CC BY
16
УДК 621.793.72:620.178.16 Г. В. Похмурська, М. М. Студент, Я. Я. С1рак, Х. Р. Задорожна, О. Б. Шарапова
КОМПОЗИЦ1ЙН1 ЕЛЕКТРОДУГОВ1 ПОКРИТТЯ 13 ЕЛЕКТРОДНИХ ПОРОШКОВИХ ДРОТ1В В АЛЮМ1Н16В1Й ОБОЛОНЦ1 ДЛЯ МАГШеВИХ СПЛАВ1В
Магн1ев1 сплави знаходять все б1льше застосування у промисловост1 як конструкцй-ний матер1ал, проте низька зносост1йк1сть не дозволяе використовувати !х як конст-рукцйний матер1ал в умовах абразивного зношування. П1двищити !х абразивну зно-сост1йк1сть можна за допомогою композицйних зносост1йких покритт1в [1-2]. Мета дано!' роботи вивчити вплив шихти електродного порошкового дроту (ПД) на абразивну зно-сост1йк1сть електродугових покритт1в.
Вступ
Мала питома вага магневих сплавiв при доволi високй питомм мщносл i цлим рядом фiзико-ме-ханчних характеристик робить Тх цiнними для рiзно-манггних областей промисловостi - машинобуду-вання, стьського господарства, автомобтебуду-вання, приладобудування, лп"акобудування, косм-iчноТ' технiки, радютехнки, полiграфiчноТ' та текстильно''' промисловост. Магнiевi сплави добре поглина-ють вiбрацiю, що важливо для авiацiт та машино-будування, проте мають низьку твердiсть (300-400 МПа) як наслiдок, малу зносостiйкiсть при абразивному та сухому тертi. Тому пiдвищення зносо-стiйкостi магневих сплавiв е важливою задачею для багатьох галузей промисловост.
Методика дослщжень
Для нанесення на поверхню сплавiв необхд них покриттiв застосовувались ПД в алюмУевм оболонцi дiаметром 1,6 мм, iз рiзним ступенем за-повнення (табл. 1). Дроти виготовляли iз алюмУе-вот стрiчки перерiзом 10x0,4 мм. В якостi шихти були використан В4С, БЮ, ВК10 та ТЮ2 розмiром 40-100 мкм.
На зразки з магневих сплавiв наносили електро-дуговi покриття iз ПД товщиною 200 мкм при на-ступних режимах: напруга на дузi 32 В, струм 150 А, тиск розпилюючого повiтря 0,6 МПа, дистанця напилення - 100 мм.
Визначення опору абразивному зношуванню
Таблиця 1 - Характеристики ПД
поверхн зразкiв проводили за двома методами, а саме: при терт не жорстко закртленим абразивом (пюком), а також жорстко закртленим абразивом (абразивним кругом). Дослщження зношування не жорстко закртленими абразивними частинками проводили за методом по ГОСТ 23.208-79. Суть методу полягае в тому, що в зону тертя гумового диску по поверхн зразка подавали просушений до вологост не бтьше 0,16 % кварцовий пiсок. Дiа-метр гумового диска 50 мм, швидксть його обер-тання 160 об/хв (25 м/хв), час випробовування ста-новив 5 хв, сила притискання диска до зразка ста-новила 4,5 кГ.
Порiвняльнi дослщження при терт зразкв жорстко закртленим абразивом проводили з викори-станням абразивного круга дiаметром 150 мм, шириною 8 мм, iз корунду марки СМ-2 розмiром зерна 20 мкм, при швидкост обертання 125 об/хв (58 м/хв), навантаження в зон лУйного контакту 1,5 кГ, час випробування становив 30 хв. Зношування визначали за втратою маси зразка з точн-стю до10-4г.
Результати дослщжень
1. Структура i мiкротвердiсть покриттiв
Покриття з ПД з шихтою ВК10 мае ламелярну будову (рис. 1). Основною матричною фазою покриття е сплав, який мютить 2-3 %Со, 9-10 %WС, 1 %Мд та 87-89 %А1. Очевидно, що пiд час напилення алюмУева оболонка плавиться i в дузi досягае температури до 1900 °С. Карбiд вольфраму, який мае температуру плавлення 3400 °С, не встигае повнютю розплавитись, проте частково розчиняеть-ся у розплавi алюмУевого сплаву.
