Главная


Променеві методи обробки: Навч. посібник




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 22 ... 66 ... 110 ... 154 ... 166
132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166


скачать книгу Променеві методи обробки: Навч. посібник




Метод плазмового напилення характеризується рядом специ­фічних особливостей, що впливають наумови кристалізації і здатні значною мірою змінити властивості сплавів порівняно з литим ста­ном. Короткочасне нагрівання частинок порошку (протягом мілісекунд) до рідкого стану при контакті із плазмою, часткове окислення, азотування, зневуглецювання внаслідок інжекції газів з атмосфери, швидка кристалізація на теплопровідній підкладці призводять до зміни структури, фазового і хімічного складу мате­ріалу, що наноситься.
...
Кристалізація при плазмовому напиленні проходить зі швид­костями 104-106 К/с. Під час кристалізації евтектичних систем з такими швидкостями змінюється механізм кристалізації сплавів. Одночасно утворюються тонкі конгломератні фази із ще більшою дисперсністю, ніж литі колоніальні структури: фазовий склад та­кий самий, змінюється лише механізм зміцнення. За таких швид­костей охолодження фази і структури, що утворюються, як пра­вило, перебувають у метастабільному нерівноважному стані, що має сприяти їхній структурній самоорганізації при терті.
...
Напилювання здійснювали на установці УПУ-ЗД і на комп­лексі плазмового напилення НВО "Комплекс" (м. Черкаси). На­пруга і струм при напиленні становили відповідно 50-80В і 400-500 А, відстань від сопла до підкладки — 0,1 -0,2 м, плазмоутворю-вальний газ — азот, транспортувальний газ — аргон. Перед
...
Метод плазмового напилення характеризується рядом специ­фічних особливостей, що впливають наумови кристалізації і здатні значною мірою змінити властивості сплавів порівняно з литим ста­ном. Короткочасне нагрівання частинок порошку (протягом мілісекунд) до рідкого стану при контакті із плазмою, часткове окислення, азотування, зневуглецювання внаслідок інжекції газів з атмосфери, швидка кристалізація на теплопровідній підкладці призводять до зміни структури, фазового і хімічного складу мате­ріалу, що наноситься.
...
Кристалізація при плазмовому напиленні проходить зі швид­костями 104-106 К/с. Під час кристалізації евтектичних систем з такими швидкостями змінюється механізм кристалізації сплавів. Одночасно утворюються тонкі конгломератні фази із ще більшою дисперсністю, ніж литі колоніальні структури: фазовий склад та­кий самий, змінюється лише механізм зміцнення. За таких швид­костей охолодження фази і структури, що утворюються, як пра­вило, перебувають у метастабільному нерівноважному стані, що має сприяти їхній структурній самоорганізації при терті.
...
Напилювання здійснювали на установці УПУ-ЗД і на комп­лексі плазмового напилення НВО "Комплекс" (м. Черкаси). На­пруга і струм при напиленні становили відповідно 50-80В і 400-500 А, відстань від сопла до підкладки — 0,1 -0,2 м, плазмоутворю-вальний газ — азот, транспортувальний газ — аргон. Перед
...
Технологічний процес плазмового напилення покриттів може мати три послідовні стадії, які розділені просторово, різні за фізич­ною суттю і вирішують специфічні завдання.
...
На першій стадії порошок транспортується до плазмотрона і вводиться в плазмовий струмінь. Друга стадія охоплює процеси, що відбуваються під час руху частинок порошку в об'ємі плазмо­вого струменя (нагрівання, прискорення і сповільнення, взаємо­дія матеріалу частинок із середовищем). Третя стадія полягає влас­не у формуванні покриття, тобто охоплює процеси, що проходять у системі "напилюваний матеріал — основа", починаючи з моменту досягнення частинкою самої підкладки або поверхні частково вже сформованого шару покриття.
...
Для нанесення покриттів використовували порошки евтектич­них сплавів трьох систем ТН, ВТН та ХТН. Вихідні порошки містятьтонкодисперсні кристали фаз проникнення, причому роз­міри цих кристалів залежать від швидкості охолодження порош­ку в процесі його виготовлення, тобто від діаметра порошинок (табл. 11.1).
...
Залежність швидкості кристалізації евтектичного порошку ХТН і розмірів евтектичних кристалів від діаметра порошинок
...
Залежність швидкості кристалізації евтектичного порошку ХТН і розмірів евтектичних кристалів від діаметра порошинок
...
тощо), його тепло- і електропровідність, механічні та інші харак­теристики. Пористість покриттів порівняно невелика (близько 10%). Крім того, в покриттях спостерігаються сірі шари, які відрізняються за кольором травлення.
...
Основний об'єм покриттів становлять білі шари, що погано протравлюються (70-80 %). Напевне, утворення білих шарів при напиленні є характерною особливістю евтектичних сплавів на ос­нові заліза і зумовлене воно таким. Порошинки, потрапивши все­редину аргонного плазмового струменя, що має температуру Ю4 К, у процесі польоту розігріваються. Нагрів порошку в плазмі, зумов­лений головним чином теплопровідністю і конвекцією, призво­дить до значного його розігрівання, що перевищує температуру плавлення. Особливістю процесу є те, що проміжок часу обме­жується періодом контакту з розігрітою плазмою і становить мілісе-кунди. Білі шари, мабуть, виникають внаслідок швидкої криста­лізації рідких крапель на холодній основі. Такі шари мають висо­ку хімічну стійкість, вони практично не взаємодіють із реактивом, за допомогою якого визначали структуру сплаву до напилення. Досліджувати структуру білих шарів важко через високу дис­персність фазових складових. Оскільки досліджувані евтектичні системи схильні до утворення ультрадисперсних структур при за­значених швидкостях охолодження, то в них можуть з'явитись об­ласті, що перебувають у аморфному стані.
...
Характерна особливість напилених покриттів - це більш ви­сока мікротвердість порівняно з мікротвердістю після оплавлення (рис. 11.2). Передумовою цього може бути реалізація в плазмових
...
