Экономические и технологические аспекты ремонта штампов с применением наплавки (Инструментальные стали и стали мартенситного класса) Capilla Schweißmaterialien GmbH Bielefeld (Germany)

Хромосодержащие стали Примерный химический состав: Cr = 1 – 18 % Mo = 0 – 5 % Ni = 0 – 6 % W; V; Co; Nb + хорошие механические свойства при высоких температурах + стойкость к образованию окалины и коррозии + механические свойства достигаются применением термообработки - низкая пластичность - специальные требования к технологии сварки и термообработки Применение: Оснастка и инструменты для горячей штамповки Литые элементы и кованые конструктивные элементы Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 2

Поперечный рычаг переднего моста автомобиля Материал: 36 CrNiMo 6 Изготовлен на автоматической линии штамповки Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 3 Source: Müller Weingarten 1998

Автоматическая линия штамповки Процесс горячей штамповки Износ инструмента Обслуживание Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 4 Source: Müller Weingarten 1998

Автоматическая линия штамповки Конвейерная подача заготовок на 5000-тонный пресс Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 5 Source: Müller Weingarten 1998

Стоимость штампованной детали Структура затрат на штамповку детали: Производственные затраты(вкл. контроль качества)20 – 60 % Затраты на подготовку производства 2 – 15 % Затраты на инструмент 3 – 17 % Стоимость материала 15 – 55 % Отходы 0,5 – 15 % Администрирование + реализация 4 – 12 % (Источник: Немецкая Ассоциация по штамповке 2003) Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 6

Стоимость штампованной детали Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 7 Количество деталей Удельные затраты (УЗ) (схематично) Факторы УЗ: УЗ = (ПЗ+ЗПП+ИЗ)/X Снижение УЗ по: - ЗПП (-30 %) - ИЗ (-50 %) (предположительно)

Стоимость штампованной детали Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 8 Пути снижения общих затрат на единицу продукции : 1.Снижение стоимости штампов посредством ремонта изношенных. 2.сокращение количества штампов, необходимого для изготовления одной партии 3.Увеличение срока службы штампов и сокращение простоев, связанных с заменой и настройкой.

Стоимость штампованной детали Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 9 Методы продления срока службы штампов: Минимизация износа поверхности штампа посредством: Оптимизации конструкции редко применяется в штамповом производстве Улучшение износостойкости поверхности штампа напыление и/или наплавление рабочей поверхности.

Износ штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 10 1.Абразив, термическая усталость, адгезия 2.Абразив, адгезия 3.Термическая усталость, деформация 4.Абразив, адгезия 5.Механическая усталость (трещины) 6.Абразив 7.Абразив, адгезия Требуются разные свойства поверхности штампа (сложные поверхности)

Износ штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 11 Сложные поверхности Возможность использования разнородных наплавочных материалов при различных видах износа для одного штампа

Износ штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 12 Вид нагрузкиЭффект Свойства наплавленного металла длительное воздействие высоких температур Абразив, деформация, мягкий отжиг Высокотемпературный предел текучести, стойкость к мягкому отжигу Напряжение при растяжении ТрещиныВысокий предел прочности на растяжение, повышенная вязкость Высокое давлениеДеформация, трещины, механическая усталость Высокий предел текучести и прочность на разрыв Ударное воздействиеТрещины, деформация, разрушение высокий предел текучести в сочетании с хорошей ударной вязкостью Циклические изменения температуры, Термическая усталость трещины Необходимый коэффициент теплового расширения Сочетание всех возможных нагрузок

Износ штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 13 Внимание!! -Каждое сочетание штамп-заготовка представляет собой индивидуальную систему износа Напыление или наплавка твердого сплава увеличивает срок службы штампов при условии правильного выбора необходимого наплавочного материала и корректного выполнения сварочных работ.

Износ штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 14 Не существует универсального решения для наплавки при различных видах износа. Выбор наплавляемого металла (присадочного материала) зависит от вида (видов) износа при эксплуатации штампов. Точный анализ причин износа должен быть выполнен до выбора наплавочного материала.

Материалы для штампов горячей штамповки Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 15 Сравнение работы при повышенной температуре жаропрочных сплавов (Основные материалы) : Мартенситная сталь (WM 30) : Аустенситная сталь (D 690; ~ Cap. 4850) (образование твердых остатков, карбиды) : Сплав на основе никеля (SL 6; Cap. 533) (укрепление твердого раствора) : Сплав на основе никеля (SL 15; Rene 41) (образование твердых осадков) : Сплав на основе кобальта (P 63; Cap. 521 EHL) : Сплав на основе кобальта (P 42 W; Stellite 4) 7. TZM: Высокоуглеродный молибден Предел прочности на разрыв от рабочей температуры ( Источник: S+C Märker)

Материалы для штампов горячей штамповки Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 16 Для уменьшения большинства видов износа были разработаны разные виды сплавов. В зависимости от основного химического элемента сплавы делятся на три группы: Сплавы на основе железа Сплавы на основе кобальта Сплавы на основе никеля

Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 17 Присадочные материалы для наплавки штампов Присадочные материалы на основе железа Сплавы с содержанием C, Cr, Mo, Mn, Ni, W, V, Co, (Ti) В зависимости от химического состава и термообработки хорошая стойкость к: давлению, ударному воздействию, циклическому изменению температуры, термическому удару Твердость: 20 – 60 HRc Большинству из этих материалов необходима термическая обработка после наплавки. Окалиностойкость и стойкость к отжигу ограничена.

