Чем варить hardox 450
Сварка стали Hardox Высокопрочная конструкционная сталь WELDOX.Применение.Механическа обработка.Свар
Шведский концерн SSAB EMEA AB, представительства которого размещены более чем в 45 странах мира, специализируется на выпуске стального металлопроката и изделий из него высокого качества. Это направление предприятие разрабатывает уже на протяжении без малого сорока лет и добилось того, чтобы по праву числиться среди лидеров рынка выпуска и продажи высокопрочной стали. Сегодня компанией выпускается множество марок сплавов, которые объединяются под общими названиями по своим характеристикам и составу. Объединяет все эти стали то, что равных им по соотношению цены и качества нет. На производстве осуществляется строгий мониторинг за всеми процессами, используется многолетний опыт, накопленный в этой сфере во всем мире, применяются собственные инновационные методики и последние открытия в металлургии. В итоге сталь производства SSAB заслуженно считается образцом технологичности. Все марки сталей этой компании легко обрабатываются (гнутся, режутся, сверлятся и т. д.) и свариваются обычными способами.
Docol – линейка атмосферостойких сталей. Холоднотянутая сталь этого бренда позволяет сэкономить энергию при штамповке и резке, по отношению к горячекатаной. Таким образом существенно сокращаются издержки. Если брать, к примеру, сталь Docol 1400 MZE, то она оказывается в итоге менее дорогой, нежели углепластик, алюминий и другие подобные материалы. Из сталей Docol изготавливаются полуприцепы, причем стенки такого оборудования не имеют швов, поскольку к ним применим такой метод обработки, как штамповка.
Domex – стали, используемые для производства деталей и оборудования, рассчитанные на высокие весовые нагрузки. Линейка включает сплавы, способные выдерживать нагрузку от 200 до 1100 МПа. Стали Domex могут служить материалом для производства рам для самосвалов, сельхозтехники. Из Domex делают бетономешалки, например испанская компания Baryval-Serviplem S.A. таким образом создала технику, грузоподъемность которой выше на 20% именно за счет сплавов SSAB EMEA AB.
Armox – высоколегированные и обладающие повышенной прочностью стали, используемые для бронирования военной техники, изготовления особо защищенных дверей и автомобилей. Здание шведского посольства в Вашингтоне, построенное в 2006 году, защищено от террористических нападений и актов вандализма именно этой сталью, являющейся самой прочной в мире.
Чем варят высокопрочные стали
Высокопрочными называют коррозионностойкие теплоустойчивые и другие категории и сорта сталей с временной стойкостью к разрыву до 2000 МПа. Их использование позволяет значительно уменьшить металлоемкость и массу ответственных и особо ответственных конструкций, повысить эффективность и технические возможности механизмов при сохранении высоких нагрузок. Для сварки сталей такого типа, как правило, применяются высокопрочные электроды различных марок.
Виды высокопрочных сталей
В группу высокопрочных входят легированные стали. При этом к ней не относят углеродистые и низколегированные – данные материалы также могут иметь прочность до 2000 МПа, однако у них высокий порог хладноломкости: уже при температуре свыше 20 °С может происходить хрупкое разрушение металла. Такой недостаток отсутствует у собственно высокопрочных сталей, поэтому именно они могут использоваться в нагруженных конструкциях. Это стали:
Помимо высокой прочности, все стали перечисленных групп обладают трещиностойкостью и высоким сопротивлением к хрупкому разрушению.
Особенности сварки высокопрочных сталей
Сталь повышенной прочности имеет одну важную особенность – она очень восприимчива к закалке. В результате закаливания в зоне кромок резко повышается твердость металла. Это требует при сварке интенсивного нагрева околошовной зоны до высоких температур. Но при последующем охлаждении возникают большие риски образования остаточных напряжений и трещин, что напрямую влияет на качество шва.
Cварка такого металла осуществляется в соответствии со специальными требованиями к свойствам электродов и технологии сваривания, в частности, – с необходимостью подогрева свариваемого сплава.
Технология сварки ММА
Для соединения деталей из высокопрочных сталей используются различные технологии: автоматическая, аргонодуговая сварка, сварочные работы под флюсом. Широкое применение, в частности, в монтажных условиях, находит ручная дуговая сварка. Для получения шва необходимого качества в конструкциях из высокопрочных сталей следует соблюдать ключевые требования технологии ММА.