тощо), його тепло- і електропровідність, механічні та інші харак­теристики. Пористість покриттів порівняно невелика (близько 10%). Крім того, в покриттях спостерігаються сірі шари, які відрізняються за кольором травлення.
...
покриттях механізму дисперсного зміцнення, на відміну від пере­важно композиційного, характерного для наплавлених евтектич­них покриттів. Слід зазначити, що білі шари мають високу мікрот­вердість. Так, мікротвердість, виміряна при навантаженні 0,98 Н, для білих шарів становить 12,7 ГПа, а для нерозплавлених поро­шинок і ділянок з евтектичною структурою — 8,7 ГПа. Досліджен­ня мікротвердості за товщиною покриття показало її ступінчас­тий характер зміни від покриття до основи (рис .11.2).
...
Рис. 11.2. Зміна мікротвердості за товщиою покриттів, напиле­них:
...
Когезійна міцність покриттів залежить від таких факторів: 1) фазового і хімічного складу напиленого шару і залишкових на­пружень у ньому; 2) розміру зерна і напиленого шару; 3) порис­тості покриття (чим вона менша, тим міцність вища); 4) міцності зв'язку між напилюваними частинками (щоб міцність між частин­ками покриття була достатньою, слід забезпечити проходження рекристалізаційних процесів, під час яких на поверхні частинок межі між частинками виявляються всередині рекристалізованих зерен, що сприяє підвищенню міцності); 5) однорідності структу­ри (чим вона вища, тим вища міцність).
...
Для вимірювання адгезійної міцності покриттів використову­вався штіфтовий метод. Результати досліджень засвідчили низьку міцність зчеплення покриття з основою, яка становить всього 16-20 МПа. Такий рівень адгезійної міцності визначають, мабуть, ве­ликий градієнт властивостей від досить твердого покриття до м'я­кої підкладки, а, отже, і великі напруження, а також характер з'єднання напиленого покриття з основою. Водночас відомо, шо з'єднання напиленого покриття з основою здійснюється переваж­но анкерним ефектом, дифузією компонентів покриття в основ­ний матеріал, сплавленням, хімічною взаємодією або за рахунок сил Ван-дер-Ваальса. У зв'язку з цим досліджувалися процеси, що відбуваються на межі покриття з основою.
...
Для визначення напів'якісного розподілу та стану, в якому зна­ходяться хімічні елементи в покритті, були проведені досліджен­ня за програмою "Оі§ітар-М".
...
Під час вивчення поверхні напилених зразків виявлено знач­ну неоднорідність досліджуваних фаз як за хімічним складом, так і в розмірах зон. Встановлено напів'якісний розподіл основних еле­ментів у покритті: заліза, хрому, ванадію, титану, нікелю, марган­цю. Виявлено, що ці елементи розподілені на значній площі по­верхні нерівномірно. Ця нерівномірність зумовлена полідисперс-ним складом вихідних порошків. Спостерігається нерівномірний розподіл марганцю, що продифундував з основи в покриття.
...
Для визначення кількісного складу хімічних елементів у си­стемі "покриття-основа" був проведений мікрорентгеноспект-ральний аналіз. Аналіз проводився у шести точках по довжині відрізка, перпендикулярно до зони розподілу покриття з основою. Відстань між точками становила 20 мкм, локальність зонду — 0=2,5 мкм, глибина п= 1,5 мкм. Для прицільного попадання зон­дом у досліджувані фази використовували режим 8ЕМ — фазовий контраст. Хімічний склад точок аналізу при цьому визначався за
...
Когезійна міцність покриттів залежить від таких факторів: 1) фазового і хімічного складу напиленого шару і залишкових на­пружень у ньому; 2) розміру зерна і напиленого шару; 3) порис­тості покриття (чим вона менша, тим міцність вища); 4) міцності зв'язку між напилюваними частинками (щоб міцність між частин­ками покриття була достатньою, слід забезпечити проходження рекристалізаційних процесів, під час яких на поверхні частинок межі між частинками виявляються всередині рекристалізованих зерен, що сприяє підвищенню міцності); 5) однорідності структу­ри (чим вона вища, тим вища міцність).
...
Для вимірювання адгезійної міцності покриттів використову­вався штіфтовий метод. Результати досліджень засвідчили низьку міцність зчеплення покриття з основою, яка становить всього 16-20 МПа. Такий рівень адгезійної міцності визначають, мабуть, ве­ликий градієнт властивостей від досить твердого покриття до м'я­кої підкладки, а, отже, і великі напруження, а також характер з'єднання напиленого покриття з основою. Водночас відомо, шо з'єднання напиленого покриття з основою здійснюється переваж­но анкерним ефектом, дифузією компонентів покриття в основ­ний матеріал, сплавленням, хімічною взаємодією або за рахунок сил Ван-дер-Ваальса. У зв'язку з цим досліджувалися процеси, що відбуваються на межі покриття з основою.
...
Для визначення напів'якісного розподілу та стану, в якому зна­ходяться хімічні елементи в покритті, були проведені досліджен­ня за програмою "Оі§ітар-М".
...
Під час вивчення поверхні напилених зразків виявлено знач­ну неоднорідність досліджуваних фаз як за хімічним складом, так і в розмірах зон. Встановлено напів'якісний розподіл основних еле­ментів у покритті: заліза, хрому, ванадію, титану, нікелю, марган­цю. Виявлено, що ці елементи розподілені на значній площі по­верхні нерівномірно. Ця нерівномірність зумовлена полідисперс-ним складом вихідних порошків. Спостерігається нерівномірний розподіл марганцю, що продифундував з основи в покриття.
...
Для визначення кількісного складу хімічних елементів у си­стемі "покриття-основа" був проведений мікрорентгеноспект-ральний аналіз. Аналіз проводився у шести точках по довжині відрізка, перпендикулярно до зони розподілу покриття з основою. Відстань між точками становила 20 мкм, локальність зонду — 0=2,5 мкм, глибина п= 1,5 мкм. Для прицільного попадання зон­дом у досліджувані фази використовували режим 8ЕМ — фазовий контраст. Хімічний склад точок аналізу при цьому визначався за
...