Мiкротвердiсть напиленого покриття невелика i складае 1100-1300 МПа. Така невисока мiкрот-вердiсть свiдчить лише про те, що деяк часточки WC встигають повнiстю розчинитись у розплавi оболонки порошкового дроту при 17 плавлены в дузк В той же час, очевидно, крупнш частинки, як не взаемодiють з розплавом, участ у формуваннi покриття не беруть. Тi частинки WC, що не розплави-
© Г. В. Похмурська, М. М. Студент, Я. Я. Ирак, Х. Р. Задорожна, О. Б. Шарапова 2006 г.
лись, при ударi об поверхню напилення не закрп люються на нiй а лише пружно вiдбиваються вiд не!'.
Покриття з порошкового дроту з шихтою В4С також мае ламелярну будову з включеннями час-точок В4С округло! форми (рис. 2).
Рис. 1. Микроструктура сплаву А7 31 1з покриттям на основ! Al+WSC х100
Рис.
3. М1кроструктура сплаву А7 31 1з покриттям А^Ю х200
Рис. 2. М1кроструктура сплаву А7 31 1з покриттям 1з ПД (В4С), х 100
Мiкротвердiсть покриття, напиленого iз порошкового дроту А1+В4С, е незначною i коливаеться в межах 1150-1600 МПа. Як i для порошкового дроту А1+ВК10 лише незначна частина часточок В4С бере участь у формуванн покриття.
Покриття з порошкового дроту з шихтою SiC мае менш виражену ламелярну форму з окреми-ми включеннями SiC з гострими гранями (рис. 3). Мiкротвердiсть одержаного покриття свщчить про те, що частинки SiC е лише в окремих ламе-лях, мiкротвердiсть яких становить до 35000 МПа. В той же час мiкротвердiсть Ыших ламелей е
лише на рiвнi 900-1100 МПа, що свщчить про вiдсутнiсть в них часточок SiC.
Покриття, де в якост шихти у порошковому дрот використовувався TiO2, мае ламелярну будову iз доброю адгезiею покриття до основи. Мiкротвердiстъ напиленого покриття становить 25004200 МПа, що свщчить про високе засвоення час-тинок TiO2.
Випробування на абразивний знос показують, що покриття, нанесем електродуговим методом, з порошкових дролв в алюмiнiевiй оболонцi з шихтою з мiкродисперсних порошкв В4С, SiC, ВК10 та ТЮ2 мають високу зносостiйкiсть у порiвняннi з магнiевим сплавом А2 31(табл. 2).
Найбiльшу зносостiйкiсть мае покриття з порошкового дроту, де в якосл шихтового матерiалу ви-користовували дiоксид титану. Так, якщо знос маг-нiевого сплаву становить 0,1336г, то знос покриття на основi дiоксиду титану - 0,0075 г, тобто покриття пдвищуе зносослйкють основи майже в 20 раз i незначно поступаеться гартованм сталi.
Покриття з порошкового дроту, де в якосл ших-тових матерiалiв використовували карбiд кремнiю SiC та карбiд бору В4С, мають дещо нижчу зносослйкють i вiдповiдно пiдвищують зносостiйкiсть основи в 14 раз. Як показують експериментальн дан, використання надто твердих шихтових мате-рiалiв, а саме SiC та В4С, мiкротвердiсть яких скла-дае 3600 та 4000 МПа, не дае максимального пщви-щення зносостшкост покриттiв.
Найбiльшу зносостiйкiсть забезпечуе шихтовий матерiал дiоксид титану, мiкротвердiсть якого е набагато меншою та складае 1000 МПа. Це очевидно зумовлено тим, що на вщмЫу вщ крихких карбiдiв В4С та SiC, оксид титану е набагато плас-
Таблиця 2 - Дослщження зношування сплаву А2 31 абразивним диском
тичнший.
Крiм цього, як свiдчить металографiчний аналiз, оксид титану, на вщмЫу вiд карб^дв, активно взае-модiе iз розплавом алюмУю при плавленнi порошкового дроту. При цьому проходить нижчеприве-дена алюмотермiчна реакцiя з видтенням велико!' кiлькостi тепла
TiO2 + 4/3 А1 ^ Ti + 2/3 А1203 +0.
При цьому у виглядi продуктiв реакци утворюеть-ся чистий титан та оксиди алюмУю А12О3, мiкрот-вердiсть яких становить -20000 МПа, крiм цього, при плавлены порошкових дротв активно проходить реакця окислення розплаву оболонки по такй реакцГ'':
4 А1 + 302 ^ 2 А1203 + 0.
Апюмотермiчнi реакци, що проходять при плав-ленн порошкового дроту та в польот розплавлено''' краплини, зумовлюють пiдвищення температури контакту краплин при формуваннi покриття. Як на-слiдок, це зумовлюе пдвищення когези та адгези покриттв. Цi два фактори - пдвищена когезiя по-криттiв та високий вмют дисперсних твердих фаз, а саме та Ti02 у покритт забезпечуе високу зносостiйкiсть покриттв з порошкових дротiв, де в якост шихти використовуеться Ti02.