Во избежание появления кристаллизационных трещин необходима термическая обработка соединенных деталей в зоне шва и кромок. Она выполняется непосредственно после сварки и может занять от нескольких минут до нескольких часов. Температурный режим и длительность отпуска зависит от группы стали и толщины деталей. В ряде случаев отпуск можно заменить другой технологией: на основной слой шва накладывается дополнительный – отжигающий. Метод особенно эффективен при сварке толстых деталей.
Другой способ избежать появления холодных трещин в металле шва – подогрев зоны кромок до и в процессе сварки. Металл нагревается до 200–300 °С. Сварка выполняется с низкой погонной энергией – во избежание снижения твердости металла при сохранении его пластичности.
Особенности ММА сварки
Марки электродов для высокопрочных сталей
Н-48 – используются для высоколегированных и коррозионностойких сталей марок 08Х21Н6М2Т, 10Х25Н6АТМФ, 12Х21Н5Т, 12Х25Н5ТМФЛ. Позволяют получить равнопрочный металл шва при соединении деталей толщиной до 200 мм. Перед сваркой рекомендуется подогрев кромок до t 850 °С во избежание появления межкристаллитной коррозии. Конструкции рассчитаны на работу в неокислительных средах при t до 300 °С.
ОЗЛ-7 – позволяют варить высокопрочные нержавеющие стали аустенитного класса марок 08Х18Н12Б, 08Х18Н10Т, 08Х18Н10 и им подобных. Оборудование рассчитано на работу в агрессивных средах при высоких температурах (до 1000 °С).
НИАТ-3М – применяются в работе с конструкциями из легированных сталей с высокой и повышенной прочностью (до 980 МПа). Обеспечивают отсутствие в металле шва кристаллизационных трещин и минимальное содержание водорода.
Электроды для сварки сталей повышенной и высокой прочности представлены в каталоге МЭЗ. В частности, это изделия марки УОНИ-13/85 – продукция собственного производства Магнитогорского электродного завода. Весь товар сертифицирован.
Стали HARDOX® — особенности, опыт использования, отечественные аналоги
Введение
С некоторых пор в своих разработках мы используем стали HARDOX®. Данный материал для нашей страны уже давно не является новинкой. Но, возможно, некоторые из наших читателей, как и мы в свое время, не сталкивались на практике с данным материалом и им будет интересна та информация, которой мы хотим поделится с ними в нашем инженерном журнале. А те, кто уже знаком с этой сталью и имеет практический опыт ее применения поделится своим впечатлением и даст новую интересную информацию к размышлению и обсуждению. Основной подход данной публикации в следующем – мы учимся вместе с нашими читателями, а зачастую благодаря им.
Вопрос о сталях HARDOX® мы поднимаем не в качестве наставлений или руководства к действию, настоящая статья больше служит для инициации обсуждения и обмена опытом. Это объясняется тем, что за короткую практику использования сталей Хардокс у нас накопилось больше вопросов, чем ответов. Связано это с тем, что ранее в разработках нашего коллектива использовался достаточно ограниченный круг материалов. Например, для некоторых деталей HARDOX® пришел на замену сталям 08кп, 10, 20, 45, 40Х.
Что такое сталь HARDOX®
Данный материал в виде труб, круга и листового проката производится шведской компанией SSAB с 1974 года. И большую часть информации о свойствах и областях применения можно почерпнуть как раз на сайте данного предприятия [1].
В настоящее время под маркой HARDOX®® производится достаточно широкий спектр продукции [2]:
Практический опыт
Первое наше практическое применение данного материала было реализовано при изготовлении накладок на захват манипулятора (рис 1). Накладки, как и сам захват проектировались с нуля по эскизам клиентов.
Рисунок 1 – Накладка манипулятора, сталь HARDOX® 500
Основными требованиями к накладкам были возможность их быстрой замены и изготовления из относительно недорого износостойкого материала, который хорошо поддается механической обработке.
Накладка выполнена с рифленой поверхностью, крепится она на захват манипулятора винтами В процессе работы накладки показали себя вполне хорошо, но как показал опыт есть еще резервы по модернизации самого конструктива манипулятора и накладок, что не связано со свойствами выбранного материала.