допомогою ЕОМ, результати якого подані на рис. 11.3. Точки Тр Т2 — покриття; Т,, Т4 — перехідна зона; Т5, Т6 — основа. Необхідно відзначити, що мікроаналіз проводився не в точці, а в "квадраті-мітці", який називається зоною збудження і має розміри 18 х
...
Аналіз даних кількісного розподілу елементів на межі "покрит-тя-основа" показав, що основний дифузійний зв'язок здійснюють утворені в обмеженій кількості сполуки типу Ре-Сг, Ре-У, Ре-Сг-V. Переважаюча роль у формуванні покриття належить ванадію, який виходить на межу, а в подальшому розчиняється в основі. Роз­поділ нікелю призводить до його незначного збільшення на межі з боку основи, а потім зменшення в покритті. Титан бере участь в утворенні комплексної сполуки Ре-Ті-У-Сг. Таким чином, обме­жена хімічна взаємодія компонентів покриття і основи, вісутність суцільного перехідного шару, неоднорідність структури і по­ристість покриття спричинюють його низьку когезію та адгезїйну міцність і визначають зносостійкість.
...
допомогою ЕОМ, результати якого подані на рис. 11.3. Точки Тр Т2 — покриття; Т,, Т4 — перехідна зона; Т5, Т6 — основа. Необхідно відзначити, що мікроаналіз проводився не в точці, а в "квадраті-мітці", який називається зоною збудження і має розміри 18 х
...
Аналіз даних кількісного розподілу елементів на межі "покрит-тя-основа" показав, що основний дифузійний зв'язок здійснюють утворені в обмеженій кількості сполуки типу Ре-Сг, Ре-У, Ре-Сг-V. Переважаюча роль у формуванні покриття належить ванадію, який виходить на межу, а в подальшому розчиняється в основі. Роз­поділ нікелю призводить до його незначного збільшення на межі з боку основи, а потім зменшення в покритті. Титан бере участь в утворенні комплексної сполуки Ре-Ті-У-Сг. Таким чином, обме­жена хімічна взаємодія компонентів покриття і основи, вісутність суцільного перехідного шару, неоднорідність структури і по­ристість покриття спричинюють його низьку когезію та адгезїйну міцність і визначають зносостійкість.
...
Рис. 11.3. Розподіл елементів за глибиною плазмового покриття ВТН та основи із сталі 12Х18Н9Т
...
Зносостійкість евтектичних сплавів у литому стані гірша, ніж у покриттях. Високих результатів було отримано при зміцненні плазмовими евтектичними покриттями деталей і вузлів обладнан­ня харчових та переробних виробництв, пов'язаних з роботою в корозійно- та поверхнево-активних середовищах.
...
Одержані дані підтверджують високу зносостійкість покриттів. Значна дисперсність зміцнювальної фази проникнення та її
...
Рис. 11.4. Залежність триботехнічних властивостей покриттів ВТН(2,4) і ХТН(1,3) від навантаження: 1,2—приведений знос; 3,4 — коефіцієнт тертя
...
Зносостійкість евтектичних сплавів у литому стані гірша, ніж у покриттях. Високих результатів було отримано при зміцненні плазмовими евтектичними покриттями деталей і вузлів обладнан­ня харчових та переробних виробництв, пов'язаних з роботою в корозійно- та поверхнево-активних середовищах.
...
Одержані дані підтверджують високу зносостійкість покриттів. Значна дисперсність зміцнювальної фази проникнення та її
...
Рис. 11.4. Залежність триботехнічних властивостей покриттів ВТН(2,4) і ХТН(1,3) від навантаження: 1,2—приведений знос; 3,4 — коефіцієнт тертя
...
На мікрофотографіях поперечного перерізу досліджених на тертя зразків видно, що на поверхню тертя покриття ВТН вихо­дять області з евтектичною структурою (рис. 11.5, а). Саме вони в основному визначають величину зносу та характер залежності інтенсивності зношування від питомого навантаження, яка відпо­відає раніше одержаним даним для литого стану. Ділянки білих шарів, що розташовані між евтектичними областями, через низь­ку пластичність і недостатню їх когезію викришуються. Слід за­значити, що зруйновані тверді білі шари при попаданні в зону тер­тя виконують роль абразиву (рисі 1.5, г).
...
Відомо, що орієнтовно про різну окислювальну здатність струк­турних складових покриттів при терті можна стверджувати за мірою їх протравлювання в процесі приготування металографічного шліфа. Так, білі складові, що займають в плазмових покриттях значний об'єм, практично не взаємодіють з реактивом, який добре виявляє
...
На мікрофотографіях поперечного перерізу досліджених на тертя зразків видно, що на поверхню тертя покриття ВТН вихо­дять області з евтектичною структурою (рис. 11.5, а). Саме вони в основному визначають величину зносу та характер залежності інтенсивності зношування від питомого навантаження, яка відпо­відає раніше одержаним даним для литого стану. Ділянки білих шарів, що розташовані між евтектичними областями, через низь­ку пластичність і недостатню їх когезію викришуються. Слід за­значити, що зруйновані тверді білі шари при попаданні в зону тер­тя виконують роль абразиву (рисі 1.5, г).
...
Відомо, що орієнтовно про різну окислювальну здатність струк­турних складових покриттів при терті можна стверджувати за мірою їх протравлювання в процесі приготування металографічного шліфа. Так, білі складові, що займають в плазмових покриттях значний об'єм, практично не взаємодіють з реактивом, який добре виявляє
...
структуру сплаву в литому стані. Мабуть, підвищення температури поверхні тертя за високих швидкостей ковзання призводить до роз­паду метастабільних білих шарів і, отже, до підвищення окислюваль­ної здатності. Рентгеноструктурним аналізом встановлено, що на поверхнях тертя покриттів ВТН і ХТН, випробуваних при темпера­турі 293 К, утворюються оксиди заліза Ре304 і Ре2Ог
...
