Správně zvolený tvrdonávar není ten nejtvrdší, ale ten, který odpovídá skutečnému způsobu opotřebení.

Tvrdonávar je technologie povrchového navařování, při které se na základní materiál vytvoří vrstva svarového kovu s požadovanými vlastnostmi – především vysokou tvrdostí, odolností proti opotřebení, rázovou houževnatostí nebo odolností vůči vysoké teplotě.

Správně zvolená elektroda pro tvrdonávar umožňuje renovovat opotřebované strojní součásti, obnovit jejich pracovní rozměry a současně vytvořit povrch výrazně odolnější než původní materiál.

V nabídce CHEM-WELD najdete návarové elektrody pro různé mechanismy opotřebení – od houževnatých manganových návarů přes elektrody s karbidy chromu a vanadu až po speciální wolfram-karbidové a kobaltové návary. Výběr proto není vhodné provádět pouze podle hodnoty tvrdosti v HRC. Rozhodující je především způsob namáhání součásti.

Co je tvrdonávar a proč se používá?

Při tvrdonávaru se na povrch základního materiálu navaří speciální přídavný materiál. Výsledkem je návarová vrstva, která má jiné mechanické a tribologické vlastnosti než základní materiál.

Tvrdonávar se používá dvěma základními způsoby:

Renovace opotřebované součásti

Opotřebovaný díl lze navařením obnovit na původní nebo požadovaný rozměr. 

Preventivní ochrana nového dílu

Tvrdonávar nemusí být pouze opravárenskou technologií. Na nové součásti lze navařit vrstvu odolného materiálu v místech, která budou během provozu nejvíce namáhána. Tím lze prodloužit servisní interval a snížit rychlost opotřebení.

Nejdříve určete opotřebení

Při výběru návarové elektrody je nejčastější chybou zaměřit se pouze na údaj „tvrdost“. 

Vysoká tvrdost sama o sobě neznamená, že je návar vhodný pro konkrétní aplikaci.

V praxi je potřeba rozlišit především způsob opotřebení:

abrazivní - rázové - adhezivní - kavitační - vysoká teplota - únavové - kombinované namáhání

Tento mechanismus je jedním z hlavních údajů, podle kterého se volí chemické složení návaru, typ matrice a přítomnost tvrdých fází, například karbidů.

Abrazivní opotřebení – písek, zemina, kámen

Abrazivní opotřebení vzniká při kontaktu povrchu s tvrdými částicemi, které do materiálu mechanicky pronikají nebo jej postupně obrušují.

Typickým příkladem je pohyb:

• písku,
• zeminy,
• štěrku,
• kameniva,
• rudy,
• cementových směsí

 po kovovém povrchu. 

Právě zde mají velký význam návary obsahující karbidy. 

Karbidy jsou velmi tvrdé částice rozptýlené v kovové matrici. Fungují jako „tvrdé výztuže“ návarové vrstvy a výrazně zvyšují její odolnost proti abrazi.

Typické aplikace

• pluhová ostří,
• radlice,
• lopatky míchačů,
• šneky,
• dopravníky,
• čerpadla a pumpy pro abrazivní směsi,
• bagrové zuby,
• drticí a třídicí zařízení,
• pracovní části zemědělských strojů.

Pro tento typ opotřebení jsou vhodné např. elektrody CHEM-WELD 3110, 3200, 3835, 3823 a 3810, přičemž každá má jiné vlastnosti a oblast použití.

Rázové opotřebení 

Rázové opotřebení vzniká při opakovaných nárazech, úderech nebo dynamickém zatížení.

Typickým příkladem jsou:

• drtiče,
• kladivové mlýny,
• kladiva,
• bagrové zuby,
• bourací nástroje,
• kovadliny,
• drticí válce.

Zde je nutné kombinovat tvrdost s houževnatostí.

Příliš tvrdý, ale křehký návar může při intenzivních rázech praskat nebo se vydrolovat.

Pro tyto aplikace je vhodná například CHEM-WELD 3220, jejíž svarový kov kombinuje vysokou tvrdost s vysokou houževnatostí a odolností proti rázům. Typické použití - bagrové zuby, radlice, kladiva, kladivové vrtáky, drtiče a míchací stroje.

Důležitý princip:

Vysoká tvrdost ≠ automaticky vysoká odolnost proti rázům.

U rázově namáhaných součástí může být vhodnější návar s nižší tvrdostí, ale výrazně vyšší houževnatostí.

Manganové oceli – samovytvrzující návar

Specifickou skupinu představují návary na austenitické manganové oceli.

Typickou vlastností těchto materiálů je deformační vytvrzování neboli samovytvrzení.

Po navaření může mít materiál relativně nízkou tvrdost a být dobře opracovatelný. Působením rázů a plastické deformace během provozu však dochází k výraznému zvýšení tvrdosti povrchové vrstvy.

Příkladem je CHEM-WELD 3700. Svarový kov je plně austenitická Mn-Cr slitina s vysokou houževnatostí a odolností proti tlakům a rázům. Po provozním zatížení může dojít k samovytvrzení až přibližně na 52 HRC.