Далее перед нами стояла задача по модернизации рабочего колеса центробежного вентилятора горизонтального сушильного агрегата. На рис. 2 представлена в общем виде конструкция колеса такого типа [3].
Рисунок 2 – Рабочее колесо радиального вентилятора.
1 – ступица; 2 – передний диск; 3 – задний диск; 4 – лопатка.
В наши задачи входило изменение конструкции колеса с целью обеспечения заданных параметров производительности вентилятора путем изменения конструктивных параметров. При этом ставилось требование обеспечения прочности и износостойкости конструкции.
Ранее на заводе изготовителе для данных колес использовали сталь AISI 1010 Carbon Steel (аналог стали 08кп). Колеса из этой стали показали малый резерв по прочности и ресурс эксплуатации.
Помимо подбора рационального материала для изготовления, основные конструктивные изменения касались корректировки кривизны лопаток, изменения углов их позиционирования и количества в составе колеса.
В ходе работы над модернизацией колеса мы выбрали сталь HARDOX® 400 опираясь только на описание ее физико-механических характеристик, известную на практике устойчивость к абразивному и кавитационному износу, и что для нас было очень важно, то что данный материал обладал хорошей свариваемостью. Далее в процессе работы мы выяснили, что “изобрели велосипед” и стали HARDOX® давно успешно применяются для такого типа конструкций [4]. Сварка конструкции осуществлялась сварочной проволокой ER70S-6 с предварительным подогревом свариваемых участков металла до температуры, примерно, 75…85°C. Охлаждение сварных швов делалось плавным, а сама конструкция крепилась жестко к монтажной плите для уменьшения коробления. Также в процессе работы над проектом были проведены расчеты прочности конструкции колеса с использованием SOLIDWORKS, которые показали верность нашего выбора материала. Параллельно проведены приближенные расчеты сварных соединений колеса классическими аналитическими методами расчета деталей машин.
В результате промышленной эксплуатации была подтверждена надежность модернизированного колеса в широком диапазоне частот вращения вплоть до 1200 мин-1. При этом температура рабочей среды составляла от 35 до 175°C.
Следующей задачей, где нами была применена сталь HARDOX® 400 стало изготовление конструктивных элементов линий переработки мелкофракционных сырьевых материалов применяемых в металлургическом производстве (небольшие бункеры, шиберные затворы, загрузочные устройства). Особенностью работы этих деталей является то, что они работают в условиях абразивного, порой ударного воздействия потока частиц сыпучих материалов (фракция от 0 до 10мм) с насыпной плотностью от 0,3 до 2,3 г/см3. Твердость частиц шихты при этом составляет от 2 до 5 единиц по шкале Мооса [5], отдельные материалы, к примеру, отсевы ферро- и силикомарганца имеют твердость частиц до 43 HRC. Ряд материалов представляют собой шихты на основе мелкофракционных материалов с содержанием жидкой фазы, а также представляют собой агрессивные среды. То есть в данном варианте использование стали является вполне рациональным решением.
Обработка сталей HARDOX®
Так как наш коллектив в большей степени занимается разработкой технологий и оборудования, то решение вопросов обработки металлов резанием занимаются наши партнеры-изготовители, у которых есть свои методы и подходы к решению различных производственных задач. Но, в целом их методы не отличаются от общепринятых. Поэтому в данном разделе статьи мы лишь кратко коснемся способов обработки сталей Хардокс.
В процессе нашей работы выяснилось, что существует много различных мнений и подходов к обработке сталей HARDOX®, которые можно разделить на две категории.
Первая – рекомендации от производителя и его торговых представителей [6,7]. Они достаточно содержательны и подробны, однако мы так и не нашли в них данных о стойкости обрабатывающего инструмента, а также показателей износостойкости самих сталей, что является важным фактором при выборе материала и проектировании оборудования.
Вторая – рекомендации основанные на личном опыте машиностроительных предприятий. Такие рекомендации особо ценные, ведь инструмент вещь дорогостоящая и здесь важно соблюсти здравый смысл в его приобретении и использовании. Но, по факту, такого рода информации крайне мало. Нам удалось найти только отрывочные частные рекомендации, вот наиболее доступные из них:
Кое-какие сведения мы почерпнули из различных видео, вот примеры некоторых из них:
Аналоги
Несмотря на то, что нашим коллективом на практике было опробовано применение сталей HARDOX®, по ряду причин на сегодня есть необходимость применения аналогов данного материала. К примеру, когда нами проектировались детали для предприятий расположенных на территории Северной Америки, то применение Хардокса было вполне оправданным. В условиях стран СНГ, в первую очередь по экономическим причинам, логичным и перспективным является применение сталей местного производства.