Уразі випробування при високих температурах близько 1 ШОК, коли пластична деформація локалізується в тонких поверхневих шарах і зношування відбувається в основному шляхом вилучення оксидних плівок, зносостійкість плазмового покриття нижча, ніж зносостійкість евтектичного сплаву в литому стані. Це зумовлено нестабільністю їхнього фазового складу, повним розпадом твер­дих метастабільних структур і вилученням із зони тертя оксидних плівок, що інтенсивно утворюються в покритті через його розви­нуту поверхню.
...
Рентгеноспектральним аналізом встановлено високий (майже до 34 мас.%) вміст кисню в поверхневому шарі покриття. Водно­час, поверхня тертя збіднена нікелем. Після високотемпературного випробування спостерігається більш рівномірний розподіл еле­ментів у покритті.
...
На дифрактограмах поверхні тертя покриття ХТН виявляють­ся рефлекси оксидів Ре304, Ре,03, Сг,03, Ті02, В203, що узгоджуєть­ся з даними термодинамічного аналізу взаємодії евтектичних по­криттів систем ТН, ВТН і ХТН з повітрям при 900-1200 К, вико­наного за комп'ютерною програмою "АСТРА". Згідно з термодинамічним аналізом, у покритті системи ХТН порівняно з покриттям ВТН утворюється більша кількість оксидів В,03, Сг203. Напевне, цим, а також підвищеною жаростійкістю пояснюється більш висока зносостійкість покриття ХТН при підвищених тем­пературах (на відміну від низьких температур, коли триботехнічні властивості покриття ВТН вищі).
...
Таким чином, триботехнічні характеристики напилених плаз­мових ЕП залежно від навантаження і температури визначаються рівнем їх нерівноважного стану, пористістю та адгезійно-когезій-ною міцністю. Нормальний режим тертя плазмових покриттів зна­ходиться у вузькому інтервалі навантажень і температур. При на­вантаженнях (Р>5 МПа) спостерігається інтенсифікація зношування внаслідок крихкого руйнування покриття, що су­проводжується викришуванням його елементів, яким властиві аб­разивні властивості. За підвищених температур (Т>900 К) низька зносостійкість зумовлена зниженням твердості покриття внаслі-
...
структуру сплаву в литому стані. Мабуть, підвищення температури поверхні тертя за високих швидкостей ковзання призводить до роз­паду метастабільних білих шарів і, отже, до підвищення окислюваль­ної здатності. Рентгеноструктурним аналізом встановлено, що на поверхнях тертя покриттів ВТН і ХТН, випробуваних при темпера­турі 293 К, утворюються оксиди заліза Ре304 і Ре2Ог
...
Уразі випробування при високих температурах близько 1 ШОК, коли пластична деформація локалізується в тонких поверхневих шарах і зношування відбувається в основному шляхом вилучення оксидних плівок, зносостійкість плазмового покриття нижча, ніж зносостійкість евтектичного сплаву в литому стані. Це зумовлено нестабільністю їхнього фазового складу, повним розпадом твер­дих метастабільних структур і вилученням із зони тертя оксидних плівок, що інтенсивно утворюються в покритті через його розви­нуту поверхню.
...
Рентгеноспектральним аналізом встановлено високий (майже до 34 мас.%) вміст кисню в поверхневому шарі покриття. Водно­час, поверхня тертя збіднена нікелем. Після високотемпературного випробування спостерігається більш рівномірний розподіл еле­ментів у покритті.
...
На дифрактограмах поверхні тертя покриття ХТН виявляють­ся рефлекси оксидів Ре304, Ре,03, Сг,03, Ті02, В203, що узгоджуєть­ся з даними термодинамічного аналізу взаємодії евтектичних по­криттів систем ТН, ВТН і ХТН з повітрям при 900-1200 К, вико­наного за комп'ютерною програмою "АСТРА". Згідно з термодинамічним аналізом, у покритті системи ХТН порівняно з покриттям ВТН утворюється більша кількість оксидів В,03, Сг203. Напевне, цим, а також підвищеною жаростійкістю пояснюється більш висока зносостійкість покриття ХТН при підвищених тем­пературах (на відміну від низьких температур, коли триботехнічні властивості покриття ВТН вищі).
...
Таким чином, триботехнічні характеристики напилених плаз­мових ЕП залежно від навантаження і температури визначаються рівнем їх нерівноважного стану, пористістю та адгезійно-когезій-ною міцністю. Нормальний режим тертя плазмових покриттів зна­ходиться у вузькому інтервалі навантажень і температур. При на­вантаженнях (Р>5 МПа) спостерігається інтенсифікація зношування внаслідок крихкого руйнування покриття, що су­проводжується викришуванням його елементів, яким властиві аб­разивні властивості. За підвищених температур (Т>900 К) низька зносостійкість зумовлена зниженням твердості покриття внаслі-
...
док розпаду перенасичених твердих розчинів, а зношування по­криття здійснюється шляхом вилучення із зони тертя пухких ок­сидних плівок, що інтенсивно утворюються на пористій поверхні тертя.
...
Отже, плазмові покриття не можуть реалізувати свої потенці­ально високі триботехнічні властивості. Існує тільки обмежений діа­пазон зовнішніх факторів, у якому покриття працездатні, задовіль­но при цьому припрацьовуючись і утворюючи вторинні структури.
...
Існує ряд технологічних методів, спрямованих на підвищення як поверхневої, так і об'ємної міцності напилених покриттів. До таких методів належать оплавлення покриттів, термічна та хіміко-термічна обробка, інфільтрація припоями тощо.
...
Враховуючи результати, отримані при дослідженні ЕП, нане­сених лазерним наплавленням, вивчався вплив оплавлення та тер-моциклування променем лазера на структуру і властивості плаз­мових покриттів. Лазерна обробка у зв'язку з її специфікою (швид­ким нагрівом і наступним прискореним охолодженням) забезпечує отримання дрібнодисперсних структур, перенасичених твердих розчинів і, отже, високих властивостей покриттів. Тому практич­ний інтерес має розгляд особливостей будови і властивостей плаз­мових покриттів після обробки їх лазером у режимі оплавлення та термоциклування.
...