Присадочные материалы для наплавки штампов Economical and Technological Aspects of Tool Welding 18 Сплавы на основе железа Продукция Capilla ПрименениеПредел твердости/прочности 64 KB Ремонт трещин, промежуточные слои(1000 – 1200 МПа) 64 KBS Ремонт трещин, изменение конфигурации матрицы, наплавка (1100 – 1250 МПа) 65 Наплавка (новые и ремонтируемые матрицы) изнашиваемых зон 40 – 50 HRc (в зависимости от термообработки после сварки) 66 Наплавка контактных площадок, профилей рабочих плоскостей, сегментов 52 – 56 HRc (в зависимости от термообработки после сварки) 6500 Наплавка твердых слоев на ремонтируемые штампы 42 – 55 HRC (в зависимости от термообработки после сварки) 93 Наплавка твердых слоев на новые штампы42-48 HRc (первый слой) Термостойкие и трещиноустойчивые

Присадочные материалы для наплавки штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 19 Сплавы на основе кобальта Сплавы с содержанием C, Cr, Mo, Ni, W, Fe, (Nb, V) - отличаются от основного материала (аустенитная основа). - Упрочнение при деформации. - Материалы с повышенной твердостью (высокое содержания карбидов). В зависимости от химического состава имеют хорошую стойкость к: давлению, ударным нагрузкам, циклическим изменениям температуры, термическому удару, отжигу, износу при трении металл-металл Твердость: 30 – 60 HRc

Присадочные материалы для наплавки штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 20 Сплавы на основе кобальта Продукция CapillaПрименениеПредел твердости/прочности 521 EHL; 506 EHL; 524 EHL Тонкослойная наплавка, зубья ленточных пил, лезвия ножниц для горячей резки, контактные участки 521 EHL: 29 – 33 HRc (самоупрочняющийся) 506 EHL: 42 HRc (состав карбида металла) 516 EHL Тонкослойная наплавка29 – 33 HRc (самоупрочняющийся)

Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 21 Присадочные материалы для наплавки штампов Сплавы на основе никеля Сплав с Cr, Mo, Nb, Mn, W, V, Fe, Co; (C) - отличаются от основного материала (аустенитная основа). - упрочнение при деформации. - закаленные, дисперсионного твердения. В зависимости от химического состава имеют хорошую стойкость к: давлению, ударному воздействию, циклическим изменениям температуры, термическому удару, отжигу Прочность: 20 HRc (состояние непосредственно после сварки), 42 HRc (после деформационного упрочнения и закалки)

Материалы для наплавки штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 22 Сплавы на основе никеля Продукция Capilla ПрименениеПредел прочности 5200 S Контактные участки, режущие кромки инструментов, прошивающие дюбели 750 МПа (20°C) (механическое упрочнение) 630 МПа (400°C) 838 Посадочное седло матрицы (применяемые при высоких температурах) 850 МПа (20°C) (механическое упрочнение) 660 МПа (450°C) 533 Штамповочные подушки, штампы вытяжки для изготовления труб (применяемые при высоких температурах) 700 – 800 МПа (механическое упрочнение) Сверх твердый сплав 550 МПа (450°C) 360 МПа (750°C)

Восстановление штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 23 Ремонт штампа поперечного рычага ( вкл. изменение дизайна штампа предварительной штамповки) Основной материал: (NiCrMoV-сталь) Буферный слой:Capilla 64 KBS (CrMo-сталь) Рабочий слой: Capilla 65 (CrMoWV); Capilla 93 (CrCoMo- сталь) Контактные участки: 521 EHL (Со-сталь)

Восстановление штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 24 Многослойная наплавка/ Обновление рабочих кромок Основной материал: (NiCrMoV-steel) Изделие: коленчатый вал Зона наплавки: шейки подшипников контактные участки Буферные слои Ремонт трещин : Capilla 64 KBS (734) Наплавка: Capilla 65 (733) Контактные участки: Capilla 521 EHL

Восстановление штампов Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 25 Восстановление рабочих кромок Основой материал: Изделие: Поворотный рычаг рулевого механизма автомобиля (VW Golf III) Причина отказа: Глубокие трещины, термическая усталость Применяемые материалы: Capilla 65 (WCrWV-сталь) или Capilla 733 (CrMoTi-сталь)

Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 26 Восстановление штампов Восстановление рабочих кромок Основной материал: Изделие: Коленчатый вал Причина отказа: Трещины, абразивный износ, термическая усталость Применяемые материалы: Capilla 64 KBS (буферный слой); Capilla 65 или Capilla 733

Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 27 Восстановление штампов Восстановление рабочих кромок Изделие: Передний мост грузовика Основной материал: Вес штампа: 5 т Причина отказа: Абразивный износ,трещины Применяемые материалы: Capilla 64 KBS (буферный слой), Capilla 65 (Источникe: Kubitz GmbH)

Кузнечная штамповка Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 28 Заготовка: Вал генератора (электрическая установка) Материал: 17 CrNiMo 6 Вес: 350 т (Источник: VSG Hattingen)

Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 29 Восстановление штампов Ремонт бабки кузнечного штампа Основной материал: 36 CrNiMo 6 или 55 NiCrMoV 7, наплавленный металл на основе никеля. Причина отказа: деформация и трещины. Применяемые материалы: Capilla 734 MAG (буферный слой, инструментальная сталь), Capilla 838 MIG или Capilla 533 MIG (сплав на основе никеля). Source: Sandvik SA)

Инструмент для прокатки бесшовных колец Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 30 Место износа: поверхность конуса Вид износа: перегрев, абразивный, износ, деформация, трещины (Источник: Kind & Co)

Economical and Technological Aspects of Welding of Heat Resistant Cr-Steels 31 Ремонт деталей Ремонт поверхности конуса (конический ролик) Основной материал: Причина отказа: деформация, трещины Применяемые материалы: Capilla 732 MAG (буферный слой, инструментальная сталь), Capilla 410 NiMo MAG или Capilla 4115 MAG (мартенситная хромосодержащая сталь)