Tento princip je výhodný zejména tam, kde je součást vystavena současně vysokému tlaku + opakovaným rázům + deformaci.
Typickým příkladem jsou kladiva, či kolejnice.

Adhezivní opotřebení (kov-kov)

Jiným mechanismem je opotřebení, při kterém se vzájemně dotýkají dva kovové povrchy.

Může docházet k adhezivnímu opotřebení, zadírání, otěru, plastické deformaci, i únavovému poškození povrchu.

V takových případech nemusí být optimálním řešením extrémně tvrdý karbidický návar určený pro abrazivní prostředí.

Volba materiálu závisí na rychlosti pohybu, kontaktním tlaku, mazání, teplotě a typu základních materiálů.

Kavitační opotřebení (voda - kov)

Kavitační opotřebení patří mezi závažné formy poškození kovových součástí, které pracují v proudící kapalině. Typicky se objevuje na lodních šroubech, čerpadlech, ventilech, turbínách a dalších hydraulických zařízeních. Opakované působení těchto rázů může vést k důlkování, erozi a postupnému úbytku materiálu. Povrch se nejprve zdrsňuje a při dlouhodobém působení kavitace může dojít k výraznému poškození nebo deformaci součásti. 

Elektroda CHEM-WELD 902 představuje vhodné řešení pro opravy a renovace součástí, u kterých je požadována odolnost proti kavitaci, erozi a působení vody.

Vysoké teploty – když se mění vlastnosti návaru

Dalším významným parametrem je provozní teplota.

Tvrdost návaru se může s rostoucí teplotou výrazně měnit. Materiál, který je při pokojové teplotě velmi tvrdý, nemusí mít stejné vlastnosti při několika stovkách °C. Pro vysokoteplotní aplikace jsou proto určeny speciální slitiny.

Například CHEM-WELD 3823 vytváří návar s tvrdostí přibližně 60–64 HRC a je určen pro provozní teploty až do 650 °C. Obsahuje mimo jiné karbidotvorné prvky Cr, Mo, V a Nb. Používá se například v cementárnách, cihelnách a vysokých pecích.

Pro ještě odlišnější vysokoteplotní aplikace se používají kobaltové slitiny typu Stellite.

CHEM-WELD 3406 je elektroda typu Stellite 6, určená pro aplikace, kde se kombinuje odolnost proti teplu, opotřebení, korozi a rázům. Její tvrdost je přibližně 45 HRC při 20 °C, ale návar si zachovává použitelné mechanické vlastnosti i při vysokých teplotách.

Karbidy v tvrdonávarech: proč jsou tak důležité?

V tvrdonávarech se používají různé typy karbidů. Jednotlivé karbidy se liší tvrdostí, tepelnou stabilitou, velikostí a morfologií částic i jejich chováním v kovové matrici.

Karbid chromu

Je typický pro návary určené k vysoké odolnosti proti abrazivnímu opotřebení.

Karbid vanadu

Vytváří velmi tvrdé karbidické fáze a používá se například v návarech typu CHEM-WELD 3110, kde jsou ve svarovém kovu přítomny karbidy chromu, niobu, wolframu a vanadu.

Karbid wolframu

Patří mezi nejtvrdší běžně používané karbidické fáze. CHEM-WELD 3810 obsahuje přibližně 52 % WC a 12 % Cr a dosahuje tvrdosti přibližně 65–70 HRC. Je určena především pro intenzivní abrazivní opotřebení při nízkém působení rázů.

Proč má matrice návaru stejně důležitou roli jako karbidy?

Samotné karbidy nejsou jediným parametrem. Tvrdé částice jsou obklopeny tzv. matricí, tedy základní kovovou fází návaru. Matrice musí držet tvrdé částice v návaru, přenášet mechanické zatížení, odolávat praskání a zajistit odpovídající houževnatost. Při velmi abrazivním zatížení může být výhodná vysoká koncentrace tvrdých karbidických fází. Při intenzivních rázech je naopak důležitá houževnatější matrice.

Proto nelze elektrody pro tvrdonávary porovnávat pouze podle HRC.

Tvrdost HRC vs. odolnost proti opotřebení

Tvrdost se často používá jako rychlý orientační údaj.

Například v nabídce CHEM-WELD najdeme návary přibližně od 45 HRC až po 70 HRC. 

To ale neznamená, že elektroda 70 HRC bude vždy odolnější než elektroda 55 HRC.

Příklad:

Elektroda A – 70 HRC
velmi tvrdý návar, vysoká odolnost proti abrazi, nízká tolerance k intenzivním rázům.

Elektroda B – 55–58 HRC
nižší tvrdost, ale výrazně vyšší houževnatost a odolnost proti rázovému zatížení.

Pokud stejný návar použijete na dvě různé namáhané součásti, může být výsledek úplně opačný.

Jak vybrat správnou elektrodu pro tvrdonávar?

Před výběrem si položte těchto šest otázek:

1. Co se opotřebovává?

Určete druh materiálu - ocel, litina, manganová ocel, nástrojová ocel nebo jiný materiál?

2. Čím se povrch opotřebovává?

Zemina, písek, kámen, kov, beton, dřevo nebo jiný materiál?

3. Jaký typ zatížení převládá?

Abrazivní → tvrdé karbidické návary.

Rázové → houževnatější návary.

Tlakové → materiály odolné proti deformaci.

Kov–kov → vhodná tribologická kombinace tvrdosti a houževnatosti.

4. Jaká je provozní teplota?

Pokud teplota překračuje běžné provozní podmínky, je nutné posuzovat i žárupevnost a stabilitu mikrostruktury návaru.

5. Je součást vystavena rázům?

Pokud ano, nepoužívejte automaticky nejtvrdší dostupnou elektrodu.

6. Potřebujete jednu nebo více vrstev?

U některých elektrod se výsledné tvrdosti dosahuje až po několika vrstvách.
Jiné speciální trubičkové elektrody dosahují vysoké tvrdosti už v první vrstvě.
Některé kombinace základního materiálu a návarové elektrody potřebují podkladovou vrstvu z houževnatější oceli (poduškování).

Trubičkové elektrody: vysoká tvrdost v první vrstvě

Speciální skupinou jsou trubičkové návarové elektrody.

Principem je omezení promísení návarového materiálu se základním kovem. Díky nízkým svařovacím proudům lze dosáhnout vysokého podílu návarového materiálu a požadovaných vlastností již v první vrstvě.

Například CHEM-WELD 3810 dosahuje tvrdosti 65–70 HRC již v první vrstvě. U elektrody 3823 je tvrdost přibližně 60–64 HRC.

Výhodou může být také vysoká výtěžnost návarového materiálu a menší množství potřebných vrstev.

To je důležité zejména u rozsáhlých návarů, kde spotřeba přídavného materiálu výrazně ovlivňuje ekonomiku opravy.

Rychlý výběr podle způsobu použití

Potřebujete maximální odolnost proti abrazi?

Zvažte CHEM-WELD 3810 s karbidy wolframu nebo CHEM-WELD 3110 s karbidy chromu a vanadu.

Zařízení je namáháno silnými údery?

Vhodnější může být CHEM-WELD 3220 nebo houževnatý samovytvrzující návar CHEM-WELD 3700.

Potřebujete odolnost proti abrazi při vysoké teplotě?

Vhodnou volbou může být CHEM-WELD 3823, která je určena pro teploty až do 650 °C.

Potřebujete kombinaci odolnosti proti teplu, korozi a opotřebení?

Pro specifické vysokoteplotní aplikace je určena kobaltová elektroda CHEM-WELD 3406 Stellite 6.

Tvrdonávar jako způsob prodloužení životnosti strojů

Správně zvolený tvrdonávar může významně prodloužit životnost opotřebovávaných součástí. Výsledkem může být méně odstávek, nižší spotřeba náhradních dílů, prodloužení servisních intervalů, renovace drahých součástí, obnovení pracovních rozměrů, ochrana nových dílů před opotřebením, snížení celkových provozních nákladů.

Nejdůležitější však není vybrat nejtvrdší elektrodu, ale vybrat správný návarový materiál pro konkrétní mechanismus opotřebení.

Tvrdonávar není pouze o tvrdosti. Správná kombinace matrice, karbidické fáze, houževnatosti a provozních vlastností rozhoduje o životnosti návaru.

Právě proto se jednotlivé návarové elektrody liší.

CHEM-WELD 3110 je specialistou na abrazivní opotřebení kluzem a vysokou tvrdost, ale není určena pro rázy.

CHEM-WELD 3200 kombinuje karbidickou odolnost proti abrazi s odolností proti rázům.

CHEM-WELD 3220 staví především na kombinaci tvrdosti a vysoké houževnatosti při rázovém zatížení.

CHEM-WELD 3810 představuje řešení pro velmi intenzivní abrazivní opotřebení při nízkém působení rázů a dosahuje tvrdosti až 70 HRC.

CHEM-WELD 3700 využívá princip pracovního vytvrzení manganového návaru.

CHEM-WELD 3300 je určena především pro řezné hrany a nástroje, kde je důležitá kombinace tvrdosti, houževnatosti, odolnosti proti tlaku a teplotním rázům.

CHEM-WELD 3823 je určena pro abrazivně namáhané součásti pracující při zvýšené teplotě.

Potřebujete poradit s výběrem návarové elektrody?

Popište nám:

1. Jaký díl navařujete
2. Z jakého materiálu je vyroben
3. Co jej při provozu opotřebovává
4. Zda dochází k rázům
5. Přibližnou provozní teplotu
6. Jaké jsou možnosti svařování

Podle těchto údajů lze určit, zda je vhodnější houževnatý návar, karbidický návar, wolfram-karbidový návar, manganový samovytvrzující návar nebo speciální vysokoteplotní slitina.

Správně zvolený tvrdonávar není ten nejtvrdší, ale ten, který odpovídá skutečnému způsobu opotřebení.