у рідкому стані. Під впливом великого температурного градієнта і, як результат, величезної швидкості кристалізації ріст головних осей дендритів відбувався паралельно до напрямку тепловідведен-ня. Слід відзначити, що поблизу самої поверхні напрямок тепло-відведення має менш виражений характер і відбувається паралель­но до переміщення пучка лазера по поверхні. Таким чином, оріє­нтація дендритів у зоні оплавлення визначається напрямком тепловідведення.
...
Враховуючи сприятливий вплив на процеси тертя та зношу­вання тонкодиференційованої структури, був підібраний техно­логічний режим (потужність випромінювання, швидкість пересу­вання лазерного пучка), який забезпечує одержання такої мікро­структури. Для цього оплавлене покриття оброблялося повторно
...
більшою швидкістю пересування пучка лазера (понад 1 м/хв.) при безперервному лазерному випромінюванні. В обробленому за та­ким режимом поверхневому шарі покриття немає дендритної структури, він погано травиться, має підвищену твердість до 1,1-1,2 ГПа (рисі 1.6, б). Електронно-мікроскопічними дослідження­ми встановлено, що шар має мікрокристалічну структуру.
...
Характерною особливістю оплавлених покриттів є зниження їх мікротвердості порівняно з вихідною мікротвердістю напиле­них покриттів (рисі 1.2). Зміна твердості від покриття до основи має більш плавний характер, ніж при напиленні. Найвищу мікро­твердість має оплавлене плазмове покриття на підкладці із сталі У8 порівняно з покриттями на сталі 45 і 12Х18Н9Т. При цьому зро­стає мікротвердість від поверхні покриття до основи. Мабуть, при­чиною цього є вуглець, якого найбільше у сталі У8 (майже 0,8 %). Встановлені факти аномального масоперенесення вуглецю в твердій фазі на відстань до 150-200 мкм за час дії випромінювання
...
у рідкому стані. Під впливом великого температурного градієнта і, як результат, величезної швидкості кристалізації ріст головних осей дендритів відбувався паралельно до напрямку тепловідведен-ня. Слід відзначити, що поблизу самої поверхні напрямок тепло-відведення має менш виражений характер і відбувається паралель­но до переміщення пучка лазера по поверхні. Таким чином, оріє­нтація дендритів у зоні оплавлення визначається напрямком тепловідведення.
...
Враховуючи сприятливий вплив на процеси тертя та зношу­вання тонкодиференційованої структури, був підібраний техно­логічний режим (потужність випромінювання, швидкість пересу­вання лазерного пучка), який забезпечує одержання такої мікро­структури. Для цього оплавлене покриття оброблялося повторно
...
На адгезійні характеристики істотно впливають процеси, що відбуваються при формуванні покриття на межі "покриття-основа". Як уже зазначалося, для напилених покриттів характерне переважно механічне зачеплення, що і зумовлює його низьку міцність зчеплен­ня. При розплавленні покриття і змочуванні ним основи виникає хімічна взаємодія матеріалу покриття і основи, проходять процеси дифузійного масоперенесення елементів. Тому, щоб оцінити харак­тер взаємодії матеріалів покриття і основи, застосовувалися ефективні методи мікрорентгено-спектрального і металографічного аналізів.
...
Відомо, що як тільки виникає ефективний металевий зв'язок між матеріалами покриття і основи, активізуються процеси дифу­зійного масоперенесення. Найінтенсивніше дифундують елемен­ти з малими атомними радіусами, що утворюють тверді розчини проникнення, вуглець і бор. Розплав може суттєво розчиняти залізо. Це підтверджують значення коефіцієнтів дифузії. Так, коефіцієнт дифузії вуглецю ву-Ре при температурі 1320К становить4,410-7см2/с; в розплаві заліза при 1820К— 1,6-Кг"см2/с;боруву-Ре при 1220 К -2,6Т0"7см2/с; хрому ву-Ре при 1500 К-
...
Результати металографічного аналізу показали, що в разі по­криття на сталі 45, межа поділу "покриття-основа" не має магіст­ральних тріщин, за винятком окремих пор. Після вимірювання мікротвердості по лінії, перпендикулярній межі поділу на відрізку завдовжки 1,5 мм, було визначено сім точок, з них у підкладці чо­тири і в покритті три (рис. 11.2, крива 4). Утворення перехідної зони, шо підтверджується плавною зміною мікротвердості від основи до покриття, пояснює досконалу межу поділу.
...
При дослідженні оплавленних плазмових покриттів системи ВТН на основі із сталі У8 використовувалась програма "Оі§ітар", за допомогою якої виявлені основні елементи. На межі "покрит-тя-основа" відбувається взаємодія елементів з вірогідним утворен­ням складних сполук типу У-Сг, Ре-Сг, У-Ре-Сг. Водночас, як свідчать результати рентгеноспектрального аналізу, в цій зоні спо­стерігається підвищений вміст вуглецю. Це, напевне, є основною причиною окрихчення межі поділу покриття з підкладкою і появи магістральних тріщин. Побічним підтвердженням цього є підви­щення мікротвердості перехідної зони і значний перепад твердості від покриття до основи (рисі 1.2, крива 5).
...
Попереднє топографічне вивчення особливостей покриття на сталі 12Х18Н9Т показало повну відсутність мікротріщин і пор, з ідеальною межею поділу "покриття-основа" (рисі 1.6,а). Під час дослідження мікроструктури, одержаної в режимі "фазовий кон­траст", виявлено сіру зону завтовшки 1,5-2,0 мкм, що прилягає з боку основи до межі поділу. Із наведеного кількісного аналізу (рисі 1.7) в шести точках можна зробити висновок, що в точках Т2, Т3 (сіра зона) різко підвищується вміст хрому, марганцю та ва­надію. Точки Т,, Т2 належать до основи, а Т3, Т4, Т5, Т6 — до по­криття. Відстань між точками становить 20 мкм.
...
Вивчаючи розподіл наявних елементів з використанням про­грами "Ощітар", була виявлена взаємодія між елементами Ре-У, Ре-Сг, У-Сг, Ре-У-Сг. Крім того, криві розподілу за програмою "Ьаішкап", а також дані, одержані на мікроаналізаторі "СатеЬах 8X50", підтвердили раніше зроблене припущення про природу сірої зони і взаємне розчинення хімічних елементів на межі "по­криття-основа". Так, залізо основи взаємодіє на межі "покриття-основа" з хромом і ванадієм, а потім розчиняється в покритті. За­вдяки такій взаємодії можливе, як зазначалось раніше, утворення сполуки Ре-Сг-V. Нікель не бере участі в дифузійних процесах, а лише розчиняється в покритті.
...
Таким чином, проведені дослідження мікроструктури оплав­леного плазмового покриття і дані локального рентгеноспектраль­ного аналізу свідчать про взаємне дифузійне масоперенесення ти­тану, ванадію, хрому в основу і заліза та марганцю з основи в по­криття, внаслідок взаємодії розплавленого лазером покриття і твердої основи. Межа між покриттям і стальною підкладкою стає розмитою і являє собою тверді розчини легуючих елементів у залізі.
...
У результаті триботехнічних випробувань встановлено підви­щення стійкості проти зношування оплавлених покриттів порівня-
...
При дослідженні оплавленних плазмових покриттів системи ВТН на основі із сталі У8 використовувалась програма "Оі§ітар", за допомогою якої виявлені основні елементи. На межі "покрит-тя-основа" відбувається взаємодія елементів з вірогідним утворен­ням складних сполук типу У-Сг, Ре-Сг, У-Ре-Сг. Водночас, як свідчать результати рентгеноспектрального аналізу, в цій зоні спо­стерігається підвищений вміст вуглецю. Це, напевне, є основною причиною окрихчення межі поділу покриття з підкладкою і появи магістральних тріщин. Побічним підтвердженням цього є підви­щення мікротвердості перехідної зони і значний перепад твердості від покриття до основи (рисі 1.2, крива 5).
...
Попереднє топографічне вивчення особливостей покриття на сталі 12Х18Н9Т показало повну відсутність мікротріщин і пор, з ідеальною межею поділу "покриття-основа" (рисі 1.6,а). Під час дослідження мікроструктури, одержаної в режимі "фазовий кон­траст", виявлено сіру зону завтовшки 1,5-2,0 мкм, що прилягає з боку основи до межі поділу. Із наведеного кількісного аналізу (рисі 1.7) в шести точках можна зробити висновок, що в точках Т2, Т3 (сіра зона) різко підвищується вміст хрому, марганцю та ва­надію. Точки Т,, Т2 належать до основи, а Т3, Т4, Т5, Т6 — до по­криття. Відстань між точками становить 20 мкм.
...
Вивчаючи розподіл наявних елементів з використанням про­грами "Ощітар", була виявлена взаємодія між елементами Ре-У, Ре-Сг, У-Сг, Ре-У-Сг. Крім того, криві розподілу за програмою "Ьаішкап", а також дані, одержані на мікроаналізаторі "СатеЬах 8X50", підтвердили раніше зроблене припущення про природу сірої зони і взаємне розчинення хімічних елементів на межі "по­криття-основа". Так, залізо основи взаємодіє на межі "покриття-основа" з хромом і ванадієм, а потім розчиняється в покритті. За­вдяки такій взаємодії можливе, як зазначалось раніше, утворення сполуки Ре-Сг-V. Нікель не бере участі в дифузійних процесах, а лише розчиняється в покритті.
...
Таким чином, проведені дослідження мікроструктури оплав­леного плазмового покриття і дані локального рентгеноспектраль­ного аналізу свідчать про взаємне дифузійне масоперенесення ти­тану, ванадію, хрому в основу і заліза та марганцю з основи в по­криття, внаслідок взаємодії розплавленого лазером покриття і твердої основи. Межа між покриттям і стальною підкладкою стає розмитою і являє собою тверді розчини легуючих елементів у залізі.
...
У результаті триботехнічних випробувань встановлено підви­щення стійкості проти зношування оплавлених покриттів порівня-
...
но з вихідними без обробки більше, ніж у 2 рази, за кімнатних тем­ператур і в 5 разів за високих. Так, якщо зведений знос напилено­го покриття ВТН при 293 К становить 51,1 мг/см2, а при 1100 К — 47,5 мг/см2, то оплавленого відповідно — 27,9 і 12,14 мг/см2. При цьому зношування контртіла при терті по напиленому покриттю менше, ніж при терті по оплавленому покриттю. Напевно, це мож­на пояснити більш інтенсивним утворенням на плазмових покрит­тях оксидних плівок, що виконують роль твердого мастила. Цьо­му сприяє те, що кількість кисню в газотермічних покриттях, що формуються в атмосфері повітря, на кілька порядків перевищує вміст цього елемента в компактних матеріалах, отриманих тради­ційними методами металургії.
...
лося, руйнування на­пиленого покриття при терті відбуваєть­ся головним чином за рахунок викришу­вання окремих час­тинок і зумовлене на­явністю пор, підви­щеною крихкістю, низькою релаксацій­ною здатністю. Оп­лавлення напилених покриттів підвищує їх працездатність у екстремальних умо­вах, запобігаючи їх
...
стійкими є покриття з подвійним оплавленням (рисі 1.6, б), що пов'язано з особливостями їхніх структур, які забезпечують по тов­щині покриття позитивний градієнт властивостей. При цьому по­верхневий шар із пружно-пластичною дрібнозернистою структу­рою сприяє самоорганізації вторинних структур, а розташовані нижче шари стовпчастої структури зміцнювальних фаз ефектив­но демпфірують зовнішні нормальні та зсувні навантаження. За підвищених температур стовпчаста структура тугоплавких фаз про-
...
но з вихідними без обробки більше, ніж у 2 рази, за кімнатних тем­ператур і в 5 разів за високих. Так, якщо зведений знос напилено­го покриття ВТН при 293 К становить 51,1 мг/см2, а при 1100 К — 47,5 мг/см2, то оплавленого відповідно — 27,9 і 12,14 мг/см2. При цьому зношування контртіла при терті по напиленому покриттю менше, ніж при терті по оплавленому покриттю. Напевно, це мож­на пояснити більш інтенсивним утворенням на плазмових покрит­тях оксидних плівок, що виконують роль твердого мастила. Цьо­му сприяє те, що кількість кисню в газотермічних покриттях, що формуються в атмосфері повітря, на кілька порядків перевищує вміст цього елемента в компактних матеріалах, отриманих тради­ційними методами металургії.
...
никнення зумовлює високу жароміцність, а поверхневий шар -утворення щільних (оптимальної товщини) оксидних плівок. От­римані результати узгоджуються зданими аналітичного досліджен­ня напружено-деформованого стану композиційного покриття, навантаженого силами тертя.
...
Дослідження поверхонь тертя оплавлених покриттів показа­ли, шо за кімнатних температур відбувається утворення вторин­них структур та їх зношування внаслідок втомного руйнування (рисі 1.8, а).
...
При високотемпературних випробуваннях покриттів у деяко­му діапазоні зовнішніх навантажень (Т=1100 К, Р=5 МПа, У=1,5 м/с) відбувається контактне плавлення поверхоньтертя. Сліди на зразках — це напливи і кристали застиглої евтектики (рис. 11.8,в). При цьому спостерігається різке зниження коефіцієнта тертя до значень, характерних для граничного або навіть напіврідинного мастила (0,05-0,10).
...
Таким чином, оплавлення плазмових покриттів ефективно підвищує їхню адгезійну міцність та зносостійкість. Проте це не найбільш оптимальний метод підвищення властивостей газотер-мічних покриттів. Так, з метою регулювання зносостійкості плаз­мових покриттів здійснювали переплав деякої частини їх поверхні шляхом оплавлення лазером. Оплавлення проводили як повністю, так і з певним кроком, таким чином, щоб загальна площа оплав­лених ділянок становила 5-100 % всієї поверхні. Таке переплав­лення частини покриття поєднує в собі позитивні якості вихідних напилених покриттів — високу мікротвердість структурних скла­дових пористих шарів з оплавленими областями, які значно підви­щують працездатність покриттів в умовах жорстких динамічних на­вантажень. Слід зазначити, що інтенсивність зношування оплавле­ного з різним кроком покриття неоднакова і є нижчою порівняно з неоплавленим. Зношування повністю оплавленого покриття, як було показано раніше, в 1,5 — 2 рази менше, ніж вихідного напи­леного. Найбільшу зносостійкість має покриття, в якому лише близько 15 % поверхні переведено в литий стан.
...
никнення зумовлює високу жароміцність, а поверхневий шар -утворення щільних (оптимальної товщини) оксидних плівок. От­римані результати узгоджуються зданими аналітичного досліджен­ня напружено-деформованого стану композиційного покриття, навантаженого силами тертя.
...
Дослідження поверхонь тертя оплавлених покриттів показа­ли, шо за кімнатних температур відбувається утворення вторин­них структур та їх зношування внаслідок втомного руйнування (рисі 1.8, а).
...
При високотемпературних випробуваннях покриттів у деяко­му діапазоні зовнішніх навантажень (Т=1100 К, Р=5 МПа, У=1,5 м/с) відбувається контактне плавлення поверхоньтертя. Сліди на зразках — це напливи і кристали застиглої евтектики (рис. 11.8,в). При цьому спостерігається різке зниження коефіцієнта тертя до значень, характерних для граничного або навіть напіврідинного мастила (0,05-0,10).
...
Таким чином, оплавлення плазмових покриттів ефективно підвищує їхню адгезійну міцність та зносостійкість. Проте це не найбільш оптимальний метод підвищення властивостей газотер-мічних покриттів. Так, з метою регулювання зносостійкості плаз­мових покриттів здійснювали переплав деякої частини їх поверхні шляхом оплавлення лазером. Оплавлення проводили як повністю, так і з певним кроком, таким чином, щоб загальна площа оплав­лених ділянок становила 5-100 % всієї поверхні. Таке переплав­лення частини покриття поєднує в собі позитивні якості вихідних напилених покриттів — високу мікротвердість структурних скла­дових пористих шарів з оплавленими областями, які значно підви­щують працездатність покриттів в умовах жорстких динамічних на­вантажень. Слід зазначити, що інтенсивність зношування оплавле­ного з різним кроком покриття неоднакова і є нижчою порівняно з неоплавленим. Зношування повністю оплавленого покриття, як було показано раніше, в 1,5 — 2 рази менше, ніж вихідного напи­леного. Найбільшу зносостійкість має покриття, в якому лише близько 15 % поверхні переведено в литий стан.
...
Можна зазначити, що на поверхні тертя вихідної частини покрит­тя є сліди крихкого руйнування у вигляді викришувань, у той час як оплавлена частина гладка, без видимих ознак руйнування. Це підтверджують профілограми поверхні тертя (рис. 11.9,6), зняті по лінії сканування (рисі 1.9,о). Дослідження шорсткості зразків після тертя проводилось на растровому електронному мікроскопі .18М-840 у режимі сканування по вибраній лінії - "Ьапгзкап". У цьому режимі електронний зонд сканує зразок уздовж лінії в го­ризонтальному напрямку і промінь ЕЛТ модулюється за яскраві­стю пропорційно інтенсивності сигналу, емітованого зразком. Для оцінки рельєфу поверхні, як сигнал, що модулює яскравість ЕЛТ, взяли сигнал обернено розсіяних електронів (режим ТОРО).
...
Таким чином, проведені дослідження підтвердили, що газо-термічні покриття з нерівноважним ультрадисперсним станом повинні мати більш високі триботехнічні властивості. Проте низькі адгезійно-когезійні властивості не дають змоги реалізувати при терті механізм самоорганізації енергоємної структури плазмових покриттів. Навіть незначний переплав (10%) частини покриття сприяє суттєвому підвищенню його зносостійкості. Відновлення евтектичної рівноважної структури литого стану при оплавленні підвищує адгезійні властивості, але при цьому втрачаються такі переваги напиленого покриття, як висока мікротвердість, нерівно-важність структури (метастабільні фази, перенасичені тверді роз­чини фаз проникнення в металевій матриці). Тому заслуговує на увагу такий метод обробки плазмових покриттів, який би сприяв підвищенню адгезійно-когезійних властивостей при одночасно­му збереженні їх структурного стану. Адже відомо, що коли струк­тура заданих умов навантаження нестабільна, тобто здатна пере­будовуватися, енергія деформації розсіюється на сприятливі ре­лаксаційні процеси і зносостійкість матеріалу підвищується.
