ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПОКРЫТИЯ ИЗ КАРБИДОСТАЛЕЙ Р6М5+TIC+TIN Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

(Продолжение. Начало на 28 стр.)

та пропорциональности между силой Рэхш и Ук .

Как видно из приведенной структурной схемы, в математической модели присутствует ряд существенно нелинейных элементов: блоки произведения, деления, релейная характеристика, элемент с зонэй нечувствительности и др.

Предварительное моделирование показало возможность возникновения некоторого специфического поведения системы управления на границе критического режима, а также при врезании инструмента в деталь. Проведенные предварительные исследования модели позволят в дальнейшем успешно ее использовать при управлении процессом тонкого глубинного АЭХШ внутренних сложных контурных поверхностей.

Литература

1. Керша Г. П. Тонкое абразивное химическое шлифование

фасонных поверхностей. Труды международной научно-технической конференции "Научные основы вызоких технологий том 4.- Новосибирск, 1997.- 6с.

2. Керша Г. П., Прокофьев Н. В., Шилкин П. С. Тонкое абразивное электрохимическое шлифование твердосплавных фасонных инструментов. Обработка металлов. №2(13)/2001.- с.29.

3. Оптимизация технологии глубинного шлифования/С. С. Силин, Б. Н. Леонов, В. А. Хрульков и др.; - М..: Машиностроение, 1989, - 120с.- (Новости технологии).

4. Рыкунов Н С. Теория и практика процессов глубинного шлифования для повышения производительности и качества обработки деталей из жаропрочных сплавов: Автореф. дисс...-докт.техн.наук - Москва, 1989. - 35с.

5. Измайлов М. Р. Исследование технологических параметров профильного алмазно-электролитического глубинного шлифования твердых сплавов: Автореф. дисс...канд.техн.наук. -Москва, 1979. - 15с.

Электронно-лучевые покрытия из карбидосталеб РВМ5+ИС+Ш

А. Г. МЕЛЬНИКОВ, доцент, канд. техн. наук, ТПУ, В. Г. ДУРАКОВ, н.с., канд. техн. наук, С. И. БЕЛЮК, с. н. е., канд. техн. наук,

г. Томск

Введение

Состояние поверхности материала, а именно фазовый и химический состав, играют важную роль в процессе изнашивания при интенсивных механических и тепловых нагрузках. Перспективным направлением для прокатных валков металлургических станов является использование материалов на основе быстрорежущей стали с повышенным содержанием карбидной фазь [1].

Изоестеи способ электронно лучеоой наплавки карби-досталей на основе карбида титана с различными типами связок [2,3]. Данный способ обеспечивает формирование высоксизностойкого покрытия непосредственно на поверхности детали или изделия, что дает ему преимущества по сравнению с методами порошковой металлургии. Дальнейшее улучшение эксплутационных свойств наплавленных карбидосталей возможно путем выбора типа твердой фазы. Известно, что применение карбонитридов титана улучшает эксплуатационные свойства твердых сплавов за счет легирования металлоидной подрешетки карбида титана азотом. Добавка в твердый сплав на основе "ПС нитрида титана значительно повышает теплопроводность, износостойкость, сопротивление термическому удару [4]. Поэтому быга поставлена цель работы - исследование процесса структуро- и фазообразования при электронно-лучевой наплавке порошковых смесей содержащих частицы ТЮ, и ПСЫ в связке из стали Р6М5.

Методика исследований и эксперимента

Порошковые наплавочные смеси готовили путем смешивания порошков карбида титана, нитрида титана и стали Р6М5 дисперсностью 50-350 мкм. Затем порошковые смеси спекались, полученный спек дробился и отсеивагась необходимая фракция. Карбонитрид титана готовился путем длительного спекания порошков карбида титана и нитрида титана при температуре 1400 ОС в защитной атмос-

фере аргона. Наплавка порошковых смесей велась на установке электронно-лучевой наплавки по методике, описанной в [5]. Наплавленный слой на подложке из малоуглеродистой стали формировался за 4-5 проходов, его толщина составляла 2-3 мм. Структура и фазовый состав порошковых композиций, наплавленных покрытий и переходная зона изучены методами рентгенофазового и металлографического анализов. Профиль твердости на поперечном шлифе определялся с помощью прибора ПМТ-3.