В качестве аналогов продукции SSAB нашим коллективом рассматриваются стали производимые ОАО “Северсталь” и ЧАО “Азовсталь”.
В табл. 1 приведены базовые механические характеристики для используемых нами сталей HARDOX® и принятых аналогов.
Таблица 1. Механические свойства*
| Марка стали | Предел текучести, МПа | Предел прочности, МПа | Твердость по Бринеллю | Работа удара KCU;KCV Дж/см2 | Относительное удлиннение,min % |
|---|---|---|---|---|---|
| HARDOX® 400 | 1000 | 1250 | 370…430 | 45 (-40) | 10 |
| HARDOX® 450 | 1200 | 1400 | 425…475 | 35 (-40) | 10 |
| HARDOX® 500 | 1500 | 1250…1400 | 450…540 | 37 (-40) | 10 |
| 18ХГНМФР | 1080…1200 | 960…1030 | 360…375 | 43…108 (-40) | 11…18 |
| 14ХГ2САФД | 590…1030 | 490….930 | – | 39 (-40) | 14…16 |
| 25ХГСР | ≥620 | ≥800 | 285…390 | 40 (+20) | 12 |
| 16ХГМФТР(класс прочности С 80 | ≥750 | ≥830 | – | 29 (-40) | 16 |
| 16Х2ГСБ(класс прочности 500) | 490…735 | 590…830 | – | 39;29 (-40) | 14…15 |
| S690QL | 650…690 | 760…940 | 228-278 | 30…40(-40) | 14 |
*могут немного отличаться от указанных в таблице в зависимости от толщины проката
При выборе аналогов мы опирались, в основном, на доступность на рынке данных сталей, а также на следующие показатели: величину предела текучести, предела прочности, твердость по Бринеллю и, в меньшей степени, на показатели ударной вязкости и относительного удлинения.
Как видно, из данных таблицы 1 отечественные стали по ряду показателей уступают сталям HARDOX®, но разница в цене в 1,5…2,0 раза и более простые способы механической обработки делают местные аналоги вполне конкурентоспособными.
Также интересным и вполне ожидаемым фактом в процессе знакомства со сталью HARDOX® стало то, что у нее существует множество зарубежных аналогов-конкурентов. К примеру: Strenx (Weldox) 700; Swebor 400; DILLIDUR 400V; Miilux 400; HARTPLAST 400; Quard 400 и т.д. Все современные зарубежные стали конкуренты Хардокса не уступают по большинству показателей качества. И в данном варианте на выбор материала существенное влияние оказывает его доступность и цена на региональном рынке.
Сразу отмечу, что для окончательного принятия решения, о выборе той или иной марки стали, при создании конкретной детали или конструкции нам достаточно часто приходится дополнительно консультироваться со специалистами в области металловедения и термообработки.
Если Вас заинтересовала данная тематика, мы просим поделиться своим опытом и мнением по поводу применения и обработки деталей из сталей HARDOX® и их аналогов.
Мехобработка стали Hardox
Технические рекомендации по механической обработке стали Hardox
Износостойкие стали Hardox входят в группу металлов, для механической обработки которых используются специнструменты из быстрорежущей инструментальной стали (HSS) либо твёрдых сплавов (CC). Ниже представлены рекомендуемые параметры процесса резки (подача, скорость вращения) и инструменты. Кроме того, указаны некоторые другие факторы, которые учитываются при механической обработке.
Сверление.
Для сверловки отверстий в деталях из износостойкой стали Hardox используйте свёрла из быстрорежущих либо твёрдосплавных материалов. Выбор инструмента определяется используемым оборудованием и жёсткостью конструкции станка. Тем не менее не зависимо от вида оборудования требуется максимально снизить вибрации.
Использование радиально-сверлильных станков.
Чтобы устранить вибрации и повысить срок работы сверла необходимо придерживаться следующих правил:
Для радиально-сверлильных станков предлагается использовать два типа сверл:
