NAVARIVANJE

 

1) UVOD 1

Navarivanjem se mogu nazvati sve tehnike nanošenja metala na metalnu osnovu uz njeno topljenje. Samo navarivanje se izvodi ili radi popravke oštećenog dela ili radi bolje zaštite novog dela u eksploataciji. Često navareni delovi imaju veću otpornost na habanje od „fabrički“ novih i duži radni vek.

 

Razlikuje se:

- navarivanje radi antikorozivne zaštite. U nekim industrijama (hemijskoj najčešće...) jeftinije je navariti koroziono otpornim materijalom osnovu od crnog metala nego koristiti deo od skupog nerđajućeg čelika ili legure nikla...

- navarivanje u smislu termalne barijere. Nanosi se sloj temperaturno otpornog materijala na temperaturno slabiju osnovu.

- navarivanje u smislu dobijanja zahtevanih dimenzija. Najčešće se koristi istorodni materijal, a u praksi je uzrok da strugar/glodač/brusač promaši dimenzije, pa se deo navari i obradi istrodnim metalom.

- sva ostala navarivanja u smislu borbe protiv habanja se nazivaju „tvrda navarivanja“ (na engleskom „harfacing“, „hard surfacing“...) bez obzira kolika je stvarna tvrdoća, što će reći, „tvrdi“ navar može biti i mek (npr bronza).

 

 

UVOD 2

U stručnoj literaturi i zbornicima sa raznih seminara se mogu naći razni podaci o potrebi tj svrsishodnosti navarivanja.
Npr:
- jedan izvor kaže: „ ... habanje je neprijatelj profita br. 1 ... ". Posle serije istraživanja u Nemačkoj 1970-tih godina, došlo se do zaključka, da su u tom momentu gubici, zbog habanja delova i opreme oko 4.5% bruto nacionalnog dohotka i da se korišćenjem tada poznatih znanja, proizvoda i tehnologija može uštedeti 5 milijardi tadašnjih maraka.
- drugi izvor kaže da je u ukupnom oštećenju delova i opreme učešće habanja oko 10%...
- treći izvor kaže da su danas gubici usled habanja u svetskoj industriji oko 50-60 milijardi EUR...
- četvrti izvor kaže da gubici usled habanja iznose oko 3% bruto nacionalnog dohotka u razvijenim ekonomijama...

Habanje je prisutno u svim industrijama. Problem je što najčešće nema dovoljno kvalifikovanih inženjera i tehnologa u tim industrijama koji bi mogli da umnogome spreče pomenute gubitke korišćenjem navarivanja. Pomenimo rudarstvo, poljoprivredu itd gde se naravno problemima habanja bave rudarski i poljoprivredni inženjeri i eventualno bravari a ne mašinci i metalurzi ili obučeni zavarivači...

 



2) Tvrdoća i otpornost na habanje



Da bi se razumelo navarivanje kao borba protiv habanja, na samom početku je neophodno razbiti jednu opšteprihvaćenu iluziju koja se odnosi  na tvrdoću (izraženu u Brinelima, Rokvelima...) kao meru otpornosti na habanje.

Iz nekog nepoznatog razloga, u izvodima iz kataloga za elektrode i žice za tvrdo navarivanje se najčešće sreću podaci o tvrdoći izraženoj u HRC (rokvelima) i u HB (Brinelima). Verovatno su ti manje važni podaci, u nedostatku onih pravih važnih i doveli do totalne konfuzije tj do stvaranja utiska da je vrednost izražena u HRC ili HB i mera za habanje.
Potpuno pogrešno, HRC i HB su mere za tzv makrotvrdoću i nisu mera za otpornost na habanje. Ili stručnije rečeno postoji relativno mala zavisnost između tvrdoće u HRC ili HB i otpornosti na habanje. Tj neka legura sa manjom makrotvrdoćom u HRC može biti nekoliko puta otpornija na habanje u odnosu na neku drugu leguru sa većom makrotvrdoćom u HRC.

Za početak... „tvrdoća“ se definiše kao „mera otpornosti prodiranju jednog (tvrđeg) tela u drugo (mekše)... i između ostalog se izražava Brinelima, Rokvelima...

A habanje je, jasno, gubitak materijala tj mase... i jasno može se izraziti recimo gramima ili kilogramima u jednici vremena, npr „g/sat“ ili „kg/mesec dana“ ili kako je i u stvari i prihvaćeno kao „index gubitka mase u procentima od prvobitne mase“...

Već se uočava da tvrdoća („otpornost na prodiranje...“ izraženo u Rokvelima...) i ne može da ima mnogo veze sa gubitkom mase (izražene u g/sat ili slično) i da makrotvrdoća u Rokvelima i Brinelima ne može biti mera za otpornost na habanje.

Ali da idemo redom.

U struci se kaže da je neko čvrsto telo (ovde metal koji se haba) stvoren od atoma (a atom je izuzetno malih dimenzija). Dalje, atomi jednih elemenata se vezuju sa drugima i prave molekule. Grupa ravnomerno raspoređenih atoma i/ili molekula u prostoru se naziva kristalnom rešetkom ili kristalnim zrnom. Znači, neki metalni deo koji se haba se sastoji od kristalnih zrna, zamislimo ih kao lopte ili kocke, minijaturnih dimenzija spakovanih u konačni oblik radnog dela...

Metoda merenja po Brinelu se izvodi utiskivanjem kuglice od visokougljenjičnog kaljenog čelika tvrdoće min 850 HB, a prečnik kuglice je 1, 2, 2.5, 5 i 10 mm, tj dimenzije kuglice su „veoma velike“, daleko veće od dimenzija „grupe atoma/molekula“ tj kristalnog zrna, što će reći, pri utiskivanju ova kuglica ima dodir/kontakt sa mali milion kristalnih zrna materijala kojem se meri tvrdoća. Zato se i ovaj način merenja zove merenje makrotvrdoće.


  Metoda merenja po Rokvelu recimo tip HRC je slična. Koristi se dijamantska kupa za utiskivanje.

 

 

Takođe se pomenutom kupom utiskuje preko miliona kristalnih zrna.

Metoda kojom se može meriti mikrotvrdoća (tvrdoća jednog kristalnog zrna) je Vikersova metoda.
Karikirano rečeno, vrh utiskivača je dovoljno mali, tj vrh je naoštren tako da može da pritisne jedno jedino kristalno zrno.

 

Ovde treba uočiti još jednu zamku merenja tvrdoće. Uzmimo da je dijamant najtvrđi poznati predmet, i stavimo jedno parče dijamanta na neku sunđerastu podlogu. I sve to stavimo ispod Brinel, Rokvel, Vikers utiskivača. Neka tvrdoća će se izmeriti. Ali zbog ugibanja sunđera kao podloge, ta tvrdoća će biti apsolutno nebitna i netačna. Isti slučaj se dešava kada na meki čelik od 250HB nanesete tvrdu formaciju koja se sastoji od tvrdih zrnaca tvrdoće 2500HV umetnutih u vezivo od 300 HB. Merenje makrotvrdoće tvrde formacije direktno na ovom vratilu je skoro potpuno nebitno.

Dalje, postoji još jedan kuriozitet pri merenju tvrdoće, jako je bitna sila kojom se utiskivač utiskuje u predmet kao i vreme. Da bi se nešto sa nečim upoređivalo, apsolutno je nephodno navesti kompletnu oznaku o merenju npr „500 HV 300/15“ pri čemu je ovo 300 = sila u N kojom se pritiskao utiskivač a 15 je vreme u sekundama koliko je zadržavan utiskivač u predmetu.

Takođe, postoji nešto što se zove statistika merenja, srednja vrednost, odstupanja rezultata (recimo da jedno ima tvrdoću 600 +/-5 HV a drugo tvrdoću 650 +/- 150 HV, koje je sad tvrđe)  broj reprezentativnih merenja, greška merenja...

U svakom slučaju, za početak je jasno da treba biti obazriv sa tvrdoćom i ne navoditi je tek tako i ne koristiti je u raspravama tek tako.

 

ASTM G-65, Test otpornosti na abrazivno habanje

 

 

 Jedan od najpriznatijih testova otpornosti na habanje (tj na gubitak mase) je test ASTM G-65. Abrazivno sredstvo, npr upravo ono u kojem radi deo koji se ispituje (pesak, šljunak, glina...) ili neki od usvojenih abraziva tipa Al2O3 ili SiC ili slicno se određeno vreme nasipa na mesto kontakta uzorka i gumenog točka koji su u kontaktu pod pritiskom. Gumeni točak se rotira recimo 3200 o/min...
Posle nekog vremena se zaustavi mašina, uzme uzorak (čija je masa bila poznata pre početka testa, gde je bila poznata debljina sloja itd) pa se uzmu razne mere, npr koliko je grama izgubljeno za to vreme. I/ili kolika je dubina pohabanog sloja. Ili, često se uzima tzv index habanja kao dobra mera za otpornost na habanje tj gubitak mase.

Index habanja se izražava u procentima i predstavlja odnos težine izgubljene mase u odnosu na težinu uzorka.

Evo rezultata jednog testa (ne ulazeći koji je abrazivni pesak korišćen itd):
- Habanje običnog čelika je bilo 2.6 g/min,
- habanje termomehanički tvrde ploče 400 HV (poznatije kao tip hardoks) je bilo 2.0 g/min,
- habanje kaljenog čelika tvrdoće oko 600 HB je bilo oko 1.4 g/min
- a habanje tvrde kompozitne legure (tvrdi karbidi hroma u čeličnoj austenitnoj matrici) čija je makrotvrdoća oko 55-58 HRC je bilo 0.2 g/min.

Ili karikirano, ako je težina uzorka bila 100 grama, index habanja običnog čelika je 2.6 % a index habanja ove kompozitne legure je 0.2%.

Vidi se recimo da je otpornost na habanje ove kompozitne legure makrotvrdoće 55-58 HRC jedno 7 puta veća od kaljenog čelika tvrdoće 60 HRC.
U praksi je ova razlika manja, jer ovde je merena samo otpornost na abraziono habanje tj gubitak mase pri abrazivnom habanju, a u praksi osim abrazije gotovo uvek u manjoj ili većoj meri postoji još i habanje (gubitak mase) usled trenja, udara, korozije, erozije, i još nekih uticaja.

 

3) Objašnjenje zašto je (uslovno rečeno) 55-58 HRC otpornije na habanje od 60 HRC (imajući u vidu onaj gore primer)

 

Za početak šta su to karbidi.
Karbidi su jedinjenja nekog elementa (ili više elemenata) sa ugljenikom (Npr Cr/C, W/C, Nb/C ili (Fe+Cr)/C...). Karakterišu se time što su im kristalna zrna veoma tvrda. Dalje, neki elementi imaju jači afinitet prema ugljeniku tj stvaranju karbida. Karikirano rečeno neki su jači/brži karbidotvorci, tj ako se nađu u grupi, jedni elementi brže stvaraju karbide a ovima ostalima ako ostane ugljenika koje ovi jaki i brzi ne vežu za sebe, stvoriće i oni svoje karbide a ako im ovi jaki i brzi ne ostave dovoljno ugljenika tj sve pokupe za sebe, onda neće.

Evo redosleda koji su elementi najjači/najbrži karbidotvorci (od najjačeg ka najslabijem), (a spomenuti su samo oni koji se koriste u navarivanju):

Ti – Nb – V – W – Mo – Cr – Mn

(znači, najjači karbidotvorac je titanijum, pa niobijum, pa vanadijum, pa volfram, pa molibden, pa hrom pa mangan...).

E sad zamislite jednu monofaznu leguru, čija su sva kristalna zrna ista, i neka je makrotvrdoća 60 HRC. Znači ona Rokvelova kupa se nabija u taj materijal, utiskuje se preko hiljada istih kristalnih zrna i izmerena tvrdoća je 60 HRC.
A sad pogledajte kako npr izgleda jedan tvrdi navar na osnovu od nekog „mekog čelika“.

 

Utisnimo Rokvelovu kupu preko ovog tvrdog navara, koji je kompozitna legura, jer se sastoji od osnove (matrice, veziva) od čelika, nikla ili kobalta, i od tvrdih karbidnih čestica ukljinjenih u osnovu. (otprilike kao kod tocila gde su tvrda zrnca aluminijum-oksida ili silicijum-karbida ili dijamant uklinjena u vezivo od neke smole, staklaste ili keramičke smese). Opet će kupa da se utisne preko hiljada kristalnih zrna, od kojih su neka meka a neka vrlo tvrda. Neka srednja vrednost će biti recimo 55 HRC, što je manje od malopre izmerenih 60 HRC onog kaljenog čelika.

E sad izložimo abrazivnom habanju obe površine, jednu od kaljenog čelika jednolike tvrdoće svih kristalnih zrna tj makrotvrdoće 60 HRC i drugu od ove kompozitne legure gde su jedna meka zrna osnove (matrice, veziva...) a druga zrna vrlo tvrdi karbidi. Habanje ove druge legure će biti daleko manje iako joj je makrotvrdoća izražena u HRC ili HB manja.

Evo jedne tablice mikrotvrdoća ovih „vrlo tvrdih“ karbida i radi usporedbe mikrotvrdoće kvarcnog peska i dijamanta:

* Tablica je orijentaciona, čisto radi uvida u neke odnose a ne predstvlja merenja pod 100% istim uslovima.

 

Uzmimo i da je orijentaciono 60 HRC = 600 HV.

Sad je stvar jasna i više ne može da bude zabune!!!

Kada jedno abrazivno zrnce peska mikrotvrdoće recimo 900 HV zadere preko one prve kaljene čelične površine, gde su sva kristalna zrna ista,  gde je makrotvrdoća 60 HRC tj tvrdoća zrna oko 600 HV, ima da ga lako zareže i pohaba, prosto jer je tvrđe (900 HV prema 600 HV).
A sada zamislite puno kubika peska da klizi ili se utiskuje preko te površine, da milijarde zrnaca peska tvrdoće 900 HV prelaze preko zrnaca 600V. Ima da obriju tu površinu samo tako, da je nema, za kratko vreme.

Šema zadiranja abrazivnog zrnca preko površine metala i habanja osnovnog materijala.

 

Međutm kada abrazivno zrnce od 900 HV, naiđe recimo na zrnce hrom karbida od 1800 HV, ne može mu ništa. Ali ipak „kada milijarde zrnaca peska od 900 HV pređe preko jednog zrnca od 1800 HV, ipak će ga uništiti posle nekog dužeg vremena. Znači, jeste da će ga pohabati ali će to biti sporo tj nekoliko desetina puta sporije nego kada pesak prelazi preko 600 HV.
Međutim ta kompozitna legura nije sastavljena samo od tvrdih karbida već i od lepka tj veziva, koji je recimo tvrdoće 250-300 HV, pa na kraju ipak neće ova kompozitna legura da se haba nekoliko desetina puta sporije već recimo 5-10 puta sporije ako je u pitanju samo abrazivno habanje, a u praksi kada osim abrazije deluju i udari i trenje itd na kraju to ispadne recimo 3-5 puta, što je inače takođe jako dobar rezultat. Ako se uzme neka skuplja legura, recimo ona sa volfram karbidom, onda će naravno umesto 3-5 puta biti karikirano rečeno 10 i više puta otpornije na pretežno abrazivno realno habanje.

 

Sa slike se može videti cela priča. Najbolju otpornost na habanje usled mineralne abrazije (tj peska) ima ova treća legura sa najmanjom makrotvrdoćom, prosto jer jer sadrži veliki broj vrlo tvrdih zrnaca karbida hroma uklinjenih u osnovu od mekog čelika.
Sa druge stane, prve dve legure imaju istu mikrotvrdoću, od kojih je jedna čista martenzitna legura gde su sva zrnca ista i iste mikrotvrdoće, dok je druga legura prošarana vrlo sitnim vrlo tvrdim karbidima titanijuma. Rezultat je sporije habanje tj gubitak mase kod ove druge legure da Ti karbidima.

 

Znači, sada je potpuno jasno da makrotvrdoća u Brinelima i Rokvelima ima smisla samo kada se upoređuju monofazne legure, kod kojih su sva zrnca ista.

Sa druge strane kada je u pitanju abrazivno habanje, sama makrotvrdoća nema velikog smisla. Tu je bitno koji su karbidi u tvrdoj formaciji, kakva je osnova, kolika je količina karbida, kolikih su dimenzija, kakva je usmerenost karbida...

 

 

4. VRSTE HABANJA

 

Za „stručan“ pristup rešenju habanja, potrebno je uvek prepoznati model habanja (najčešće kombinacija nekoliko njih, ali tada treba prepoznati koji su dominantni).

Osnovni modeli habanja su:
Abrazija, mala sitna zrnca grebu, zadiru po metalnoj osnovi i odvajaju sitne deliće sa nje. Inače, smatra se da abrazija učestvuje sa oko 40-60% u problemu habanja (negde kažu čak i do 80%).

Adhezija, odvajanje metala sa jednog dela i njegovo „stapanje“ sa drugim tokom trenja tj klizanja jednog dela preko drugog. Smatra se da učestvuje sa 10-15% u ukupnom habanju.

Udar, ponovljeni jaki udari alata u kamen, zemlju, drugi metal... Smatra se da učestvuje sa oko 25% u ukupnom habanju.

Korozija, temperatura i ostalo učestvuju sa oko 15-20% u ukupnom problemu habanju.

U realnosti, najčešće se dešava kombinacija nekoliko ovih osnovnih vrsta habanja. Zato je potrebno, za rešenje problema, uočiti koji se sve modeli habanja dešavaju, i proceniti koliki je uticaj svakoga od njih.

Sama abrazija se klasifikuje kao:
Abrazija male jačine, tzv grebajuća abrazija, (ili tzv klizajuća abrazija) usled klizanja abrazivnog materijala:

Ovaj tip abrazivnog habanja se karakteriše klizanjem sitnog abrazivnog materijala po metalnoj osnovi. Abrazivna zrnca se ne lome na deliće tokom klizanja. Habanje nastaje usled grebanja onih abrazivnih delića koji su u dodiru sa metalnom osnovom.

 

Abrazija visokog intenziteta, tzv brušeća abrazija, gde dolazi do loma abrazivnih zrnaca, tj od jednog, tokom prolaska, nastaje nekoliko još sitnijih abrazivnih zrnaca:

 

 

Mehanizam brušeće abrazije:

 

Kopajuća abrazija:
Kada su abrazivni delići veliki, recimo kamenje dimenzija recimo preko 50 mm, i ako udaraju u osnovu, dešava se da zadiru i „kopaju“ osnovu u koju udaraju i prave žljebove u njoj.

 

 

Atheziono habanje:


Pri klizanju jednog metalnog dela preko drugog (recimo nosači alati preko kliznih staza i slično), dešava se da se usled visokih pritisaka i toplote usled trenja sudaraju izbočine neravnina jednog i drugog dela i dolazi do loma vrha brega sa neravnine jednog dela i njegovog stapanja tj sa drugim delom.

 

Habanje usled kotrljanja jednog dela preko drugog:

 

Erozija

Erozijom se definiše habanje čiji je uzrok struja čvrstih čestica u nekom fluidu. Recimo pumpe i cevovodi koje vade šljunak ili pesak iz vode, ili sistemi za otpepeljavanje iz termoelektrana koji potiskuju smešu pepela i vode.

 

 

 

 

Udar:

Udari su takođe veoma čest uzrok habanja. Recimo kamenolomi, drobilice, kovački alati ili postrojenja za reciklažu...

 

 

Kavitacija:

Usled vrtloženja tečnosti oko metalnog dela dolazi na nekim mestima do potpritiska i na tom mestu se dešava da delići metala budu „usisani“ od strane potpritiska. Tipičan primer su mesta na turbinama u hidroelektranama.

 

Habanje reznih ivica:

U ovom slučaju, habanje nastaje zato što oštra ivica pritiska i seče neki lim ili slično. Pri tome, osim pritiska postoji i trenje između alata i dela koji se seče.

Ostali uzroci habanja su npr temperatura, korozija...

 

 

5) Neke najčešće korišćene vrste legura u navarivanju kao zaštita od habanja

Neke najčešće korišćene familije legura koje se koriste u navarivanju, kao zaštita od habanja su:

- martenzitne legure,
- austenitno karbidne legure,
- martenzitno karbidne legure,
- austenitno manganske legure,
- kobaltne legure,
- nerđajuće martenzitne legure,
- legure na bazi alatnih čelika,
- bronzane legure,
- legure na bazi nikla kao zaštita od visokih temperatura...
- itd

 

Martenzitne legure:

Ugljenik je vrlo čudan i ćudljiv element. Dajte mu vremena i temperaturu i sjediniće se sa skoro svakim metalnim elementom. Nekada se jedan jedini atom ugljenika sjedinjuje sa mnogo metalnih atoma. Vrlo poligaman element. Ali ako mu se oduzme mogućnost da se sjedinjuje sa drugim metalnim atomima, već ga zarobimo (naglim tj brzim hlađenjem) u metalnu matricu, on uzrokuje naprezanje te matrice tj dovodi do njene velike tvrdoće (stručnije, „presićen rastvor ugljenika u rešetki gvožđa se zove martenzit“). Upravo se to dešava pri kaljenju čelika koji sadrži dovoljno ugljenika.

U rastopu, ugljenik pluta između atoma gvožđa. Ako se material polako hladi do sobne temperature on će naći atom gvožđa za koji će se venčati tj vezati i stvoriti karbid gvožđa. Ali ako se naglo ohladi, kao pri kaljenju u vodi, ostaje zarobljen u matrici atoma gvožđa koja će biti zbog njega jako napregnuta (zamislite jedan kofer napunjen taman do vrha. Ubacite još jednu poveću loptu unutra i zatvorite na mišiće kofer. Sad će kofer biti vrlo „napregnut“). Ovo napregnuto stanje je poznato kao MARTENZIT. U principu, veći sadržaj ugljenika, veća napregnutost matrice, tj veća tvrdoća martenzitne strukture.
Martenzit je vrlo zahvalna legura čelika u oblasti borbe protiv habanja. On se u oblasti navarivanja smatra i dovoljno tj prihvatljivo žilavim, osim što je tvrd. Kao takav se koristi za rešenje problema habanja usled trenja metala po metalu ili uopšte habanja usled frikcije kao i donekle za udare.

Ove „martenzitne“ legure imaju dovoljno ugljenika (i eventualno drugih legirajućih elemenata) tako da se pri hlađenju (na vazduhu) dešava transformacija metala navara u martenzitnu strukturu. Uglavnom imaju manje od 1% C i nešto drugih legirajućih elemenata a zakaljuju se na vazduhu (znači odmah posle navarivanja gusenice). Kao takav ima veliku makrotvrdoću (u HB ili HRC) i otporan je na pritisak kao i na trenje ako preko njega klizi mekši materijal.
Nije dobra za ekstremni udar jer ima ograničenu plastičnost i žilavost. Zato se i koriste uglavnom za aplikacije metal-metal (trenje klizanja, pritisak...). Otpornost na abraziju i udar je mala do umerena.
Čvrstoća je vrlo mala, prosto ova legura služi za navarivanje a ne za zavarivanje tj spajanje dva dela. Zato, kada se spajaju dve tvrde ploče (recimo od tzv. Mn2 materijala tj Č.3134 ili Hardox-a) nije dobro spajati ih elektrodama namenjim za navarivanje, već ih treba spojiti odgovarajućim elektrodama za zavarivanje, a onda u zadnja 2-3 sloja naneti npr ove tvrde elektrode kao prekrivku.
Često se delovi, navareni ovim legurama, moraju mašinski obrađivati. Svi znamo da je brušenje vrlo skupa obrada a u odnosu na nju strugarska/glodačka je znatno jeftinija. U tom smislu, navar od 500 ili 600 HB jeste tvrđi i bolji od od onog sa 350-400 HB ali sa stanovišta obrade, razmisliti da li je ukupno bolje tj jeftinije deo navariti „mekšom“ legurom a onda je obraditi jeftinijom obradom (struganjem / glodanjem) umesto brušenjem...
U ove legure spadaju i one čija su zrna ojačana borom, kao i one sa nešto zaostalog austenita koje martenzitnoj leguru daju dovoljnu plastičnost i žilavost tako da se ipak može koristiti za primenu gde postoje srednje jaki udari udari.
Legure koje daju navar preko 55HRC (550 HB) se smatraju obradivim samo brušenjem i obično se ne nanose u većem broju slojeva (max 2-3) jer pucaju zbog unutrašnjih napona. Ako je potrebno više slojeva, onda za slojeve ispod ova 2-3 koristiti mekšu leguru.
Uglavnom mogu da izdrže temperature do 300C a poneke i do 550C.

Poseban tip ovih legura su 12-15% Cr legure (martenzitni nerđajući čelik), otporne na trenje metal-metal, povišene temperature kao i na umerenu koroziju.

U slučaju da se želi nešto mekši navar ili da se kod onih sa preko 550 HB smanji opasnost od prslina, koristiti predgrevanje (imajuću u vidu naravno i osnovni materijal).

Legure sa manjim sadržajem legirajućih elemenata i manjim sadržajem ugljenika se koriste za tzv „build-uptj za popunjavanje nedostajuće zapremine a zadnjih nekoliko slojeva se navari odgovarajućom tvrdom legurom. Ove legure su prilično i žilave a zadržavaju umerenu tvrdoću, lako su mašinski obradive.
Zato su i najpopularnije legure sa makrotvrdoćom oko 300-350 HB zbog podesnosti za mašinsku obradu, i one od 550-600 HB koje mogu biti u raznim formama, npr sa vrlo malo izlučenih karbida (znači manje otporne na abraziju), ili sa nešto više istih (znači više otporne na abraziju). Na taj način se dovodi u optimum otpornost na istovremeno dejstvo frikcije, pritiska, udara, abrazije...

 

Austenitno manganske legure

Kao prvo se mora skrenuti pažnja na fenomen zvani „manganski čelici“ (po svom pronalazaču se zovu još i Hadfildovi čelici). Oni sadrže oko 12-14% Mn, ali i veliki sadržaj ugljenika (u principu, sadržaj mangana je najmanje 10 puta veći od sadržaja ugljenika). Po starom JUS-u takav materijal je Č.3160.

Poznato je da „obični“ čelici sa velikim sadržajem C, kada se zagreju (ili se izlože zavarivanju) i onda stave u vodu/ulje ili na vazduhu, zbog brzog hlađenja se zakaljuju tj struktura im postaje martenzitna, i postaju vrlo tvrdi često i krti itd. Toliko tvrdi da se često moraju „otpustiti“ tj naknadno zagrejati da bi im se vratila žilavost i plastičnost a zadržala pristojna tvrdoća i čvrstoća („otpuštanje“).

Kod manganskih čelika je situacija sasvim suprotna. Sadrže mnogo ugljenika (preko 1%) ali zbog velikog procenta Mn oni imaju žilavu austenitnu strukturu. A fenomeni su zato što se posle livenja moraju vrlo brzo hladiti da bi postali austenitni. Za razliku od „običnih zakaljivih čelika“ koji se potapanjem u vodu zakaljuju i postaju tvrdi i krti, ovi visoko manganski brzim hlađenjem dobijaju austenitnu žilavu strukturu (tvrde faze su fino raspršene u rastvoru, izuzetno su male pa ne mogu da izazovu unutrašnja naprezanja, ali su dovoljne bitne i jake da povećaju tvrdoću). A za razliku od „običnih čelika sa većim sadržajem C“ koji polaganim hlađenjem dobijaju meku strukturu, ovi manganski čelici sporim hlađenjem dobijaju izuzetno krtu martenzitnu strukturu (karbidi iz rastvora se izdvajaju po granicama zrna a zrna rastu nekontrolisano dok se ne izgubi svaka veza među njima i dok se bukvalno ne raspadnu).
Zato se posle livenja ovi manganski čelici, da bi se dobila žilava austenitna struktura, izlažu što je moguće bržem hlađenju a sam proces se zove „gašenje“. Na ovaj način, ovi čelici mogu rastvoriti npr i više od 1%C a ostati austenitni i žilavi. Kao takvi imaju extremno visoku otpornost na udar i na pojavu prslina. Ovaj metalurški zahtev za brzim hlađenjem se mora slediti i tokom navarivanja, da bi se dobio navar koji je žilav i otporan na ciklične extremne udare a ne navar koji je krt i koji će se raspasti i pri malom udaru.

Dalje ovi čelici imaju memoriju što se tiče izlaganja temperaturi u smislu vremena.
Evo jedne slike koja ilustruje „memoriju“ Mn čelika.

Dijagram koliko tipičan manganski čelik sa „13% Mn / 1% C“ može izdržati izlaganje nekoj temperaturi u toku svog životnog veka. Ako će se neki deo nekoliko puta izlagati navarivanju tj unosu toplote, imati u vidu ovaj dijagram. Kao dobra preporuka se usvaja da se nikada ne izlaže temperaturama preko 250C.
(Na dijagramu je temperatura u Farenhajtima, pretvorite je sami u Celzijuse).

 

Ako se deo od 12-14% Mn čelika izloži tokom svog celog radnog veka temperaturama preko neke vremenske granične vrednosti, ona će postati krta i verovatno će brzo pod opterećenjem pući (Npr vidi se sa dijagrama da mogu izdržati izlaganje temperaturi od 400C samo jedan sat i to ukupno u toku celog svog radnog veka, tj sabrati sva vremena izlaganja temperaturi tj sva vremena navarivanja tokom radnog veka).
Ovo naravno znači da se pri navarivanju mora primeniti posebna tehnika protiv ovog „pamćenja vremena izloženosti temperaturi“, naročito ako će se navarivanje raditi nekoliko puta tokom radnog veka. U praksi se pominje kao maksimalna međuprolazna temperatura 250C mada ima još trikova zanata kako doskočiti ovom problemu.

Ono po čemu su ove legure naročito poznate (još jedan fenomen) je njihova sposobnost ogromnog otvrdnjavanja u radu pod opterećenjem tj dešava se ojačavanje tj porast i tvrdoće i čvrstoće po površini a jezgro i dalje ostaje žilavo. Toliko su žilave i plastične da recimo navar od ovog čelika ima oko 250 HB po zavarivanju, a u radu, pod udarima tvrdoća ode na čak 550 HB, a bez degradacije materijala. Razlog je prelazak austenitne strukture u martenzitnu pri ovom otvrdnjavanju/ojačavanju. Pri udarima, dolazi do dislokacija kristalnih rešetki i drugačijeg vezivanja elemenata pa pod udarima materijal otvrdnjava i od austenitne strukture postaje i martenzitni i magnetičan.
Ovo svojstvo ih čini prvim izborom u mnogim aplikacijama gde postoje ponovljeni jaki udari (recimo drobilice i slično). Naravno ovo ih čini neobradivim ili teško obradivim struganjem ili glodanjem ili bušenjem, pa ih ljudi iz sveta mašinske obrade uopšte ne vole. Prosto pod nožem ili glodalom, rapidno otvrdnjavaju.

U toku rada dolazi do brzog i drastičnog otvrdnjavanja usled izlaganja udarima. Navar ili legura na početku imaju oko 200-250 HV, ali posle 10 min eksploatacije već dostignu 450 HV, a posle 45-60 minuta i svih 550 HV.

 

Za navarivanje ovih materijala postoje legure (elektrode, žice...) koje su slične po hemijskom sastavu ili često i prevazilaze same Hadfildove čelike. S obzirom da Hadfildovi čelici nisu otporni na abraziju (a pogotovo u prvo vreme eksploatacije dok ne otvrdnu), neke od legura za navarivanje imaju u sebi nešto Cr ili recimo Cr+Nb, pa se dobija legura sa nešto Cr karbida ili Cr+Nb karbida, koja i otvrdnjava u radu i trpi extremne udare ali je i otporna na abraziju zbog ovih karbida.
Naravno u slučaju veće abrazije, moguće je, tj poželjno je, nekoliko slojeva naneti Mn-legurom (sa ili bez karbida) a zadnji sloj ili dva naneti karbidnom anti abrazivnom legurom.
Bez problema se mangaske legure mogu naneti u većem broju slojeva.

Koriste se i za primene kada čelik udara u kamen ili za udare čelik/čelik (ali ne na povišenim temperaturama).

Nemagnetični su i ne mogu se seći gasnim plamenom.

Još jednom, ne koristiti ove legure za navarivanje ako su izložene temperaturi u radu i ne koristiti ih ako deo treba da ide na mašinsku obradu (isto važi za osnovni materijal).

U slučaju reparacije dela od visoko manganskog čelika pridržavati se sledećeg:
- odstraniti oštećenu i otvrdnutu površinu tj proveriti magnetnom i ako su jako magnetični odstraniti ih brusilicom ili grafitnim elektrodama. Obavezno paziti na unos toplote, tj paziti da temperatura ne pređe 250C. Pokoricu od žljebljenja grafitnom elektrodom odstraniti brusilicom.
- za vreme zavarivanja održavati temperaturu ispod 250C (recimo meriti 10 mm od granice navara), raditi sa malim amperažama, i/ili raditi brzo, koristiti pravolinijsko vođenje elektrode/žice i koristiti princip preskoka tj „vari malo tamo a malo amo“. Česta je i preporuka da se naredni prolaz polaže tek kada se materijal ohladi da se može držati goli dlan na njemu. Koristiti termo krede ili laserski ili kontaktni termometar za određivanje temperature.
- Koristiti manji prečnik elektroda ili žica i voditi brzo.
- Izabrati tehnologiju navarivanja sa manjim mešanjem sa osnovnim materijalom i težiti da navar bude zaobljen (konveksan) jer ako je mešanje veliko i ako je ravan zavar, zbog velike količine C može doći do prslina u navaru.
- Po potrebi deo neka bude u vodi, nekoj vrsti kade, ili čak kratko prskati vodom ili hladiti vazduhom pod pritiskom. Paziti ako se voda koristi za hlađenje navara, bilo da se naprskava, jer vodena para može ući u metal navara i napraviti štetu. Inače prskanje vodom radi hlađenja se koristi kada je deo mali, tj ne može svojom veličinom i masom i oblikom da odvodi toplotu.
- U slučaju da se podrazumeva da će se deo nekoliko puta navarivati, pri prvoj reparaciji preduzeti mere za minimizovanje unosa toplote pri narednim navarivanjima (konsultujte se sa nama sa ovom prostom metodom),
- U principu, sa današnjim elektrodama i žicama, nema potrebe za iskivanjem navara.
- Neke manganske legure su metalurški nekompaktibilne sa nekim legurama žica i elektroda pa se zato kao rešenje nameće nanošenje korektnog međusloja.

Čisto kao primer, 14%Mn čelik ili nekoliko slojeva navara preko običnog čelika se može smatrati odličnim izborom za nakovnje.

Ne koristiti elektrode ili žice od nelegiranog čelika (obična bazična elektroda ili CO2 žica) za navarivanje ili zavarivanje ovih čelika jer će metal navara biti veoma krt i podložan prslinama (velika količina ugljenika iz manganskog čelika ulazi u metal šava i pravi tvrdu i krtu strukturu).

Ove preporuke se odnose na navarivanje manganskih čelika.

Inače, moguće je naneti uz adekvatnu tehnologiju navarivanja nekoliko slojeva navarivanjem manganske legure na crni čelik i time dobiti dobru otpornost na udar a iskoristiti jeftin stari deo ili jeftin odlivak.

Slične ili neke druge preporuke važe za zavarivanje (spajanje) manganskih čelika samih sa sobom kao i za spajanje manganskog čelika sa drugim čelikom ali to je deo za poseban text koji se tiče zavarivanja tj spajanja.

Na kraju, ...hmmmm..., ... isparenja i dimovi puni mangana nisu nešto najzdravije što ćete udisati. Zato birajte da radite napolju i koristite pomoćna sredstva za odsisavanje gasova i dimova i/ili masku-komplet za dovod prečišćenog vazduha ispod maske.

Šinska skretnica, navarena manganskom legurom. Provereno najbolje rešenje za ovaj tip habanja.

 

KARBIDI!!!

Malopre su pomenuti kao spas za abrazivno habanje. Ovo je ogromna tema ali osnovne osobine karbida će biti ovde navedene.

Najvažniji pojedinačni element u borbi protiv abrazivnog habanja je UGLJENIK!
Jer on stvara martenzitne, tvrde, strukture kao i Karbide, tvrda metalna jedinjenja M-C (Metal-Carbon). Mnogi elementi grade karbide od značaja za ovu temu. Postoje takođe mnoge forme karbida, zavisno od metalne komponente sa kojom se uglenik vezuje (Fe-C, Cr-C, Mo-C, W-C, V-C, Ti-C...). Dalje jedan isti element može praviti različite karbide. Tako npr Cr može formirati i Cr23C6 ali Cr3C2 karbide a volfram i WC i W2C. Dalje i nekoliko elemenata može formirati jedan mešoviti karbid, najpoznatiji (FeCr)7-C3. Važno je i koliko karbida količinski ima ali i koliko su stabilni u metalnoj leguri i kakva im je veličina i kakva im je orijentacija, i koliko su jako vezani itd itd… (stvarno složena stvar).

 

Karbidi hroma

Karbidi hroma se, od svih karbida, najviše koriste u borbi protiv abrazivnog habanja!
Karbid kroma se sastoji od (Gvožđe+Hrom)+Ugljenik ili Hrom+Ugljenik, i relativno je jeftin i lako je dostupan. U zavisnosti od količine hroma i ugljenika moguće su raznorazne kombinacije. Tvrdoća mu je oko 1700-1800 HV, relativno je velik, ima oblik igle (u odnosu na druge karbide), ravnomerno je raspoređen po poprečnom preseku navara, tj ne tone na dno kao npr karbid wolframa. Smatra se da je optimum za otpornost na abraziju dostignut ako ima karbida 35-45% u odnosu na ukupnu težinu metala tj da C ima više od 4% a Cr više od 32%. Makrotvdroća legure sa hrom karbidima se kreće od 50-62 HRC (zavisno od toga šta se „gađa“, da li otpornost na umerenu ili jaku abraziju, ili otpornost na istovremeno dejstvo abrazije i udara, niža cena, mogućnost lakšeg brušenja, broj poprečnih prslina...).

Jedna od najoptimalnih legura za navarivanje sadrži oko 32-35% Cr i oko 4-5% C. Ugljenik sa hromom stvara hrom-karbide i ukupno legura je veoma otporna na abraziju dok je matrica tj vezivo u koje su karbidi uglavljeni veoma plastična i žilava i otporna manje ili više na udar i pritisak.
Pametno je platiti za ovu žicu ili elektrodu nešto više od klasične 55-60 HRC martenzitne legure, jer će navar trajati znatno duže. Naročito je optimalno pogodna za plugove i kašike rovokopača. Makrotvrdoća je oko 60 HRC.

Legure zvane “hrom karbidne” se mogu u oblasti navarivanja podeliti u tri grupe:
- Legure sa umerenim sadržajem hrom karbida,
- Legure sa velikim sadržajem hrom karbida,
- Legure sa komplexnim hrom karbidima,

Još jednom, karbidi hroma su vrlo tvrda zrnca uglavljena u žilavu ali meku matricu, ravnomerno po celoj zapremini navara. Upravo ta zrnca hrom karbida daju veliku otpornost na abrazivno habanje, a matrica ih kao lepak drži na svojim mestima.

Da bi se razvili karbidi hroma, potrebno je da ima min 12%Cr i dovoljno ugljenika recimo oko 2.8-3%. Dobijanje čistih Cr-C hrom karbida je skuplje pa se najčešće za optimalnu zaštitu od abrazije koriste mešani (Cr+Fe)/C karbidi tj u struci se označavaju kao M=Cr+Fe, pa npr imamo M7C3 karbid, koji se u žargonu među ljudima koji znaju o čemu se radi, i dalje zove hrom karbid iako je u stvari fero-hrom karbid.

Razne kombinacije i formulacije tj procenti hroma i ugljenika mogu biti korišćeni da bi se za neki konkretan slučaj dobile najoptimalnije legure (uglavnom se sve svodi na to kolika je otpornost na abraziju i istovremeno na udar, kao i na to kolike poprečne prsline razvijaju i koliko to košta).

Metalurški govoreći, kada je količina ugljenika i hroma minimalna (ali još uvek dovoljna za stvaranje karbidne legure), uz pomoć nekih elemenata formiraće se žilava i plastična austenitna matrica, a karbidi hroma će se izlučiti po granicama zrna. Kada se ovoj familiji legura doda još hroma i ugljenika, prvo se formiraju karbidi hroma (Cr-C i M-C) dok je ostatak još u tečnoj fazi (otud ime primarni karbidi jer oni prvi očvršćavaju dok je okolo njih rastopljeni metal), pa se tek onda formira prethodno opisana legura, austenit sa izlučenim karbidima po ivicama zrna.
Iskustvena formula za procenu količine primarnih karbida u %, u zavisnosti od %C i %Cr je:
„Količina primarnih karbida u %“ = 12.33 (% C) + 0.55 (% Cr) – 15.2 %

Kada se pod miskroskopom pogleda, karbid hroma je beo nasuprot tamnije matrice. U idealnom slučaju ima oblik igle, tj jedna dimenzija mu je mnogo veća od druge dve, a po poprečnom preseku je heksagonalan i ima malu rupicu na sredini.

Poprečni presek hrom karbida. Igličastog oblika, a u zavisnosti gde je presečen, može se u idealnom slučaju uočiti šestougani poprečni presek. Ma gde da su presečeni, može se uočiti da imaju oštre ćoškove i rupu negde blizu centra.

 

U slučaju da hroma i ugljenika ima manje nego što je dovoljno za dobijanje idealnog igličastog heksagonalnog karbida, karbidi hroma su u obliku malih zrnaca koje prate neku putanju npr rasuti duž nekih linija. Kod takvih, otpornost na abraziju je ispod optimuma ali zato imaju povećanu otpornost na udar.
Evo nekoliko tipičnih slučaja raznih legura sa karbidima hroma.

 

Vidi se iz gornjih slika da u zavisnosti od sadržaja hroma i ugljenika mogu biti proizvedene razne legure koje sadrže hrom karbide. Najtipičnije su:
- Legure sa umerenim sadržajem hroma (recimo do 18%Cr i 3.3 %C). Kod ovih, hrom ima dvostruku ulogu. I pomaže stvaranje austenitne matrice koja kao lepak drži karbide i stvara karbide hroma koji se izlučuju po granicama austenitnih zrna.
Ovakve legure imaju umerenu otpornost na abraziju ali dobru na udar i pritisak.

- Legure sa velikim sadržajem hroma i ugljenika (recimo više od 30%Cr i 4.3 %C).
Zbog velikog sadržaja Cr i C, iz rastopa, tokom hlađenja do temperature okoline, se prvo formiraju karbidi hroma (otud ime primarni karbidi), a tek onda austenitna matrica sa sekundarnim oblicima karbida hroma. Već viđeno gore, primarni karbidi hroma su veliki, hexagonalni, i brojni. Ovo im daje otpornost na abraziju, ali i umerenu do slabu otpornost na udare. Zato im je namena upravo za slučajeve gde nema udara, najčešće u poljoprivredi i rudarstvu tj gde postoji problem sa mineralnom abrazijom a neekonomski je koristiti skuplje antiabrazivne legure. Tipična primena je kod plugova, rala itd... Pošto razvijaju prsline, gledati da se nanese max 2-3 sloja a debljina navara oko 6-8 mm...

 

U praksi se u principu koriste legure sa oko max 5.5% ugljenika. Moguće je u realnosti imati i procenat oko 7% (marketinški neke firme da bi prodali nešto svojih elektroda i žica kažu da mogu i više ali nikad to nisu potkrepili nekim nezavisnim izveštajem). Međutim sve preko 5.5%C na današnjem nivou metalurgije dovodi do toga da se dobija legura koja je veoma krta, maltene staklasta tj totalno neotporna na udar, ili se prosto višak ugljenika odvede u šljaku pri navarivanju. Što je jako nepovoljno jer abrazija najčešće i postoji uz prisustvo jačih ili slabijih udara.

Može se ići i dalje u dubinu nauke o legurama sa hrom karbidima...
Legure za borbu protiv abrazije koje sadrže Cr i C kao glavne legirajuće elemente se mogu podeliti na one sa % Cr / % C do = do33%Cr+4%C tj klasične hrom karbidne legure vec dugo postojeće na trzistu i novo razvijene sa većim procentom 35%Cr+5%C.

Ove prve legure razvijaju igličaste karbide tipa M7C3 u austenitno-karbidnoj matrici. Karbidi iz austenitno karbidne matrice su manji od igličastih M7C3 i imaju kompaktne otprilike iste gabarite u sve tri dimenzije.

M7C3 karbidi mogu biti u formi (CrFe)7C3 ili u formi Cr7C3. Karbidi tipa Cr7C3 su stabilniji u svakom smislu, bilo pod dejstvom temperature bilo opterećenja. Da bi se postiglo da se stvore u leguri samo mnogo stabilniji i jači Cr7C3 karbidi potreban je uslov da %C bude 5% i veći a % Cr oko 35%. U tom smislu legure sa 33%Cr+4%C formiraju karbide tipa (CrFe)7C3 a legure sa 35%Cr+5%C formiraju manjim delom karbide tipa (CrFe)7C3 a većim delom delom jače i stabilnije karbide Cr7C3. Na taj način ova druga legura daje bitno povećanu otpornost na abraziju i ostale tipove habanja.

Dalje u samoj austenitno karbidnoj matrici kod legura sa 33%Cr+4%C se njeni karbidi izlučuju u ćoškastom obliku sa nepravilnim ivicama i izbočenjima koji se lako krzaju pri abraziji. Sa povećanjem %C (preko 4.5%) ti karbidi iz matrice se zaobljuju i takođe daju povećanu otpornost na abraziju i u neku ruku manje slabe matricu (slično kao što je nodularni liv jači od klasičnog sivog liva).

U tom smislu, dobijanjem matričnih karbida u obliku zaobljenih elipsoida (umesto nepravilnih ćoškastih zrnaca) i izlučivanjem Cr7C3 umesto M7C3, jača se otpornost na abraziju a sama legura sa Cr7C3 se ističe većom stabilnošću i otpornošću na povišene temperature.

Dalje, sama matrica se može „modifikovati“. Osnovna struktura matrice je austenitna, ali je moguće ojačati tj dodati elemente (V, Nb, B...) koji je naprežu i čine je jačom što takođe doprinosi većoj otpornosti na abraziju.
Sa druge strane, već je nekoliko puta ponovljeno, abrazija najčešće ne postoji sama, već u kombinaciji sa jačim ili slabijim udarima. Zato matrica mora biti i dovoljno plastična i dovoljno žilava da ove udare izdrži a takođe mora biti dovoljno lepljiva da vezuje velike karbide da ih udari ne odvoje i izbace iz navara. A na kraju ta legura (sa modifikovanom tj ojačanom matricom i čistim Cr7C3 karbidima i elipsastim matričnim karbidima) mora biti i ekonomična tj ne sme biti skupa...
Da ne idemo dalje na ovu temu, ima ko će sve to dalje da modifikuje i razvija i piše stručne radove...

 

 

KOMPLEKSNI KARBIDI HROMA

Već je rečeno da je atom ugljenika poligaman. Hoće da se veže sa skoro svakim elementom. A najnavalentniji elementi su Gvožđe, Hrom, Molibden, Niobium, Wolfram, Titanijum i Vanadijum (redosled je od slabijih do najjačih). Hrom jeste popularan jer je lako dostupan i jeftin, ali bilo koji atom Hroma može biti zamenjen sa nekim od gore pobrojanih. Takav karbid je drukčiji i može dovesti do još veće otpornosti na habanje usled abrazije. A takav element može i da stvori sopstveni karbid.
Kada se leguri karbida hroma dodaju Nb, Mo, W, V, Ti dobijamo komplexne karbide.
I ove legure se mogu primeniti svuda gde se sreće jaka abrazija sa srednjim i lakim udarima.
Za orijentaciju mikrotvrdoća nekih karbida u već gore navedenoj tabeli:

 

Kada se pogleda ova tabela, može se pitati, zašto se ne koristi najviše Titan Karbid?
Titan poseduje veliki afinitet ka kiseoniku i azotu i tokom putovanja iz žice kroz luk, vezuje se sa O2 ili N2 i umesto da završi u navaru, stvarajući sitan a izuzetno tvrd karbid on stvara vrlo jaku, tvrdu i gustu trosku na navaru (ovo je inače veoma poznat problem kada je u pitanju zavarivanje titanijuma i legura). Za sada se uspeva da se u metal navara unese oko 5-6% Ti…

Treba spomenuti da ugljenik osim što stvara karbide utiče i na matricu u koju su uglavljeni karbidi. Npr, umesto da ta matrica bude austenitna može se postići da bude tvrđa martenzitna.

Dalje je zanimljivo da su komplexni karbidi sitniji od Karbida Hroma. Ovo je povoljno sa stanovišta borbe protiv habanja. Poznato je da su Karbidi Hroma veliki i da imaju oblik iglica i blokova. Hoće ponekad da se polome. Nekad je lom takav da otpadne veći deo i to doprinosi većem habanju, a nekad se ustvari odlomi mali komadić i ostatak karbida se u stvari samo preoštri.

Iz metalurgije se zna da neki elementi kao Titan, Vanadijum, Molibden deluju kao elementi za usitnjavanje zrna tj centri kristalizacije (na engleskom se to kaže “nukleizacija”) pri očvršćavanju tj prelasku metala iz tečnog u čvrsto stanje. Ovo znači da će broj karbida hroma (i / ili komplexnih karbida biti veći) a da će po veličini ti karbidi biti manji. Tako će ih biti teže slomiti, bolje će biti uglavljeni u matricu i time će otpornost na habanje biti povećana.

Ovu teoriju potvrđuju rezultati izmerenih otpornosti na habanje na testu ASTM G-65 ali i izveštaji sa terena iz realne exploatacije ovih legura.

Osim što pomenuti elementi (Ti, W, V, Nb, Mo...) stvaraju sopstvene karbide ili zajedno sa hromom prave komplexne karbide, oni daju utiču i na strukturu matrice. Može se uočiti da se u nekim slučajevima kada se stvaraju komplexni karbidi, takođe umesto potpuno austenitne matrice stvaraju i martenzitne matrica.
Dalje, prisustvom ovih karbidotvoraca, može se uočiti da sami karbida hroma nisu onoliko veliki kao kada nema ovih dodatnih karbidotvoraca. Ovo sve doprinosi boljoj otpornosti na habanje, jer sitniji hrom karbid se teže lomi ili otpada pod opterećenjem.

Često ovi karbidotvorci doprinose otpornosti na abraziju na povišenim temperaturama (neke su otporne i do 600C).
Među ovim legurama se nalaze one sa vrlo sitnim karbidima, što je u nekim procesima bitno, jer je nepoželjno da velika zrnca upadaju u sirovinu koja se dalje prerađuje npr kod navarenih mixera gume ili plastike ili hrane.

Ove legure jesu još otpornije na abraziju ali imaju manje austenita pa su im žilavost i otpornost na udar manje. Zato pucaju tj razvijaju poprečne prsline. Zbog vrlo male plastičnosti, preporuka je ove legure nanositi u max 2-3 sloja.

 

 

Današnja struka i tehnika se u gotovo svim oblastima poziva na NANOTEHNOLOGIJU!!! Pa eto nanotehnologije i u navarivanju.

Zamislite velike lopte za plažu, prečnika 1 metar. Ako napunite neku sobu tim loptama, između njih će ostati šupljine. Te šupljine popunite fudbalskim loptama a ostale teniskim, pa klikerima itd. Nano čestice su jako sitne, reda dimenzija 10-9 (milijarditi deo metra) i prosto, i za ono za šta nas interesuju, moraju da budu TVRDE! Tu se pojavljuju elementi… bor i volfram!!! Bor stvara vrlo tvrda zrna tj boride, diboride, bor-karbide, bor nitride... nano dimenzija. I naravno bor ulazi u matricu u koju su uglavljeni već poznati karbidi i sada pomenuti boridi i napreže je i otvrdnjava je. Tako da se tzv prosečna makrotvrdoća penje npr na 70-75 HRC a otpornost na habanje slična onim legurama na bazi wolframa.

 


Wolfram karbidne legure

Depozit ovih legura se sastoji od vrlo tvrdih karbida (1900-2500 HV) volframa (WC i W2C) koji se izlučuju ili prolaze kroz zrna matrice, pa zato mikroskopska tvrdoća može biti u velikom opsegu. Daje dobru otpornost na extremno abrazivno habanje ali ima lošu otpornost na udare. Glavna primena je kod mešača raznih smesa, oboda puževa za sabijanje gline u ciglarskim industrijama, alatima za bušenje zemlje i slično.

Pri navarivanju ovim legurama se mora paziti da se ne pretera sa veličinom metalnog kupatila, jer zbog svoje težine može se desiti da prevelik deo woframa ode u matricu a ne u stvaranje karbida i sa druge strane da se ne desi da veoma teški karbidi padnu na dno dok su rastopljenom metalu od nelegiranog čelika a na vrhu navara da ostave sloj od meke matrice od nelegiranog čelika.
Zato se najbolji rezultati dobijaju sa cevastim elektrodama ili punjenim žicama ili gasnim navarivanjem/lemljenjem ili čak nasipanjem praha u rastopljeni metal od nelegiranog čelika, transferom kroz plazmu ili supersoničnom metalizacijom.

Industrija volfram karbida je u stvari prilično razvijena iako možda nije mnogo poznata. Volfram karbidi se dobijaju metalurgijom praha i na različite načine se implementiraju u krajnji proizvod.

Veličina čestica volfram karbida i način njihovog vezivanja kao i oblik direktno utiču na otpornost na habanje za istu koncentraciju.

Veličina volfram karbidnih čestica se opisuje prema sledećoj tabeli:

 

Što su čestice volfram karbida manje, to je značajno veća otpornost na abrazivno habanje kao i makrotvrdoća.

Takođe, osim manjih dimenzija i veća HV tvrdoća čestice značajno utiče na veću otpornost na abraziju.
I oblik čestice ima uticaj na tvrdoću.

 

Cementirani karbidi su veoma otporni na abraziju. Što je sloj veziva između dve volfram karbidne čestice tanji to će ga abrazivno zrnce teže „zguliti“, a kada to na kraju krajeva i učini, tj potkopa zrnce volfram karbida, ono je toliko sitno da šteta nije velika.
Osim otpornosti na abraziju, posle dijamanta, cementirani volfram karbid je najootporniji materijal na pritisak.

Fuzionisani volfram karbid je jedan od najjotpornijih materijala na abraziju. Sastoji se od oko 80% W2C i 20% WC. Takođe je moguće dodati i dijamantske fine čestice koje se takođe uglavljuju u matricu.

Sferično zrno je najbolje što postoji u smislu oblika kao sredstvo protiv abrazije.
Tokom abrazije, dešava se da abrazivna zrnca lome tvrde čestice. Energija potrebna za lomljenje sferičnog volfram karbida je daleko veća nego za lomljenje ćoškastog nepravilnog oblika i zato se sferični volfram karbidi smatraju kao najjače sredstvo za borbu protiv ekstremne abrazije.

Ako je sredina koroziona, koristi se matrica od nikla umesto od čelika.

Wolfram karbid ne treba koristiti na povišenim temperaturama jer oksidira na temperaturama preko 480C i time se veoma gubi otpornost na abraziju tj habanje.

„Stabilizer“ na bušaćim šipkama za bušenje nafte, moderan način navarivanja.

 

Mešač navaren volfram karbidom

 

Poređenje rezultata navarivanja raznim karbidnim legurama

Jasno je da su sve karbidne legure otporne na abraziju, naravno neke više a neke manje, i jasno je da su neke skuplje a neke jeftinije.
Sigurno da svako na svom konkretnom problemu treba da izabere bilo Cr-C leguru, bilo leguru sa komplexnim karbidima bilo W-C leguru tj neku iz ovih familija, a onda da po potrebi prelazi na jaču skuplju tj slabiju a jeftiniju.

Evo nekih parametara iz ciglarske industrije, sa indexima cena i dugotrajnosti navara raznih legura.

 

U principu, ovo su neke vrlo grube relacije cena/dugotrajnost, ali se vidi recimo  na slučaju dela broj 2, da deo navaren W-C legurom traje duže 3 puta od onog navarenog Cr-C legurom a elektroda košta 7 puta više u nabavci.
Sad svako u konkretnom slučaju treba da uzme još troškove montaže i demontaže, troškove nošenja u radionicu, eventualne mašinske obrade, radne snage, aparata... itd itd i možda je isplativije platiti elektrodu 7 puta više a koja će trajati 3 puta duže a možda nije.
U principu, običaj je kada se navaruje deo a bez predznanja šta je najbolje, upravo zbog cene elektroda ili žica krenuti od jeftinijih Cr-C i komplexnih karbida pa pratiti rezultate i ako se nije zadovoljno tražiti bolja i skuplja rešenja.

Napomena: ovde, kod ovih delova iz ciglane, se radi samo o abrazivnom habanju, pa je lako vršiti poređenje karbidnih legura. Međutim ako deluje još i udar, onda iz razmatranja ispadaju legure koje nisu otporne na udar, i u razmatranje ulaze samo one prigodne za tu konkretnu agresiju.

 

Co-Cr-W legure (zvane steliti)

Kod ovih legura matricu čini kobalt a karbide čine W, Cr i Mo. Glavna odlika je stabilna otpornost na habanje (abrazija i metal-metal frikcija) pri povišenim temperaturama. Takođe su otporni na oksidaciju i koroziju. Npr koriste se za sedišta kod ventila (automobilskih motora, ventila u rafinerijama i termoenergetskim postrojenjima, turbina mlaznih motora...).

 

Razlikujemo legure na bazi kobalta prema „kvalitetima“: a najčešći su npr 1, 6, 12, 21 (tj prema tvrdoćama na povišenim temperaturama)...

Najčešće se neuki korisnici stelitnih legura povedu datim tvrdoćama iz kataloga i time čine grešku.
Tvrdoća iz kataloga se odnosi na metal čistog navara (koji se može dobiti navarivanjem na osnovu tek u 5-6-7 sloju). Jer, pri navarivanju uvek dolazi do većeg ili manjeg mešanja sa osnovnim metalom (ili tampon slojem) i time se u prvih par slojeva uvek dobija manja tvrdoća od one kataloške. A sa druge strane, ako se pretera sa brojem slojeva, recimo sa legurama kobalta čija je tvrdoća čistog metala preko 40 HRC, doći će do pucanja po površini zbog oslobađanja napona. Ove površinske prsline nisu dobre za zaptivne površine.
Zbog toga, pri projektovanju navarenog sloja kobaltnih legura i njegove tvrdoće, obavezno uzeti u obzir da realna tvrdoća navara, ako se navarivanje radi u par slojeva (bilo radi izbegavanja prslina, bilo zato što prosto ima mesta za svega nekoliko milimetara navara), mora biti niža od kataloške.
A sa druge strane, obavezno prihvatiti da će postojati velika verovatnoća razvoja prslina u legurama čija je tvrdoća preko 40 HRC.
Pa ili prihvatiti kao realnost da se mora ići na manji broj slojeva što je legura tvrđa ili da se koriste velike temperature predgrevanja i naknadne termičke obrade ili i jedno i drugo da bi se izbegla opasnost od prslina u navaru.

Naročitu pažnju posvetiti navarivanju stelita preko nerđajućih čelika zbog moguće degradacije osnovnog materijala. 

Uzelo bi mnogo vremena ući u sve finese navarivanja stelitnim/kobaltnim legurama. Za sve dalje informacije, slobodno nas kontaktirajte.

ICI d.o.o. – prslina u vodom hlađenom šupljem mikseru prevučenog stelitnim slojem.

 

ICI d.o.o. – sanacija miksera.

 

ICI d.o.o. – Navaren i brušenjem poravnat stelitni pokrivni sloj u dva sloja (kvalitet stelita 40-45 HRC), rezultat je bez prslina u završnom sloju.

 

Legure za navarivanje od martenzitnog nerđajućeg čelika

Ova grupa legura sadrži uglavnom C do 0.25% i Cr do 18%. Imaju dobru otpornost na termo šokove, kao i otpornost na pritisak i frikciju metal-metal, kao i umerenu korozionu otpornost i otpornost na umerene udare. Tvrdoća je 35-45 HRC
Klasični primeri ovih legura su rolne u železarama za valjanje metalnih limova kao i sedišta ventila za paru i vodu.
Ponekad, kada to dozvoljavaju uslovi rada koriste se kao zamena za skupe kobaltne tj stelitne legure.

ICI d.o.o. - Reparaturno navarivanje sedišta i zaptivnog prstena na ventilu-zatvaraču napojne vode. Tehnologijom zavarivanja tj promenom parametara zavarivanja se može postići da jedno od ova dva bude mekše za nekih 5 HRC, da bi se omogućilo da se brže haba ono što je lakše navariti i obraditi a da se ono drugo reparira tek svaki drugi ili treći put.

 

U zavisnosti od osnovnog materijala, potrebno je primeniti korektnu termičku obradu (predgrevanje i odžarivanje). A ako se radi sa MAG postupkom, obratiti pažnju na izbor gasa i transfera tj stepen mešanja sa osnovnim materijalom, a sve u zavisnosti od sadržaja ugljenika u njemu da bi se dobila željena tvrdoća, inače ako se ne pazi, lako se dobija i niža i viša.



Legure za navarivanje alatnih čelika

Nekada je to bio veliki posao u Evropi, jer je bilo puno kovačnica. Danas je veliki broj kovačnica otišao na daleki istok, a u Evropi se danas reparacija alatnih čelika najčešće vrši u automobilskoj industriji.

Poznato je da su čelici sa više od 0,25% C teško zavarljivi. A alatni čelici sadrže 0.3%C do čak 2.5%C i time se klasifikuju, kako kad i kako od koga kao „teško zavarljivi“, „uslovno zavarljivi“, „nezavarljivi“.

U svakom slučaju je potreban veliki oprez pri zavarivanju, tj najčešće reparaturnom navarivanju ovih čelika.

Gruba podela ovih čelika je na:
- „alatne koji rade na toplo“,
- „alatne koji rade na hladno“,
- „brzorezne“,
- „za kalupe za plastiku“,
- ...

Radi se o čelicima koji su zakaljeni a takođe postoji i izlučivanje tvrdih faza (karbida i nitrida). U zavisnosti od hlađenja tokom kaljenja i poboljšanja dobijaju se potrebne tvrdoće.

Alatni čelici koji rade „na hladno“ su oni kod kojih radna temperatura ne prelazi 200C. Radi se o nelegiranim ili legiranim čelicima.

Alatni čelici koji rade „na toplo“ su oni kod kojih je radna temperatura površine iznad 200C.

Brzorezni čelici imaju najveću tvrdoću na povišenim temperaturama zbog svog posebnog hemijskog sastava. Koriste se za temperature do 600C, najčešće za alate za mašinsku obradu struganjem, glodanjem... i oblkovanje (kod nas su poznati pod imenom „štirija“),

Čelici za kalupe za plastiku predstavljaju čelike najviše čistoće, moguće ih je polirati do visokog kvaliteta površine, imaju jednoliku tvrdoću i mikrostrukturu, žilavost, obradivost... i naravno termičku provodnost i korozionu otpornost.

Pristupa se reparaturnom navarivanju ovih čelika, bilo radi popravke polomljenih ili pohabanih alata, bilo posle obrade, bilo zbog pravljenja nove gravure...

Jedna od najbitnijih stvari pri navarivanju jeste priprema tj izbeći oštre ivice i male radijuse, zbog izbegavanja koncentracije napona pri zavarivanju. Moraju izvaditi sve prsline i zgnječeni materijal (kontrolu raditi penetrantima, magnetofluxom, ultrazvukom).

 

Reparaturno navarivanje se mora izvesti odmah posle čišćenja i žlebljenja jer postoji opasnost od prljanja prašinom, vlagom usled kondenzacije itd...

Ako se radi elektrodama, obezbediti da se koriste one sa minimalnim sadržajem vodonika, jer su ovi čelici izuzetno osetljivi na hladne prsline.

Predgrevanje je gotovo uvek obavezan deo pri navarivanju ovih čelika.
Za svaki čelik ili familiju postoje posebne preporuke, a ovde samo uopšteno, ako se radi o malim popravkama, predgrejati na 150-200C a ako se radi o velikim popravkama, pregrevanje se izvodi na 300-600C... Nekad se samo čelik dovede na temperaturu 50-100C iznad temperature početka martenzitne transformacije a nekad se mora navarivati u žarenom stanju. Generalno, predgrevanje se radi sporo, zbog volframa i molibdena u čelicima. Jednom kada se krene sa navarivanjem, treba posao bez prekida odraditi do kraja.
Kovački alati se često prevaruju tako što se zagreju iznad temperature žarenja, pa se u tako žarenom stanju navare, a onda idu na termičku obradu.

Samo navarivanje se radi sa što manjim unosom toplote. Npr, raditi sa elektrodama 2.5 mm i eventualno 3.2 mm, kod TIG-a koji je spor ne prelaziti 120C...
Dobro je za prvi sloj iskoristiti mekšu elektrodu ili žicu koje će popustiti pod naponima i plastično se deformisati a za ostale slojeve koristiti odgovarajuće tvrde žice ili elektrode.
Koristiti pravolinijsko vođenje i kratak luk.

Pri navarivanju ivica koristiti preporuke o graničnim pličama i ukopavanju žljeba:

 

U slučaju da se posle navarivanja radi poliranje, zadnji prolaz ili dva odraditi TIG-om. Uopšte, TIG je veoma čest proces kod navarivanja mnogih alata.

Posle zavarivanja, običaj je da se odradi naknadna termička obrada (odžarivanje radi otpuštanja napona ili poboljšanje...), već po potrebi. U najgorem slučaju se mora obezbediti polagano hlađenje.

Prevarivanje stare gravure na kovačkom alatu. Ovde će se udubiti nova gravura.

 

Popravak ivica gravure na alatu i mašinskom obradom dovođenje na željene dimenzije.

 

Popravak ivice alata. S obzirom da je habanje tipa frikcija metal-metal, navarena je tvrda bronza koja ima mali koeficijent trenja.

 

Za navarivanje alatnih čelika se koriste i istorodni i raznorodni materijali.
Npr kao elastični međuslojevi se koriste legure od posebnog nerđajućeg čelika koje mogu „upiti“ u sebe dosta ugljenika ili se koriste legure nikla, a oba tipa moraju imati veliku plastičnost i čvrstoću.
Za tvrde navare se koriste legure alatnih čelika ili pre pominjanih stelita (npr za kovačke alate)...

 

 

6) Razvijanje poprečnih prslina


Ako nešto čudi i plaši neupućene korisnike karbdinih legura, to je da one PUCAJU, tj pojavljuju se POPREČNE PRSLINE na pravac zavarivanja.

Prsline u navaru legura sa velikim sadržajem karbida.

 

Zvuk pucanja koji se čuje tokom zavarivanja nije ni malo prijatan tj zastrašuje neupućene... Prsline se od vrha navara prostiru do dna navarenog sloja ali uglavnom ne ulaze u osnovni materijal.  Ako je ipak osnovni materijal krt, postoji šansa da se prslina razvije i u njemu i dovede do loma konstrukcije. U tim slučajevima, da se izbegne svaki rizik da ipak ne prodru u osnovni materijal koristi se tzv tampon sloj (koji ima još neke uloge...).

Ali, same poprečne prsline u NAVARU od karbidnih legura su dobrodošle. Protivi se logici, struci, poznavanju zavarivanja, svemu što se učilo a to je prsline su nepoželjne i moraju se izbeći, prsline su greške...

Legure za navarivanje ne služe za spajanje metala tj klasično zavarivanje gde su prsline apsolutno nepoželjne. Kada se prsline ne bi razvile, zaostali naponi bi mogli biti toliko veliki da bi se možda ceo navar, možda sa celim jednim slojem osnovnog materijala iščupao.
Ovde se razmišlja ovako: što je više poprečnih prslina, više oslobođenog napona, i manja opasnost od odvajanja navara od osnovnog materijala i manje krivljenje tj deformacija dela.
Metalurški govoreći, kada je količina ugljenika i hroma i drugih karbidotvoraca veća od neke granice, uz pomoć nekih elemenata formiraće se austenitna (ili druga) matrica, a karbidi hroma i drugih elemenata će se izlučiti po granicama zrna.
Austenit jeste žilav, ali koeficijent toplotne provodljivosti karbida je takav da se oni uglavnom niti šire niti skupljaju za razliku od matrice, a dalje, ti karbidi nemaju nikakvu plastičnost. Zato se pri hlađenju dešava odvajanje nekih slojeva matrice od karbida tj dolazi do poprečnih prslina, i to po granicama zrna gde su sile vezivanja matrice za karbide manje od sila skupljanja tj unutrašnjih napona.

Prsline se formiraju normalno na pravac gusenice, jer su sile skupljanja u tom pravcu najjače. Pukotina kreće od vrha legura i zaustavlja se na prelazu navara i osnovnog materijala. Te poprečne prsline su povoljne jer deluju kao faktor oslobađanja napona. Ako se ne bi pojavile, postojala bi opasnost od odvajanja navara od osnovnog materijala, ili čak pojave prslina u osnovnom materijalu. Dalje na ovaj način se ublažava krivljenje tj deformacija osnovnog materijala. Umesto da se deo savije kao kifla na onu stranu sa koje je navaren zbog napona usled skupljanja, navar će popucati. (U slučaju da je osnovni materijal krt, između tvrde formacije i krtog osnovnog materijala se nanosi tampon elastični međusloj).
Loša strana je da malkice (gotovo nebitno) pogoršavaju otpornost na habanje jer ivice pukotina bivaju izložene mikro-krzanju.
Poprečne prsline se kontrolišu hemijskim sastavom, modifikatorima i temperaturom.
Što više ugljenika i karbidotvoraca, biće više poprečnih prslina i obrnuto.
Što je temperatura predgrevanja veća, što je hlađenje sporije, biće manje prslina i obrnuto...

 

Iz ovih razloga, preporuka je ne navarivati karbidne legure u više od 2-3 sloja jer se može desiti da otpadnu pri većem opterećenju.

Takođe treba razumeti da karbidne legure ne služe za zavarivanje. Niti se njima može zavariti dva dela, niti se nekom elektrodom za zavarivanje može zavariti navar od karbidne legure za drugi navar ili recimo za čeličnu ploču.
Jeste da je tvrdoća velika, da usled velike količine tvrdih karbida imaju veliku otpornost na abraziju, ali njihova čvrstoća je izuzetno mala.

 

 

7) Elastični (među)sloj (podsloj), tampon sloj, bafer sloj, pufer...


Elastični međusloj (u stvari može biti jedan ali i dva, tri sloja...), između osnovnog materijala i tvrde formacije je u principu jako bitan deo tehnologije navarivanja.

Međusloj, najčešće je veoma „elastično-plastična“ legura (neki je zovu „žvakom“) koja je takođe i metalurški kompaktibilna sa osnovnim materijalom i tvrdim navarom.

 

On svojom elasto-plastičnošću apsorbuje napone usled skupljanja pri hlađenju navara, poboljšava vezivanje navara za materijal itd... Mora biti metalurški kompaktibilan sa oba.
Ako je osnovni materijal osetljiv na koncentraciju napona, a navaruje se karbidnim legurama koje pri hlađenju oslobađaju napone tako što razvijaju poprečne prsline, potrebno je između njih naneti jedan solidan elastični međusloj koji će sprečiti da se prsline iz tvrde formacije prenesu do osnovnog materijala.
Ponekad se recimo pogodnim tampon slojem sprečava prelaz ugljenika iz navara u osnovni materijal, inače bi došlo do strukturnih promena.
Ponekad, ako je osnovni materijal slab, recimo nelegirani čelik a mora izdržati jako opterećenje, ima smisla kao međusloj naneti recimo čelik povišene čvrstoće.
Nekad se ovaj „tampon sloj“ nanosi u nekoliko slojeva, da bi popunio nedostajuću zapreminu a tvrda legura se nanosi u svojih maksimalno 2-3 prolaza.
Tampon sloj može biti i termalna barijera koja štiti osnovni materijal pri navarivanju.

Ako je osnovni materijal puno mekan, npr nelegirani čelik, može se desiti da navar od tvrde legure „potone“ u središnjem delu. Postavljanjem žilavog međusloja, navar ne tone.

 

Pri nanošenju elastičnog međusloja voditi računa da se čelici sa visokim sadržajem ugljenika predgreju (što je inače standardna procedura kada se primenjuje bilo kakvo zavarivanje ili navarivanje visoko ugljeničnih čelika).

U slučaju nanošenja tampon sloja na manganski čelik ili čelik povišene čvrstoće obezbediti da širina i dužina tampon sloja bude veća od širine i dužine tvrdog navara jer se time štiti materijal od prodora prslina iz tvrdog navara.

Tampon sloj ponekad služi kao barijera za prodor nekog elementa iz jednog materijala u drugi. Npr pri spajanju nerđajućeg čelika sa običnim crnim čelikom, može se desiti migracija ugljenika iz crnog u nerđajući, i time njegova degradacija. Zato se u ovim slučajevima kao tampon sloj postavlja neka od legura nikla koja jeste metalurški kompaktibilna sa oba materijala, ali ne dozvoljava prodor ugljenika iz crnog u nerđajući čelik.

Paziti kada se koristi obična bazična elektroda (ili obična CO2 žica) kao tampon sloj (ili build-up sloj). Recimo nikada ih ne koristiti na manganskim čelicima ili nerđajućim čelicima. Prosto mešavina osnovnog metala i metala elektrode će biti sa mnogo ugljenika i postoji velika verovatnoća dobijanja tvrde i krte strukture, osetljive na vodonik, sklone prslinama (i toplim i hladnim).

 

 

8) Krivljenje (promena oblika i geometrije i dimenzija) usled navarivanja.


Pri navarivanju se svakako mora očekivati krivljenje i deformacija dela koji se navaruje. Nekada je to nebitno, ali nekad se mora učiniti sve da se što je moguće više izbegnu deformacije. Naročito je krivljenje izraženo kod tankozidih delova.

Deformacije nastaju zbog toga što se rastopljeni metal skuplja tokom očvršćavanja i hlađenja do ambijentalne temperature. Neka gruba procena je da se metal skuplja oko 10% tokom hlađenja. Ovo skupljanje generiše vrlo jake sile tj napone koji mogu biti veće od granice tečenja materijala koji se navaruje. Pošto je navar vezan za osnovni materijal, dok se navar skuplja on deluje silama na osnovni materijal koji se zbog toga krivi. Ako su naponi skupljanja baš veliki, navar može i da se iščupa i otpadne od osnovnog materijala.
Takođe treba spomenuti da tvrdi navari i osnovni materijal imaju različite koeficijent linernog širenja, pa i to treba uzeti u obzir pri navarivanju.

Načini za izbegavanje deformacija su:
- predgrevanje: predgrevanjem se usporava brzina hlađenja a i smanjuje se temperaturna razlika osnovnog materijala (koji je hladan) i navara (koji iz vrelog rastopljenog stanja tokom hlađenja prelazi u čvrsto stanje, sve do temperature okoline).
Predgrevanjem se omogućava više vremena da se naponi skupljanja izjednače jer i navar i materijal se skupljaju jer se oboje hlade.
- razvijanje poprečnih prslina: već pomenuto, legure kod kojih se razvijaju prsline, na taj način ne povlače osnovni materijal već se one prilagođavaju obliku materijala time što svaka prslina predstavlja granicu nekog segmenta.
- Fixiranjem u stezne alate (ili privarivanje dva dela, leđa o leđa): Fiksiranjem u stezne alate, ili privarivanjem za masivnu tablu ili profil (šinu ili slično) se onemogućava deformisanje a materijal se svojom plastičnošću bori protiv zaostalih napona.
Čest slučaj je da se dva dela koja treba navariti, privare leđa o leđa i na taj način se poništavaju deformacije tj naponi.
- Prisilno krivljenje u suprotnu stranu: Ponekad se deo prisilno savije u suprotnu stranu od one na kojoj se navaruje. Naponi skupljanja vraćaju prethodno savijeni deo u nulti položaj.
- Kraće gusenice, povratni korak i plan navarivanja: Korišćenjem plana navarivanja, kraćim gusenicama, povratnim korakom se unosi manje toplote, a time i manje deformacije.

Kratke gusenice i povratni korak.

 

- Ponekad je moguće deformaciju ukloniti mašinskom obradom tj poravnavanjem, pri čemu se često mora navariti (najčešće istorodnim materijalom) suprotna strana dela.
- Ispravljanje na presi ili ispravljanje gasnim plamenom: Ako deo ima dobru plastičnost, predgrevanjem i stavljanjem u presu se može vratiti na željeni oblik ispravljanjem. Stari majstori su umeli da grejanjem određenih tačaka na delu i brzim hlađenjem vrate deo u prihvatljiv oblik.

 

 

9) Mešanje metala navara i osnovnog materijala


Često se postavlja pitanje: da li se sme „ovaj materijal“ navariti „onim“. Bojazan je opravdana naročito npr u slučaju ako je osnovni materijal nerđajući čelik ili visoko ugljenični čelik.

Pri navarivanju, luk ili plamen topi i metal elektrode ili žice kojima se navaruje ali i osnovni materijal. Ta dva rastopa se mešaju i ta smeša je „nešto između“ po svom hemijskom sastavu.
Takođe se postavlja pitanje legiranja osnovnog materijala na granici zone mešanja elementima iz navara i negativnog uticaja na recimo korozionu otpornost ili na žilavost ili slično.

U svakom slučaju, mešanje metala navara i osnovnog materijala mora biti pod kontrolom, a često se upravo zbog ovog razloga koristi „metalurški kompaktibilan“ tampon sloj jer bi se direktnim mešanjem osnovnog metala i tvrdog navara možda degradirao osnovni materijal a možda i sam navar.

 
Procenat mešanja = 100% x B / (A + B)
Mešanje treba da bude minimalno, tek toliko da postoji dovoljno uvarivanje za dobru vezu da se ne bi previše razblažio metal tvrdog navara.



Npr. 25% mešanja znači da se metal navara sastoji 25% od metala osnovnog materijala a 75% od metala elektrode/žice za navarivanje. To je recimo u prvom sloju.

Ako postoji i drugi sloj, (od iste legure, sa mešanjem od 25%), to znači da će taj drugi sloj sadržati 75% metala žice/elektrode za navarivanje a 25% metala od prvog sloja.
(ili drukčije rečeno taj drugi sloj će sadržati 0.25 x 0.25 = 6.25% osnovnog materijala, a 93.75% metala od elektrode/žice za tvrdo navarivanje).
(Ako ćemo da teramo do trećeg sloja, sa istom legurom i istim mešanjem od 25%, onda će treći sloj sadržati 1.56% osnovnog materijala a 98.44% metala od elektrode i žice).

Sada je jasnije zašto kataloški podaci o tvrdoći i otpornosti na habanje nisu ni blizu realnosti ako je navarivanje samo u jednom sloju sa klasičnim legurama. Kataloški podaci o tvrdoći se odnose na tvrdoću 6-tog sloja.
Teoretski, nikad se neće dostići 100% ali se praktično može smatrati da će treći sloj imati kataloške vrednosti.

 

U zavarivanju, čvrstoća spoja je određena penetracijom tj uvarivanjem tj mešanjem metala elektrode ili žice i osnovnog materijala.
Međutim u navarivanju nije uopšte potrebna velika penetracija i čvrstoća veze, dovoljno je da penetracija bude „taman“ zbog vezivanja, jer preterano mešanje će sasvim sigurno razblažiti metal navara jer su metal navara i osnovni materijal uglavnom potpuno različiti.
Preveliko mešanje može dovesti do potpunog razblaživanja i gubljenja otpornosti na habanje tvrdog navara.
Neiskusni često previđaju sledeću činjenicu. Gledaju katalog i smatraju da će podaci iz kataloga biti preslikani kada oni navare osnovni materijal i to u prvom sloju. To je velika greška, jer se u katalogu navode tipične vrednosti čistog navara (tvrdoća, hemijski sastav...) a to se postiže recimo navarivanjem na niskougljenični čelik recimo u 6 slojeva. Tek u tom 6-tom sloju nema negativnog uticaja tj razblaživanja od strane osnovnog materijala.
A sa druge strane, većina legura za navarivanje je namenjena za polaganje u max 2-3 sloja a osnovni materijal je retko nelegirani čelik, već često visoko ugljenični ili slično...
Iz tog razloga se mora prihvatiti da će konačni realni navar (u 2-gom ili 3-cem sloju) biti nešto „mekši“ tj manje otporan na habanje od kataloških vrednosti.
Dalje, većom amperažom (i voltažom) se postiže veća penetracija time i veće mešanje, pa se zato preporučuje da se navarivanje radi u donjem opsegu tj u opsegu nižih strujnih parametara. Time se postižu višestruki efekti (manje mešanje-manje razblaživanje a time veća tvrdoća i otpornost na habanje tvrdog navara..., manji unos toplote i degradacija osnovnih materijala osetljivih na unos toplote..., zbog manjeg unosa toplote-manje deformacije...).

Naravno i metalurzi su se pozabavili ovim problemom, razblaživanjem tvrdog navara usled mešanja i time primoravanjem da se navarivanje vrši u 2-3 sloja da bi se dobila otpornost na habanje bliska kataloškim vrednostima (što je možda mnogo i po debljini navara, i po unosu toplote i po ceni, i vremenu)... U metal navara se zato unose vrlo sitne čestice za koje se zna da će se ravnomerno rasporediti po celoj visini navara (pre svega se misli na bor). Neke takve legure, poštovanjem preporučenih strujnih parametara, već u prvom sloju postižu tvrdoću i otpornost na abraziju kao prema kataloškoj vrednosti.

Neke od preporuka za što manje mešanje tj što manju degradaciju i metala navara i osnovnog materijala su:
- Minimalni strujni parametri (amperaža i voltaža), jer je tada mešanje manje.
- Brzo vođenje elektrode ili žice,
- Predgrevanje bliže minimalnoj granici. Predgrevanje jeste korisno radi smanjenja deformacije, ali svako predgrevanje povećava stopu mešanja, pa se držati donje preporučene granice a ne gornje,
- Kada se navarivanje radi MIG/MAG-om, raditi sa „hladnijim gasovima“ i transferima.
(možda je sada jasnije zašto se preporučuje za neke punjene žice rad u Ar+2%O2 gasu, jer je to gas sa daleko manjom energijom plazme tj toplotom od recimo CO2 gasa ili Ar+18%CO2), (takođe je jasnije zašto se preporučuje rad u pulsu, jer je unos toplote i mešanje manje nego kod spreja), (i jasno je zašto su samozaštitne punjene žice toliko popularne, jer rade u režimu krupnokapljičastog transfera i time je unos toplote i mešanje manje nego kod spreja, a pri tome je veća stopa prštanja totalno nebitna-jer radi se o navarivanju a ne o zavarivanju tj spajanju i nepropusnosti i slično).
- Pravolinijsko vođenje ili sa minimalnim njihanjem daje manje mešanje nego široko njihanje (osim manjeg mešanja, usko vođenje unosi i manje toplote a time generiše manje deformacije i degradaciju materijala osetljivog na unos toplote).
- Broj slojeva. U svakom narednom sloju se smanjuje uticaj razblaživanja od strane osnovnog materijala, ali ipak treba biti razuman i držati se preporuka za navarivanje u 2-3 sloja ili koristiti skuplje borom legirane žice koje i u prvom sloju daju otpornost na habanje blisku kataloškim vrednostima.
- Navarivanje gasnim plamenom, zbog male toplote samog procesa, daje malo mešanje sa osnovnim materijalom. Zato se često recimo razne legure na bazi volfram karbida nanose gasnim plamenom.
- Već pominjani tampon sloj, može biti rešenje za probleme koji bi nastali mešanjem metala različitih koeficijenata skupljanja.

Na primer, u ASTM G65 testu, jedan uzorak je navaren karbidnom legurom Cr-C u jednom sloju a drugi tom istom legurom u dva sloja. Gubitak mase u prvom slučaju je bio 0.35 grama a u drugom 0.19 grama.

Uopšte nije na odmet još jednom ponoviti: Vrednosti tvrdoće, otpornosti na habanje, hemijski sastav itd iz kataloga se odnose na čist metal navara, koji se postiže u 6-tom sloju. U praksi se navarivanje izvodi tek u 1-2-3 sloja, pa se mora računati na drukčije najčešće nešto niže vrednosti.

Orijentacione vrednosti mešanja, tj uticaja osnovnog materijala tj razblaživanja na tvrdi navar:

- Gasno navarivanje: 5-10%,
- MIG/MAG sprej transfer: 25-35%,
- MIG/MAG transfer kratkim spojem: 10-15%,
- Samozaštitne žice: 15-30%,
- EPP: 30-40%,
- Obložena elektroda: 15-30%,
- Cevasta elektroda: 10-20%,
- Navarivanje trakom pod praškom: 7%

 

10) Unos toplote

Unos toplote = (napon x amperaža) / brzina vođenja luka.

Iz ove opšte formule, se vidi da je unos toplote veći što su veći amperaža, napon i što je pređeni put manji.
Ako se bavite zavarivanjem, verovatno znate da se na napon uglavnom ne može uticati mnogo (kod REL-a i TIG-a je napon vezan za amperažu prema onim formulama koje verovatno svi znate a kod MIG/MAG-a je neophodan za stabilan transfer).
Kada je u pitanju brzina vođenja, može se uticati samo na jedan način a to je izbegavati svako široko njihanje.
Sledi da se najviše može postići smanjenem amperaže tj transfera.

Veliki unos toplote negativno utiče na navarivanje jer što je veći, veće je mešanje i razblaživanje metala navara, veće su deformacije, veća je degradacija materijala (otpuštanje ili zakaljivanje), krajnja tvrdoća može biti manja od očekivane...
Kada se koriste volfram karbidne legure, mora se paziti da unos toplote ne bude preveliki da teški karbidi ne popadaju na dno rastopljenog metala a na vrhu da ostane meki čelik.
Zato se volfram karbid najčešće navaruje gasnim plamenom, cevastim elektrodama ili samozaštitnim žicama.

Primer može biti navarivanje nekog tipičnog vratila. Vratila su tipično napravljena od poboljšanog čelika. Što znači da u sebi sadrže dosta ugljenika (tj bolje rečeno ekvivalentnog ugljenika računajući i legirajuće elemente najčešće Cr i Mo...), i da su svoju površinsku tvrdoću i čvrstoću dobili kaljenjem i otpuštanjem na zadatu vrednost (to je termička obrada poboljšanjem).
Navarivanjem recimo pohabanog rukavca se unosi velika toplota i rezultat je da se vratilo otpušta tj omekšava tj gubi čvrstoću u širokoj zoni pored mesta navarivanja. Druga je stvar šta se dešava u ZUT-u i ispod navara.

 


11) Međuprolazna temperatura

Pri zavarivanju odgovornih delova, međuprolazna temperatura je jedna od suštinskih stvari i strogo se mora poštovati. Razlog za propisivanje i poštovanje međuprolazne temperature je sprečavanje štetnog uticaja vodonika kao i sprečavanje naglog hlađenja i time dobijanja tvrdih i krtih struktura.
U navarivanju je problem sličan.
Ako se navaruje visokougljenični čelik i ovde postoji problem sa vodonikom.
Dalje, ako se navaruje martenzitnom legurom koje svoju tvrdoću postižu hlađenjem na vazduhu posle navarivanja, potrebno je poštovati preporuke, da se ne bi dobile manje tvrdoće od željenih ili da se ne bi dobile veće tvrdoće.
Npr kod onog vratila, recimo da se navaruje nekom legurom čija je kataloška vrednost 350 HB a izabrana je  jer je obradiva strugarskim nožem, međutim ako nije poštovana neka potrebna međuprolazna temeperatura, može doći do velikog zakaljenja i možda se neće moći obraditi nožem.
Ili ako se navaruje legurom od 55 HRC može čak doći do tolikog zakaljenja navara da popuca.

Ili ako se navaruje u 2-3 sloja martenzitnom legurom, može se desiti da recimo kod prvog ili drugog sloja međuprolazna temperatura drastično padne i da se taj sloj zakali. Kada se nanese naredni sloj on će otpustiti tj jako omekšati taj prethodni sloj, pa će u eksploataciji da se desi da će samo taj zadnji sloj biti tvrd a ovi ispod će biti izloženi brzom habanju jer su meki.

U ove slučajeve ne spadaju karbidne legure jer one svoju tvrdoću dobijaju raspoređivanjem izuzetno tvrdih čestica (karbida) po zapremini navara.

Takođe, pri navarivanju manganskim legurama, potrebno je međuprolaznu temperaturu ograničiti na max 250C.

U navarivanju postoji gruba preporuka za međuprolaznu temperaturu kada se navaruje martenzitnom legurom.
Ako nema legirajućih elemenata u materijalu tvrdog navara međuprolazna temperatura treba da je oko 0.56 x (%C x 1000 - 32).
Npr ako legura kojom se navaruje ima 0.4%C sledi: 0.56 x (0.4 x 1000 – 32) = približno 200 C.

Ako ima legirajućih elemenata u osnovnom materijalu međuprolazna temperatura treba da je oko 0.56 x (%C x 1000 + 68).

Naravno da se radi o gruboj preporuci i da uvek treba konsultovati investitora, projektanta ili proizvođača materijala oko temperaturnog ciklusa.

Međuprolazna temperatura je vezana za temperaturu predgrevanja. Uopšte treba reći, da što osnovni materijal ima više ugljenika, to temperatura predgrevanja treba biti veća.
Takođe, ponekad se mora izvršiti naknadna termička obrada, najčešće odžarivanje za uklanjanje zaostalih napona. Ovo se naročito odnosi na vratila i osovine.



12) Navarivanje gusenica, „mustre“

Pri navarivanju, običaj je da se gusenice preklapaju za 1/3 do 1/2 da bi se sprečila pojava razlika u visini navara.

 


U prvom slučaju se dobija ujednačena površina, koja takođe omogućava manje skidanje materijala pre mašinske obrade. Običaj je da se preklapa 1/3 do 1/2 širine gusenice. Ako je širina gusenice velika zbog njihanja, onda se preklapanje izvodi tako da se dobije što je moguće manja udubljenja na preklapanjima.

 

U principu treba razmisliti da li je potrebno da se navari cela površina. Nekad jeste. Nekad nije. Nekad je dovoljno navariti deo totalno a drugi deo delimično.

Kompletno se navaruju one površine koje su okrugle (vratila, rolne...) ili su izložene teškim uslovima habanja.

Kada se ravna površina navaruje kontinualno, preporuka je gusenice polagati pod uglom od 90 stepeni u odnosu na smer kretanja abrazivnog materijala.

Smer navarivanja gusenica, po preporuci treba da je poprečan na pravac kretanja abrazivnog materijala da bi se izbeglo da abrazivni materijal napada udoline na dodiru gusenica, tj najtanji deo navara, koji ima onoliko koliko i gusenica a da bi se iskoristilo da u te udoline upadne abrazivni materijal i da on dalje štiti te udoline tako što na tim mestima abrazivni materijal prelazi preko abrazivnih zrnaca koje su se smestila u pomenute udoline.

 

U mnogim slučajevima, postoje zone koje nisu jako napadnute abrazijom ili udarima. Zato se one delimično pokrivaju tvrdim navarima.
Tipični primeri su:
U slučaju kada je npr uzrok habanja krupno kamenje, navarivanje se vrši u smeru kretanja tog kamenja, da bi ono moglo da se kliže po navaru, a da ne dođe do dodira sa osnovnim materijalom.

Deo izložen udarima i kotrljanju krupnog kamenja. Vidi se da je dno zuba navareno u potpunosti.

 

Deo izložen abrazivnom habanju sitnog materijala, peska na primer. Koristi se mehanizam da će se u ove razmake između navara gusto sabiti upravo pesak i da će abrazivni materijal prelaziti preko njega tj sami abrazivni pesak, sabijen u te razmake će štititi osnovni materijal. Uočiti da je je deo najviše napadnut abrazijom navaren kompletno, bez razmaka.

 

 

U slučaju da abrazija nije tako jaka, ali ipak je potrebna zaštita ili ako je materijal osetljiv na unos toplote (manganski čelik, sivi lv), koristi se navarivanje tačaka (prečnik tačke 10-20 mm, visina 5-10 mm), a razmak tačaka po potrebi, a nekako se u preporukama najčešće pominje 50 mm (a gušće tamo gde treba). Legura za navarivanje je ona po prema napadnom medijumu. Može biti anti abrazivna ili protiv udara ili jedna tačka ovakva a druga onakva.

U svakom slučaju, potrebno je napraviti tj prepoznati tj proceniti model habanja (koliko i kako utiču abrazija, udar...), zone habanja (kritične zone, srednje napadnute zone, malo napadnute zone), pa onda izabrati leguru, mustru... Pratiti habanje, a onda po potrebi koristiti jače i skuplje legure (ili slabije i jeftinije), koristiti gušće ili ređe mustre itd...

 

Razmišljanje o konačnoj površini navara

Na samom početku, pri sastavljanju tehnologije navarivanja se mora odmah jasno znati, da li navar ide na mašinsku obradu i koju (brušenje ili samo struganje ili poravnavanje ručnim brusilicama), da li ostaje netaknut, da li ide na termičku obradu, da li su dozvoljene poprečne prsline (na zaptivnim površinama sigurno nisu), da li je potrebno da budu sečene gasnim plamenom (nerđajući čelici i manganski materijali se ne mogu seći gasnim plamenom).

Neki se neprijatno iznenade kada shvate da su na kraju dobili nešto što nisu želeli.

 

13) Ekonomski aspekt navarivanja

Podrazumeva se da je najbitnije izabrati pravu leguru koja će najduže trajati a opet platiti je u nabavci što manje.

Međutim i kada se izabere prava legura, moguće je smanjiti troškove korišćenjem tj izborom najeekonomičnijeg procesa navarivanja.
A tu je najbitnija stvar (a i inače u zavarivanju uopšte) „stopa depozita“ tj „naplavljivost“ tj „nalivenih kg/h“...

*radi se o teoretskim (100%) naplavljivostima, uzeti u obzir intermitencu pogona i radnika (tj koliko vremena gori luk, koliko se vremena provede na pauzama i odmorima a koliko na pripremi)

 

Jasno je da i u samom procesu može da se napravi razlika, na primer nije isto raditi elektrodom 2.5 mm i 5 mm. Za istu leguru nije isto raditi elektrodom sa tankom oblogom i oblogom koja je jako debela tj u sebi ima puno metalnog praha (npr tanka elektroda ima recimo 5-15% metalnog praha u odnosu na žicu u jezgru ali recimo za navarivanje postoje elektrode koje imaju i 140% praha preko metala žice).

Dalje, za istu amperažu, kod punjenih žica i MIG/MAG žica, veći depozit će dati žica manjeg prečnika.

Ponekad je potrebno prilagoditi se postojećoj opremi, npr pomenute elektrode sa iskorišćenjem 240% (100% iz žice plus 140% iz obloge) zahtevaju 250A za prečnik 5.0 mm, što će reći da je za navarivanje ovim elektrodama potreban aparat sa intermitencom od recimo 60%@ 250A.

U svakom slučaju, naročitu pažnju treba skrenuti na punjene samozaštitne žice kao najjekonomičniji izbor.
Gotovo se sve prave u prečnicima 1.6 mm, 2.0 mm, 2.4 mm, 2.8 mm, 3.2 mm... (dosta njih i u 1.2 mm).
A prečnik 1.2 mm i 1.6 mm već može da prihvati svaki iole ozbiljniji MIG/MAG aparat. Zato su se one probile kao najčešće najekonomičnije rešenje za navarivanje. Ne treba im gas, parametri se mogu podešavati u širokom opsegu a sam izbor raznih legura je neverovatno velik (naročito kada je abrazija u pitanju. Neiskusan zavarivač će biti zbunjen koji tip da izabere kada ih ima za istu namenu po nekoliko vrlo sličnih).

REL navarivanje obloženom elektrodom se isplati kada se poseduje samo REL aparat a ne želi se ulagati u recimo MIG/MAG aparat. U principu smisleno je koristiti REL kada se treba nabaciti mala količina navara (malo kg), tj kada je vreme navarivanja kratko.

Takođe treba razmisliti, o primeni punjenih/cevastih elektroda, kada se traži mali unos toplote ili kada se mora navarivati u prisilnim položajima.
Punjene elektrode se prave tako da je u cevi od nelegiranog čelika ubačen prah (od elemenata koji prave karbide), a obloga se nanosi namakanjem i vrlo je tanka i ima smisao samo stabilizacije luka.
Recimo da cevasta elektroda prečnika 6 mm „radi“ na svega 80-100A. Jedan broj gotovih tvrdih karbida se samo iz praha uliva u tečni metal, tj ne vrši se njihovo „generisanje“ tokom zavarivanja. Ovo znači da se već u prvom sloju može očekivati velika makrotvrdoća i koncentracija tvrdih karbida po celom preseku, jer nema velikog mešanja sa osnovnim materijalom a pošto se gotovi karbidi usipaju u rastop, nema opasnosti da deo elemenata umesto u karbid ode u matricu ili šljaku ili neko neželjeno jedinjenje.
Zbog ovoga i zbog malog unosa toplote, mogu se koristiti direktno na visokougljenične čelike, pa i na sivi liv.
Ove elektrode ne daju šljaku, pa im je iskorišćenje preko 90%.
Nažalost cena punjenih/cevastih elektroda je još uvek 2-3 puta veća od iste klasične obložene elektrode, a naravno i naplavljivost (depozit kg/h) je mali, pa ih to sprečava da postanu popularnije.

Ako je navarivanje svakodnevan posao, ako je bitno da se što pre deo navari da bi se vratio u eksploataciju, onda se preporučuje prelazak na produktivniji MIG/MAG proces pre svega punjenim samozaštitnim žicama.

TIG proces u navarivanju najčešće nalazi svoje mesto u preciznim navarivanjima alata.



14) Oprema / aparati koji se koriste u navarivanju

Najčešće se koriste REL aparati (za elektrode) i MIG/MAG aparati.
EPP već predstavlja visoko ulaganje i koriste ga samo specijalizovane firme, a TIG je opet spor i skup proces i unosi previše toplote.
Kada je REL navarivanje u pitanju, treba spomenuti da su mnoge elektrode za navarivanje, pre svega karbidni tipovi, sa iskorišćenjem 150-250% (100% metala dolazi iz žice plus 50-150% iz obloge) Tako recimo elektrode sa iskorišćenjem 240%, prečnika 5.0 mm, zahtevaju i svih 250A pri navarivanju na debeo komad. Ako se uzme da je radni ciklus navarivanja veći od onog kod zavarivanja (jer šljake gotovo da nema, nema bojazni od malih grešaka pri nalivanju) može se reći da je intermitenca navarivača tada oko 50%, što će reći da je, uz neku rezervu snage aparata za navarivanje, ovim elektrodama potreban aparat sa intermitencom od 60%@ 250A.

Kada su u pitanju MIG/MAG aparati, za bilo kakvo ozbiljno svakodnevno navarivanje sa punjenim samozaštitnim žicama se mora minimalno imati aparat sa intermitencom 100%@300A i pri tome se zadovoljiti navarivanjem samo žicom 1.2 mm. Ako se želi koristiti žica 1.6 mm, aparat mora biti minimalno 100%@350A. Pri tome treba napomenuti da punjene žice imaju tanak zid cevi koja je punjena prahom, pa je za njihovo guranje potreban dodavač sa 4 točkića sa zupcima, baš za punjenu žicu. Pošto se radi sa velikim strujama, poželjno (pre bi se moglo reći da mora) je da aparat ima vodeno hlađenje. Inače, pištolji (zajedno sa polikablom) koji su sposobni da izdrže tolike amperaže su jako teški i zavarivač ne može da ih drži dugo.

Inače, realno jedini način rada sa takvim teškim vazdušno hlađenim pištolj-macolom je da se pored i više sebe stavi neka prečka, polikabl se prebaci preko prečke, pištolj visi, a onda ga zavarivač pomera tokom zavarivanja. Ili, to isto samo polikabl prebaciti preko ramena.

 

Ovde se vide normativi za navarivanje samozaštitnim punjenom žicom (Cr-C tip), prečnika 1.2 mm i 1.6 mm na MIG/MAG aparatima. Žica je Oerlikon Fluxodur 62-O.

Verovatno ste pročitali i razumeli da se na MIG/MAG aparatima ne podešava amperaža (već napon i brzina žice) i zato su ovi dijagrami izraženi prema brzini žice i naponu.
Ako niste, obavezno pročitajte (http://svetzavarivanja.rs/znanje-o-zavarivanju/co2-zavarivanje-mig-mag-zavarivanje).
Znači, amperaža je rezultat... tipa žice, prečnika žice, prepusta žice (ovde 30-35 mm) i brzine žice.

Ako krenemo da zavarivač može da kontroliše brzine žice do 12-13 m/min, a preko toga je ipak za mehanizovano zavarivanje, ispada da se sa žicom (konkretno ovom) 1.2 mm može efikasno navarivati sa 250-260A i očekivati nabacivanje oko 4 kg/h (teoretski-100%, a zbog pauza i odmora zavarivača to je u praksi oko 2.0-3 kg/h).
Sa žicom 1.6 mm, može se ručno efikasno zavarivati do 350-400A, što znaći naplavljivost od 9-11 kg/h (teoretski, u praksi zbog odmora zavarivača, pauza itd to je oko oko 4.5-7.5 kg/h).

Ovde prikazani normativi su prilično korektni i korisni i mogu se primeniti na bilo koju punjenu žicu Cr-C tipa ovih prečnika.

Odavde sledi da  aparat, ako se želi zadržati  na 1.2 mm žici treba da bude minimalno 100%@300A a za 1.6 mm 100%@350A. Naravno, poželjno vodeno hlađen.

 

Treba napomenuti da se u praksi teško nalaze aparati sa dodavačima u kojima su točkići veći od 2.4 mm. Zato za one koji žele da rade sa 2.8 mm i 3.2 mm žicama, postoji rešenje ovog tipa: koristi se jak REL aparat  a dodavač je specijalan i prilagođen CC izvoru struje.
Inače na tim amperažama preko 300A, napon i CC i CV izvora struje je prilično blizak i zato su strujni parametri CC aparata (tj REL aparata) sasvim OK za samozaštitne punjene žice za navarivanje.

(Verovatno mnogi znaju a za onih par koji ne znaju, testni parametri MIG/MAG zavarivanja tj CV izvora struje su V = 14 + 0.05 x I, tj na 350 A, napon MIG/MAG aparata bi trebao da bude 31.5 V. S obzirom da se na MIG/MAG aparatima napon podešava posebno, nije nikakav problem podesiti 33-34V kako je recimo preporučeno za žicu 1.6 mm na amperaži od 350 A.
Teoretski parametri CC izvora struje tj REL aparata su V = 20 + 0.04 x I, tj na 350 A to je 34 V što je baš i preporučeno za žicu 1.6 mm ovog tipa).

 

Šema povezivanja REL aparata i dodavača za navarivanje koji prihvata CC izvor struje.
Dodavač može gurati samozaštitne žice 1.6 mm – 2.0 mm - 2.4 mm - 2.8 mm – 3.2 mm.

 

Izgled dodavača Sudokej PA 2000 koji se kači na REL aparat. Na dodavač ide vazdušno hlađen pištolj.
Težina 40 kg, ograničenje OCV = 70 V.

 

Jedna od mogućih kombinacija za one koji žele da rade sa 2.8 mm i 3.2 mm punjenim samozaštitnim žicama za navarivanje (mrgud od REL aparata plus dodavač za CC izvor struje i vazdušno hlađeni pištolj 500A).

HELVI UNISTICK 610C je REL aparat koji je težak 281 kg, sa intermitencama 60%@600A i 100%@465A, namenjen za najsurovije uslove rada u rudnicima, kopovima, brodogradilištima...

Ko želi može izabrati veći HELVI UNISTICK 810C koji je težak 312 kg, sa intermitencama 60%@670A i 100%@500A.

Sa ovim REL aparatom se može raditi odstranjivanje metala grafitnim elektrodama, zavarivanja bilo kojim elektrodama bilo kojim prečnikom, a ako se nakači pomenuti dodavač, i navarivanje punjenim samozaštitnim žicama bilo kog prečnika (1.6-2.0-2.4-2.8-3.2 mm).
Česta kombinacija u rudarskim kopovima i sličnim firmama.

 

Kada se navarivanje radi MIG/MAG postupkom uočiti izbor transfera. Jer, kod navarivanja nije potrebna duboka penetracija, potrebno je neko optimalno mešanje, da bi se izbeglo razblaživanje tvrde formacije.

Zavarivanje kratkim spojem se vrši retko, uglavnom radi zadovoljenja geometrije, ali paziti da li unos toplote dovoljan za sigurno uvarivanje, u tom smislu ga ograničiti na sitne delove (koji ne odvlače toplotu) ili koristiti predgrevanje.

Često se za MAG žice za navarivanje preporučuje korišćenje gasa Ar+O2, jer je to gas kojim se postiže sprej na najnižim mogućim parametrima.

Takođe, samozaštitne žice rade u krupnokapljičastom prenosu, prosto u ovom slučaju je taj transfer poželjan zbog manjeg unosa tolote i manjeg mešanja od sprej transfera. Punjene žice ovog tipa se uglavnom uvek prave od trake, koja se tokom procesa proizvodnje savija u U oblik, u taj U oblik se uliva prah i traka se savija u krug, zatvara (slično kao kada se mota cigareta).
Cev je tanka, slaba i krta, tj lako se lomi, zato je najbolje u dodavaču imati 4 točkića, narebrena tj nazubljena za perfektno guranje žice.

 

U svakom slučaju, pomiriti se nešto povećanim prštanjem (ipak se radi sa velikim strujnim parametrima u krupnokapljičastom transferu), obavezno koristiti dobre rukavice zaštićene aluminijumom, i dodatnim štitnikom, raditi ili napolju ili sa perfektnim usisavanjem dimova, eventualnu sa maskom sa dovodom svežeg vazduha.

I da, kada se radi sa samozaštitnom žicom, ako nemate specijalni pištolj, slobodno skinite šobu, ne služi ničemu, samo smeta, a prepust žice držati po preporuci proizvođača, a preporuka je 25-40 mm (baš mnogo duže nego sa običnom žicom).

Slobodno nam se obratite za najbolju punjenu žicu za Vaš problem, i pomoć oko njenih parametara zavarivanja.

 



15) Standardi za elektrode i žice za zavarivanje

Treba biti iskren pa reći da je stari DIN 8555 koji je opisivao legure za navarivanje bio izuzetno dobar za opis i razumevanje raznih tipova legura za navarivanje. Ipak zamenio ga je EN ISO 14700, koji je usvojen i kod nas kao SRPS EN ISO 14700. Nije loš, čak je odličan za dobre poznavaoce, metalurge i inženjere, ali će možda biti komplikovan za opštu populaciju.

Evo izvoda iz standarda EN 14700.

Za početak simboli vrste proizvoda:

 

A evo i simbola za tip legure:

 

Znači, ako se nešto klasifikuje kao „EN 14700: T Fe 15“, to znači da je u pitanju punjena žica (T), a sami pogledajte hemijski sastav legure Fe 15 iz gornje tabele (očigledno hrom karbidna ili (Cr+Nb)/C legura).

Tabela koja ilustruje grube preporuke primene raznih legura:

*b = pravac dejstva habanja

 

Ovu tabelu prihvatiti vrlo uslovno.



16) Anti abrazivne ploče


Svi koji su navarivali ravne ploče, iskusili su veliko krivljenje. U tim slučajevima je najekonomičnije rešenje iskoristiti gotove navarene anti-abrazivne ploče. Navar je od podesne karbidne legure, nanet na ploču od običnog čelika (tipa Č.0361).
Navar se ne može seći gasnim plamenom već recimo plazmom. Ploče se šrafe na mesta zaštite ili se plazmom iseku prorezi ili rupe i kroz njih se ploča privari na deo koji se štiti. Zadnji sloj ili par njih preko mesta spajanja se navare karbidnom elektrodom ili žicom.

Same ploče se mogu savijati prema  potrebi a mogu se napraviti tako da štite cevi sa unutrašnje strane.

Inače ploče se prave tako što se vrši navarivanje EPP postupkom ili punjenim žicama preko ploča od običnog čelika u klasi Č.0361. Navarivanje se vrši u 2-3 sloja da bi se dobio što manje razblažen navar. Naravno posle navarivanja takva ploča se deformiše, recimo bude zvonasta. Zato kasnije ide pod valjke koji je ravnaju.
(Nekad se tvrda formacija nanosi i metalizacijom).

Treba uočiti da nisu sve ploče iste.
Recimo kada se radi sa EPP postupkom, žica je od običnog nelegiranog čelika a prah od fero-hroma. U praksi se dešava da deo fero-hroma ne ode u karbide već bude uključak u metalu navara. Zato su ploče dobijene EPP postupkom jeftinije i zato su ploče dobijene navarivanjem punjenim žicama otpornije na habanje.
Dalje, postoji i trik sa zonom mešanja. Dešava se da se krajnjem korisniku pokaže ploča sa tri navarena sloja. Međutim, „prvi sloj“ u stvari i nije sloj već zona mešanja stvarnog prvog sloja sa osnovom.
Takođe, nisu sve karbidne legure za navarivanje ovih ploča iste. Neke imaju 27%Cr, neke 30%, neke 32%, neke 34%...

Nadam se da je malo jasnije da nisu sve anti-abrazivne ploče iste, da postoje i „bolje i skuplje“ i „lošije jeftinije“, da postoje i trikovi za netačno predstavljanje ne bi li se neupućenom lošije prodale kao skuplje...

 

 

Za više informacija o ovim antiabrazivnim pločama, slobodno nas kontaktirajte.
Nudimo samo proverene i odlične, nikako one sa minimalnim sadržajem karbida, sa uključcima ferohroma i naravno, jasno je šta je zona mešanja a šta je navareni sloj.



17) Neki tipični primeri delova koji se često navaruju

Ovi delovi predstavljaju školske primere navarivanja.

Ponekad, postoji mogućnost uspešne sanacije jednog dela na nekoliko načina.
Ponekad se isti deo haba na različite načine, pa ono što je npr uspešno rešenje na jednom mestu, nije na drugom (npr puževi u ciglanama, trpe pre svega tešku abraziju. Ali glina nije ista u svim ciglanama. Negde sadrži baš mnogo abrazivnog peska a negde ne. Tamo gde ne sadrži, dovoljno je navarivanje odraditi jeftinijim karbidnim legurama, a tamo gde sadrži, se mora ići na najotpornije anti abrazivne žice, bez obzira na višu cenu).

Dalje, pri sanaciji se može uvek uzeti „skupa“ legura koja će dati dobar rezultat, ali se može i naći neki optimum. Takođe, nekada je najbolji kompromis deo izložen najvećem habanju navariti recimo volfram-karbidnom (skupom) legurom, zone manjeg habanja navariti hrom-karbidnom legurom.
Ima stvarno mnogo mogućih varijacija na temu uspešne reparature a da je ekonomski opravdana.

Primer delova građevinske mašine koje je lako reparirati, mnoge od njih navarivanjem.

 

Osovine se svakodnevno navaruju, sa više ili manje uspeha (nekad se navar odvoji, nekad popuca odmah ili vratilo pukne u radu, nekad se navar zakali da se ne može obraditi...).
Uglavnom se vratila i osovine prave od visokougljeničnog čelika za poboljšanje kao npr Č.4732 ili Č.1530, pa za najbolji rezultat treba izabrati mašinski obradivu leguru a opet tehnologiju zavarivanja i izbor legure za navarivanje prilagoditi osnovnom materijalu.

 

Za uspešnu reparaturu ovih delova postoji nekoliko rešenja (delovi rudarsko/građevinske mehanizacije)

 

Čeljusne drobilice se prave od manganskog čelika. Takođe postoji nekoliko načina reparature. Na zadnjoj slici se vidi da je u sredinu postavljena neka šipka da bi se smanjilo navarivanje. Vidi se da je običaj koristiti 2 tipa legure, jedan kao tampon sloj i eventalno build-up, i na kraju odgovarajuća tvrda formacija. Navarivanje prema skici u sredini se vrši kada je trouglasto izbočenje mnogo pojedeno, a prva skica kada je habanje malo.

 

Čekići drobilica, školski primer navarivanja.

 

 

 

 

Puževi u ciglarskoj industriji

 

 

Skretnice na železnici

 

 

Uspešna reparatura zubaca zupčanika se zasniva na poznavanju razloga njihovog habanja.
Ovaj model habanja nije opisan ovde kao ni najbolja legura za reparaturu.
Ne može baš sve da se stigne da se potanko opiše.

 

Kašike rotornih bagera (glodara) na površinskim kopovima. Kombinovano dejstvo ekstremne abrazije i jakih udara.

 

 

 

Kašika dreglajna (kod nas zvanog eš), tj mašine zahvatanje zemlje ili mulja bacanjem kašike. Čest slučaj navarivanja velikih količina metala, i često na licu mesta.

 

 

Sami procenite model habanja (abrazija, udar, pritisak...) i odaberite leguru za borbu protiv habanja.

Procenite da li Vam trebaju tampon slojevi i build-up slojevi i neka budu kompaktibilni i sa osnovnim materijalom i tvrdom formacijom.

Tehnologiju navarivanja prilagoditi i osnovnom materijalu ali i tvrdoj formaciji i tampon slojevima.



18) ZA KRAJ

Navarivanjem se često bave ljudi, po struci rudari, poljoprivrednici, bravari itd, a retko mašinci i metalurzi.

Već je rečeno da često neupućeni biraju leguru za navarivanje prema makrotvrdoći i ceni., nekada po principu „daj najjeftiniju od 60HRC“, iako je već objašnjeno da to ne može biti način za  izbor.

Takođe je u ovoj oblasti, često prisutno rešavanje problema „prema slici“, „prema opisu u katalogu“ ili „prema preporuci prodavca“ a ne prema struci i nauci.
Naime, dešava se da se u nekim katalozima elektroda ili žica za navarivanje, umesto hemijskog sastava, klasifikacije prema standardu, samo postave slike nekog dela koji se navaruje, ili samo opis npr. „...ova elektroda/žica je superiorno rešenje za extremno habanje zadnjeg desnog točka teške građevinske mašine koja radi u najsurovijim uslovima rada...“... (sa naročitim naglaskom na superiorno, extremno, surovo, teško...).
Znači, ako u katalogu nema slikice dela koji se navaruje, ili ako treba rešiti problem prednjeg levog točka građevinske mašine, onda pomoći nema, sve dok neki marketinški stručnjak ne skicira i levi prednji točak ili ga opisno ne doda u katalog.

Takođe se može često videti u katalozima preterivanje u hemijskim sastavima ili tvrdoćama, pri opisu pojedinih legura (npr 8-10%C + 45%Cr itd), što je metalurški besmisleno. Kada su karbidne legure u pitanju, besmisleno je uvoditi više od 5.5% C u metal navara. Jer inače, sve preko toga, odlazi u šljaku i/ili odlazi u matricu koja postaje toliko krta da puca pri najmanjem udaru i nema nikakvo svojstvo „lepka“ tj veziva tvrdih karbida. Ali, još jednom, često korisnici nisu metalurški obrazovani, pa progutaju marketinške trikove tj laži o hemijskom sastavu ili tvrdoći a ponekad po principu „Stokholmskog sindroma“ sami postaju branitelji netačnih specifikacija.

U stvari, najčešće se i radi o tome da neki „brendovi“ prepakuju elektrode ili žice originalnih proizvođača, sakriju pravi hemijski sastav ili ga predstave na netačan preteran način i jednu te istu žicu ili elektrodu prodaju po par puta većoj ceni od realne koristeći neznanje krajnjeg korisnika.

Ovaj text je imao nameru da Vam na prost način približi rešenje problema navarivanja ali sa prave tj sa stručne strane. Nadam se da ste ga razumeli a ako niste, slobodno se obratite za pojašnjenje.

A u slučaju da su Vam potrebne elektrode ili žice za navarivanje kada je u pitanju Vaš konkretan problem, slobodno se takođe obratite, jer Vam možemo ponuditi najbolje i najfinije žice i elektrode proizvođača iz Evrope kao i pomoć pri izboru a takođe i aparate za zavarivanje, u ovom slučaju za navarivanje.