Найменшу зносостйкють мае покриття напиле-не з порошкового дроту з шихтою ВК10. При напи-ленн порошок карбщу вольфраму активно взае-модiе з розплавом оболонки, легуючи його кобальтом та вольфрамом, проте, як показуе металограф-iчний аналiз, частинок карбiду вольфраму е досить мало у струк"^ покриття. Очевидно, що при плав-леннi порошкового дроту деяк частинки WSC, як не взаемо-дiють з розплавом оболонки, не плав-ляться i тому не беруть участi при формуванн покриття, а просто вщбиваються вiд поверхнi, на яку напилюють покриття.
В таблиц 3 наведен дан про знососшкють покриттв з ПД з шихтою ТО2, якi нанесенi на рiзнi магнiевi сплави, при випробовуваннях нежорстко закртленим абразивом. За результатами дослд ження зносостйкють магнiевих сплавiв А2 31, А2 91, АМ 20 становить 0,0637 г, 0,0544 г, 0,0496г вщпо-вiдно. Покриття з порошкових дротв з шихтою ТО2 напиленi на рiзнi магнiевi сплави показують практично однакову зносостйкють, що свiдчить, що
основа маг-н1евих сплав1в практично не впливае на зносостмкють покритт1в. Так, якщо знос покриття напиленого на сплав AZ 31 становить 0,0239 г, то знос покриття, напиленого на сплав AZ 91 та AM 20, становить 0,0180 г та 0,0170 г в1дпо-в1дно.
Як показують експериментальн дан, на в1дм1ну в1д жорстко закртлених, не жорстко закр1плен1 абразивы частинки чинять сильншу абразивну д1ю. Так, якщо зносостмкють покритт1в у випадку жорстко закртлених абразивних частинок бтьша за зносостмкють магн1евих сплав1в у 14-20 раз, то у випадку не жорстко закртлених частинок лише в 2-3 рази. Як було сказано ранше, частинки TiO2 у покритт розм1щен1 на в1ддал1 одна в1д одно!', тому при рус абразивних частинок по по-криттю вони натикаючись на тверд1 частинки ТЮ2, обходять |'х, зношуючи в першу чергу бтьш м'я-ку матрицю. При цьому тверд1 частинки ТЮ2 втра-чають зв'язок 1з матрицею i виносяться 1з зони тертя.
Висновки
1. Встановлено, що шихта iз тугоплавких карб^дв i дiоксиду титану частково розчиняеться у розплавi алюмневоТ оболонки, крупнi частинки цих карбдв не беруть участь у формуванн покриттiв.
2. Напилен покриття з дослщжуваних порошкових дротв пiдвищують зносостiйкiсть магнiевих сплавiв у 5-20 раз при випробуваннях жорстко зак-рiпленим абразивом i у 2-4 рази при випробуваннях не жорстко закртленим абразивом.
3. Висока зносостшкють покриттiв з порошкових дротв в алюмУевм оболонцi зумовлена на-явнiстю у покритт твердих часточок, якi потрап-ляють у покриття iз шихтових матерiалiв, а також тим, що кожна краплина, з яко'|' сформоване покриття, оточена оксидною плiвкою AI2O3.
Список литературы
1. Gray J. E., Luan B. Protective coatings on magnesium and its alloys-a critical review // Journal of Alloys and Compounds, 2002. - V. -336. - P. 88-113.
2. Nakatsugawa I. Surface modification technology for magnesium products // Intern. Conf. Proc. IMA 53, Magnesium - A Material Adv. to the 21st Century, Proc., Ube City, Japan, Jun 2-4th, 1996, P. 24-29.
Таблиця 3 - Втрата маси покриття Al+TiO2 на магневих сплавах пд час випробування гумовим диском з абразивом
Поступила в редакцию 19.06.2006 г.
Магниевые сплавы находят все больше применения в промышленности как конструкционный материал, однако низкая износостойкость не позволяет использовать их как конструкционный материал в условиях абразивного изнашивания. Повысить их абразивную износостойкость можно с помощью композиционных износостойких покрытий [1-2]. Целью данной работы является изучение влияния шихты порошкового провода на абразивную износостойкость электродуговых покрытий.
Magnesium alloys find more application in industry as structural material but their durability does not permit to use them in conditions of abrasive wear. Composite wear resistant coatings favour the increase in abrasive durability [1-2]. This article studies the influence of powered wire composite on abrasive durability of coatings.
