di carburo di cromo forniscono un'eccellente resistenza all'ossidazione, ma la resistenza alla corrosione liquida non è molto efficace. La resistenza al grippaggio (grippaggio o incollaggio) è migliore di quella per l'acciaio temprato ordinario.

I depositi di carburo di cromo variano tipicamente in durezza da 40 a 63 Rockwell C; tuttavia per l'affioramento con il processo a gas ossitocarburico è intorno a Rc 56 con un intervallo da Rc 51 a Rc 62. La diluizione dei depositi da parte del metallo di base riduce la resistenza all'abrasione del primo strato.

Pertanto, per ottenere la massima resistenza all'abrasione, è necessario utilizzare due strati con corrente bassa utilizzata per il primo strato per ridurre al minimo la penetrazione e la diluizione. Poiché i depositi di carburo di cromo non sono influenzati dal trattamento termico, la velocità di raffreddamento non ha alcun effetto sulla sua resistenza all'usura. Il metallo depositato sviluppa una superficie liscia con usura e può quindi essere utilizzato per proteggere le superfici in contatto scorrevole. Ecco perché i cuscinetti per l'uso ad alte temperature o in ambienti corrosivi sono spesso rivestiti con carburo di cromo.

Le tipiche applicazioni industriali di affioramento del carburo di cromo comprendono rivestimenti per utensili per movimento terra, o parti di macchine esposte a materiali abrasivi, e per scivoli e scivoli che trasportano minerali con carico di impatto sufficiente. Altre applicazioni includono il rivestimento di scivoli di coke, guide avvolgicavo, sabbiatura e parti soggette ad erosione con catalizzatori a 510 ° C nelle raffinerie e abrasione con coke caldo.

Tipo # 3. Acciai per utensili ad alta velocità:

Questi metalli d'apporto producono metallo saldato che può trattenere la durezza a temperature elevate fino a circa 600 ° C, oltre a fornire una buona resistenza all'usura e tenacità. Queste cariche ad alto tenore di carbonio sono adatte per depositare i depositi per i lavori di taglio e lavorazione (tenuta del bordo) mentre quelli a basso contenuto di carbonio sono più adatti per utensili da lavoro caldi come stampi a caldo e lavori pesanti.

La durezza Rockwell del metallo d'apporto non diluito nella condizione as-welded è nell'intervallo da Rc 55 a Rc 60. La durezza del metallo di saldatura, tuttavia, può essere ridotta a Rc 30 mediante ricottura per lavorazione e può essere aumentata di nuovo a il suo livello più alto da tempra e tempra.

Sebbene queste leghe non debbano fornire depositi resistenti all'abrasione ma la resistenza alla deformazione ad alta temperatura fino a circa 600 ° C è la loro caratteristica eccezionale. Queste leghe sono quindi utili per la riaffioratura di quei componenti che richiedono una resistenza all'abrasione a caldo, come ad esempio nel rifacimento della parte interna della zona di combustione di una caldaia in cui la cenere è sia calda che abrasiva. Anche la resistenza alla compressione di questi depositi è molto buona, per questo sono una buona scelta per la riparazione di stampi per la lavorazione a caldo e per la ricostruzione di macchine utensili.

Alcune di queste leghe forniscono depositi molto duri che potrebbero richiedere utensili da taglio in ceramica o diamantati o mole per la finitura. Questi depositi vengono depositati preriscaldando il metallo base a 150 ° C per evitare il raffreddamento delle incrinature nei depositi.

Se questi depositi necessitano di lavorazione allora sono ricotti ad una temperatura compresa tra 845 e 1205 ° C. Per il successivo indurimento la temperatura viene portata da 1205 a 1230 ° C, seguita da raffreddamento con aria o olio; quindi riscaldare a 550 ° C per 2 ore e raffreddare all'aria a temperatura ambiente per conferire la temperatura necessaria al deposito.

Le applicazioni tipiche delle leghe di acciaio per utensili ad alta velocità sono per l'affissione di utensili da taglio, lame di taglio, alesatori, stampi di tranciatura, guide per cavi, pinze per lingotti e per la ricostruzione di brocce e lavori di riparazione simili.

Tipo # 4 Acciai al manganese austenitico:

I depositi di materiali duri in acciaio al manganese austenitico contengono normalmente dall'11 al 14% di manganese e sono resistenti e lavorabili ma queste leghe non possiedono un'elevata resistenza all'abrasione ma hanno un'eccezionale resistenza all'urto in condizioni as-depositate. La diluizione del deposito da parte del metallo di base può ridurre leggermente la sua resistenza all'usura; pertanto si consigliano due strati di depositi per le migliori prestazioni.

Poiché questi acciai lavorano indurirsi rapidamente e sono fragili alle alte temperature, il metallo depositato dovrebbe essere martellato immediatamente dopo aver depositato ciascun tallone. In nessun caso una goccia depositata di lunghezza superiore a 225 mm deve essere lasciata senza pallinatura immediata, poiché è probabile che la rottura si verifichi sopra gli 815 ° C.

L'attrezzatura sottoposta ad un'abrasione molto forte dalla roccia con particelle di quarzo può essere riemersa imburrando dapprima il metallo base con Mn-acciaio austenitico che viene poi coperto con un deposito di ghisa dura martensitica che fornisce un'elevata resistenza all'abrasione. Allo stesso modo, gli acciai al carbonio possono essere riemersi mettendo dapprima uno strato imburrante in acciaio inossidabile austenitico che viene poi ricoperto con acciaio austenitico al Mn. Questa procedura evita lo sviluppo di fessure che potrebbero altrimenti verificarsi se l'acciaio Mn austenitico viene posato senza uno strato di burro.

La durezza del metallo as-depositato è solo da circa 170 a 230 BHN (da Rc 6 a Rc 18), tuttavia, questo materiale lavorato si indurisce molto rapidamente fino a 450 a 550 BHN (da Rc 45 a Rc 55). A causa di questa tendenza all'indurimento del lavoro, questi acciai diventano più duri in quanto vengono battuti e martellati durante il servizio.

Questo è il motivo per cui le attrezzature utilizzate per la frantumazione di rocce tenero e il trasporto di calcare, dolomite o scisto possono essere riemerse con depositi di acciaio austenitico in Mn. Un'altra tipica applicazione è l'affioramento di uno scivolo di minerale in cui grandi rocce possono occasionalmente colpire lo scivolo con grande forza.

Il deposito di acciaio austenitico in Mn può sopportare anche tensioni molto elevate, quindi il suo utilizzo in applicazioni come frantoio a mascelle, come anche interruttori di rana ferroviaria e incrocio. Ampie aree come i frantoi e le parti di pala sono solitamente rigenerate con una combinazione di barre di rivestimento e di riempimento.

Queste barre di riempimento sono piatti e tondi di acciaio Mn alto saldati con elettrodi austenitici in acciaio al millimetro. Tale protezione può essere applicata a circa 75 mm di spessore, che è il limite superiore per i metodi di protezione delle superfici comuni.

La resistenza all'usura da metallo a metallo dell'acciaio austenitico Mn è generalmente eccellente. Sebbene la forza di compressione del metallo as-depositato sia bassa, qualsiasi forza di compressione aumenta rapidamente la forza. Questo è il motivo per cui viene talvolta usato per le applicazioni di battitura, martellamento e pompaggio. La lavorazione di questi depositi è molto difficile, tuttavia le superfici possono essere molate per dare la finitura finale.

Tipo # 5. Acciai inossidabili austenitici:

Questi acciai non forniscono riporti nel significato generale del termine, tuttavia i depositi realizzati da questi acciai sono rivestimenti estremamente duttili e resistenti con eccezionale resistenza alla scheggiatura da forza d'urto ripetuta. Questi depositi sono anche molto buoni per la resistenza alla corrosione. L'uso tipico di questi acciai è fatto per rivestire le pale della turbina dell'acqua per proteggerle dalla corrosione e dall'erosione da cavitazione.

Anche gli acciai inossidabili austenitici sono talvolta usati per fornire strati di burro. Per tali applicazioni vengono generalmente utilizzati elettrodi E 308 ed E 312; quest'ultimo a causa del suo elevato contenuto di lega è meno influenzato dalla diluizione.

Tipo # 6. Martensitic Stainless:

Gli acciai inossidabili martensitici dei tipi 410 e 420 utilizzati per l'affioramento producono densi depositi omogenei con buona resistenza al cracking. Per ottenere i migliori risultati questi depositi sono realizzati in multistrato; in ogni caso, non si dovrebbero impiegare almeno due strati. Questi depositi vengono solitamente utilizzati in condizioni as-depositate ma, se necessario, possono essere lavorati con utensili in metallo duro.

I depositi di acciaio inossidabile martensitico sono ampiamente usati dove si incontra l'usura metallo su metallo, come per i cuscinetti che funzionano a temperature elevate e per i rulli utilizzati negli acciai. Una tipica applicazione è l'affioramento del rotolo di supporto su un laminatoio a caldo.

Tipo # 7. Metalli di superficie a base di cobalto:

Le leghe a base di caballo di solito contengono 26-33% di Cr, 3-14% di W e 0, 7- 3, 0% di C. I depositi prodotti da queste leghe hanno una buona durezza e resistenza all'abrasione che aumentano con il contenuto di carbonio e tungsteno ma anche la sensibilità alla rottura .

Le leghe a base di cobalto hanno un'elevata resistenza all'ossidazione, alla corrosione e al calore; un grado di carbonio è eccezionale per le valvole di scarico di rivestimento duro utilizzate per i motori a combustione interna. Questi depositi possono mantenere un'elevata durezza e resistenza allo scorrimento fino a 540 ° C. Alcune di queste leghe vengono utilizzate per applicazioni con temperature di servizio fino a 980 ° C.

Queste leghe mostrano anche un'ottima resistenza all'usura da metallo a metallo, tuttavia la loro risposta al trattamento termico è trascurabile. Per minimizzare le fessurazioni si può usare un trattamento antistress.

Quando si utilizza il processo di ossi-acetilene per la superficie con leghe a base di cobalto, si suggerisce una fiamma riducente da piuma a conica 3X; il preriscaldamento a 430 ° C con una fiamma neutra è consigliabile per sezioni pesanti. Per la saldatura ad arco di metallo schermato (SMAW), la corrente continua con elettrodo negativo (dcen) viene utilizzata con una lunghezza d'arco ridotta. L'affioramento con il processo di ossi-acetilene può aumentare il contenuto di carbonio mentre SMAW può ridurlo, quindi i corrispondenti effetti sul metallo depositato possono essere presi in considerazione per ottenere le proprietà desiderate del metallo depositato.

Tipo n. 8: leghe per superfici a base di nichel:

Le più comuni leghe per superfici con base Ni contengono 0-3-1, 0% C, 8-18% Cr, 2, 0-45% B e 1, 2-5-5% di Si e ferro. Queste leghe possono essere verniciate a spruzzo per ottenere lo spessore desiderato dello strato depositato. A seconda delle caratteristiche desiderate del metallo depositato, queste leghe possono anche contenere rame, cromo, molibdeno, cromo-molibdeno e cromo-molibdeno-tungsteno.

Se disponibili in forma di filo, queste leghe a base di Ni possono essere depositate mediante processo di saldatura ad arco con gas in metallo (GMAW); che elimina l'uso del flusso ed evita il prelievo di carbone dal substrato. Se utilizzato in modalità automatica, il processo può essere impiegato per depositare il metallo in recipienti cilindrici per la resistenza alla corrosione.

In polvere le leghe a base di Ni contenenti cromo e boro vengono spruzzate a fiamma per ottenere una superficie più uniforme su contorni irregolari rispetto a quanto è possibile con i metodi convenzionali.

A causa della loro durezza a caldo e della resistenza all'erosione, l'applicazione tipica delle leghe di tipo Ni-Cr-B è nelle pompe a pozzo di petrolio, mentre la resistenza all'erosione dei gas di scarico delle leghe di Ni-Cr-Mo li rende adatti per il rivestimento delle valvole di scarico di automobili e aeromobili .

Tipo # 9. Leghe per superfici di rame:

Le leghe di rivestimento a base di rame sono impiegate principalmente per resistere alla corrosione e all'erosione da cavitazione su metalli di base meno costosi come il ferro. La maggior parte di queste leghe è resistente agli attacchi atmosferici, alla corrosione di sale e acqua dolce e alla soluzione alcalina non ammoniacale e alla riduzione degli acidi; tuttavia non sono adatti per un servizio a temperatura elevata superiore a 200-260 ° C.

Le proprietà di deposito della saldatura sono influenzate dal processo di saldatura utilizzato. I metodi di saldatura ad arco di tungsteno ossido-acetilene e gas (GTAW) sono preferiti per l'affioramento su substrato di acciaio per evitare il prelievo di ferro che funge da catalizzatore. I metodi SMAW e GMAW richiedono una tecnica di tessitura a spinta rapida e ampia per il primo strato. Grandi aree sono emerse dal processo GMAW mentre per le riparazioni minori è preferibile il processo GTAW con elettrodo thoriated.

A causa della loro proprietà anti-grippaggio e resistenza all'attrito, le leghe di base in rame sono usate tipicamente per superfici superficiali dei cuscinetti.