Результаты исследований и обсуждение

Таблица

№ Шихтовой состав. Доля твердой фазы

вес. % в покрытии, об. %

1 40 %Т\С + Р6М5 43

2 20%ГПС + 20%™ + Р6М5 49.5

3 40%Т1СЫ + Р6М5 41

4 40%™ + Р6М5 46.8

Шихтовый состав наплавляемых порошковых композиций приведён в таблице.

Микроструктура покрытий представлена на рис.1. Существенного различия в микроструктуре покрытий наплавленными составами с разными частицами твердой фазы не наблюдается. Объёмная доля твердой фазы в шихте соответствует примерно 55 % (по объёму). Пористость покрытий. опредегенная на шлифах металлографическим методом, примеэно одинакова и имеет величину менее 0.5%. При элек-ронно-лучевой наплавке формируется структура с равномерным распределением твердой фазы по объему наплавленного слоя. Вблизи границы раздела покрытия с основой наблюдается некоторое уменьшение количества твердой фазы, обусловленнсе подплавлением основы при первом проходе электронного луча. Объемная

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ

доля твердой фазы в покрытии, определенная методом количественной металлографии, уменьшается в среднем на 10% по сравнению с шихтовым составом. Это уменьшение происходит на стадии отсева порошка после помола спека. Эти потери можно исключить, если отсеянную мелкую фракцию вновь использовать для приготовления композиционного порошка.

Рентгенографические исследовании наплавленных покрытий показали, что электронно-луче-вая наплавка не вносит каких-либо существенных изменений в состав и структуру наплавляемых материалов. Как видно из рисунка 2 а, на рентгенограмме наплавленного покрытия смесью "ПС+Т1Ы присутствуют отдельно фазы карбида титана и нитрида титана. В процессе наплавки не происходит образование карбонитрида титана. Очевидно, время существования расплавленной ванны металла очень мало для растворения и перекристаллизации твердых частиц карбида и нитрида. Подтверждением этому может служить эксперимент с синтезом карбонитрида титана из карбида и нитрида. После десятичасовой выдержки при температуре 1450°С в порошке еще присутствует незначительное количество карбида и нитрида. Расчет параметров решеток карбида и нитрида титана после синтеза карбонитрида показал, что наблюдается существенное их сближение (рис. 3). Это свидетельствует о том, что в материале происходит образование карбонитрида титана, параметр решетки которого имеет среднее значение между карбидом и нитридом [3]. При электроннолучевой наплавке данного материала процесс синтеза карбонитрида также не успевает завершиться, о чем свидетельствует наличие на рентгенограмме оставшихся пиков карбида и нитрида титана (рис. 2в.).

Микротвердость наплавленною слон уменьшается по мере перехода от наплавленного слоя к подложке. При этом, на графике распределения микротвердости (рис.4) можно выделить три зоны. Зона №1 относится непосредственно к подложке, на которую наплавлялось покрытие. Зона №2 является переходной частью между покрытием и подложкой. Она образуется в результате перемешивания наплавляемого материала с материалом подложки, обычно это малоуглеродистая сталь. Этим и объясняется её меньшая твердость по сравнению с покрытием. Зона №3 является наплавленным покрытием. Скачки значений микротвердости обусловлены структурной неоднородностью наплавленного слоя, состоящего из частиц твердой фазы и относительно мягкой матрицы. Наибольшие значения микротвердости обусловлены тем, что алмазный наконечник попадает в места скоплений твердой фазы. Минимумы значений соответствуют местам свободным от твердой фазы. Микотвердость связующей фазы (стали Р6М5), в наплавленном слое, очень высока, т. к. при наплавке расплавленная ванна остывает очень быстро, что приводит к закалке данного материала.

График распределения твердой фазы по размерам частиц представлена на рис.5. Наибольшая

Угол, 2 е

Рис. 2. Фрагменты рентгенограмм: а - наплавленные покрытия:

40% ТЮ +Р6М5. 40% ™ +Р6М5, 40% ТЮЫ +Р6М5, б - наплавленное покрытие 40% ТЮ +Р6М5, синтезироЕанный ТЮ1М, механическая смесь исходных порошков ПС +

Рис. 1. Микроструктура покрытий, а - 20%ТЮ + 20% ТО + Р6М5, б - 40%ТЮЫ Р6М5, в - 40%ТЮ + Р6М5, г - 40%™ + Р6М5,

16000

5

£ 12000

Т£СМ

40 50 60 70 «0

Угол, 26

32 № 1 (18) 2003

¿.35

В

к. е*

4 30

4 25

SS

О

-HN. ао.

-TiN, ia

0.2 04

Рис. 3. Параметр рэшетки в синтезированном материале

0.6 08 cos 20

1.0

а. I

1200-1000-800-600-400-200-0-

г

1—|—I—|—I—I—I—I—I—I—I—|—I—|—I—|—I

-0.5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3.0 3.5

L, ММ

Рис. 4. Профиль распределения микротвердости по сечению наплавленного

слоя

%

40-35 30-25 20 15 10 54

d =3,9 мкм

ср

5 = 5.3

—I-1-1—

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Размер частиц, мкм

Рис. 5. График распределения по размерам твердой фазы в наплавленном

покрытии

доля частиц приходится на диапазон размеров от 1 до 3 мкм, что соответствует гранулометрическому составу используемых порошков. Так же в наплавленном материале присутствует небольшое количество крупных частиц твердой фазы. Наличие частиц такого размера обнаруживается и в исходной шихте. Таким образом, электронно-лучевая наплавка не увеличивай! размеры частиц твердой фазы.

Выводы

1. При электронно-лучевой наплавке порошковых смесей карбидосталей формируется беспористое покрытие с равномерным распределением твердой фазы по объёму наплавки.

2. Фазовый состав покрытий соответствует фазовому составу шихтовой смеси.

3. На границе раздела покрытия с основой формируется переходная зона толщиной около 0,5 мм с плавным изменением "вердости.

4. Распределение по размеру частиц упрочняющей фазы в покрытии соответствует тому же распределению в шихте, то есть, в процессе наплавки не происходит плавления или растворения твердой фазы в матрице.

5. В процессе наплавки не происходит растворения и перекристаллизации твердых частиц карбида и нитрида титана.

Литература

1. Медовар Б.И., Медовар Д.Б. Прокатные валки 2000 года (по материалам международной конференции) // Новости черной металлургии за рубежом, 1996, № 3. С. 80-82.

2. Панин В.Е., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Белюк С.И., Свитич Ю.В., Голобоков H.H.. Дехонова С.З. Электронно-лучевая наплавка композиционных покрытий на основе карбида титана // Физика и химия обработки материалов, 1997, № 2. С. 54-58.

3. Панин В.Е., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Полев И.В., Белюк С.И. Электроннолучевая наплавка порошковых карбидосталей // Физика и химия обработки материалов, 1998, № 6. С. 53-59.

4. Любимов В.Д., Элинсон Д.С., Швей-кин Г.П. Оптимизация эксплуатационных свойств безвппкфрамовьх твердых сплавов И Порошковая металлургия. 1991. №11. С.65-71.

5. Панин В.Е., Белюк С.И., Дураков В.Г., Грибытков Г.А., Ремпе Н.Г. Электронно-лучевая наплавка в вакууме: оборудование, технология, свойства покрытий//Сварочное производство. - 2000. № 2. - С 34-38.