...
Можна зазначити, що на поверхні тертя вихідної частини покрит­тя є сліди крихкого руйнування у вигляді викришувань, у той час як оплавлена частина гладка, без видимих ознак руйнування. Це підтверджують профілограми поверхні тертя (рис. 11.9,6), зняті по лінії сканування (рисі 1.9,о). Дослідження шорсткості зразків після тертя проводилось на растровому електронному мікроскопі .18М-840 у режимі сканування по вибраній лінії - "Ьапгзкап". У цьому режимі електронний зонд сканує зразок уздовж лінії в го­ризонтальному напрямку і промінь ЕЛТ модулюється за яскраві­стю пропорційно інтенсивності сигналу, емітованого зразком. Для оцінки рельєфу поверхні, як сигнал, що модулює яскравість ЕЛТ, взяли сигнал обернено розсіяних електронів (режим ТОРО).
...
Таким чином, проведені дослідження підтвердили, що газо-термічні покриття з нерівноважним ультрадисперсним станом повинні мати більш високі триботехнічні властивості. Проте низькі адгезійно-когезійні властивості не дають змоги реалізувати при терті механізм самоорганізації енергоємної структури плазмових покриттів. Навіть незначний переплав (10%) частини покриття сприяє суттєвому підвищенню його зносостійкості. Відновлення евтектичної рівноважної структури литого стану при оплавленні підвищує адгезійні властивості, але при цьому втрачаються такі переваги напиленого покриття, як висока мікротвердість, нерівно-важність структури (метастабільні фази, перенасичені тверді роз­чини фаз проникнення в металевій матриці). Тому заслуговує на увагу такий метод обробки плазмових покриттів, який би сприяв підвищенню адгезійно-когезійних властивостей при одночасно­му збереженні їх структурного стану. Адже відомо, що коли струк­тура заданих умов навантаження нестабільна, тобто здатна пере­будовуватися, енергія деформації розсіюється на сприятливі ре­лаксаційні процеси і зносостійкість матеріалу підвищується.
...
Можна зазначити, що на поверхні тертя вихідної частини покрит­тя є сліди крихкого руйнування у вигляді викришувань, у той час як оплавлена частина гладка, без видимих ознак руйнування. Це підтверджують профілограми поверхні тертя (рис. 11.9,6), зняті по лінії сканування (рисі 1.9,о). Дослідження шорсткості зразків після тертя проводилось на растровому електронному мікроскопі .18М-840 у режимі сканування по вибраній лінії - "Ьапгзкап". У цьому режимі електронний зонд сканує зразок уздовж лінії в го­ризонтальному напрямку і промінь ЕЛТ модулюється за яскраві­стю пропорційно інтенсивності сигналу, емітованого зразком. Для оцінки рельєфу поверхні, як сигнал, що модулює яскравість ЕЛТ, взяли сигнал обернено розсіяних електронів (режим ТОРО).
...
Таким чином, проведені дослідження підтвердили, що газо-термічні покриття з нерівноважним ультрадисперсним станом повинні мати більш високі триботехнічні властивості. Проте низькі адгезійно-когезійні властивості не дають змоги реалізувати при терті механізм самоорганізації енергоємної структури плазмових покриттів. Навіть незначний переплав (10%) частини покриття сприяє суттєвому підвищенню його зносостійкості. Відновлення евтектичної рівноважної структури литого стану при оплавленні підвищує адгезійні властивості, але при цьому втрачаються такі переваги напиленого покриття, як висока мікротвердість, нерівно-важність структури (метастабільні фази, перенасичені тверді роз­чини фаз проникнення в металевій матриці). Тому заслуговує на увагу такий метод обробки плазмових покриттів, який би сприяв підвищенню адгезійно-когезійних властивостей при одночасно­му збереженні їх структурного стану. Адже відомо, що коли струк­тура заданих умов навантаження нестабільна, тобто здатна пере­будовуватися, енергія деформації розсіюється на сприятливі ре­лаксаційні процеси і зносостійкість матеріалу підвищується.
...
Рис. 11.9. Мікроструктура (а) та профілограми (б) поверхні тертя дискретно оплавленого покриття системи ХТН (вертикальне збільшення х 10000; горизонтальне хІОО)
...
Існує багато способів підвищення адгезійної міцності газотер-мічних покриттів. Для підвищення міцності зчеплення плазмово-
...
Рис. 11.8. Мікроструктура поверхонь тертя оплавлених плазмових ЕПсистеми ВТН
...
го покриття із основою широко використовують дифузійне відпа­лювання при температурі 1300-1400 К, що пов'язане із великими енерговитратами і небажаним перегріванням сталі. Ефективного підвищення адгезійних властивостей можна досягти дифузійним відпалюванням плазмових покриттів у режимі термоциклування. Термоциклічна обробка в інтервалі температур, що охоплюють поліморфні перетворення, призводить до інтенсифікації фазових перетворень. Ультразвукова обробка внаслідок проходження ди­фузійних процесів суттєво підвищує когезійну міцність покриттів. Суттєво знизити шкідливі розтягувальні залишкові напруження можнатермоциклуванням. Однак використання при ізотермічно­му, а також при термоциклічному відпалюванні пічного об'ємно­го нагрівання, якому властива інерційність нагрівання та охолод­ження, не дає змоги одночасно забезпечувати підвищення адге-зійної міцності зі збереженням певного рівня вихідного нерівноважного стану плазмового покриття.
...
У зв'язку з цим використовували термоциклічну обробку (ТЦО) покриттів при нагріванні променем лазера. ТЦО у діапа­зоні температур 1273 <-» 873 К проводили на лазерній установці "ЛАТУС-31" при таких режимах:
...
Температуру верхньої межі циклу обирали, виходячи з побу­дованих раніше діаграм фазових рівноваг; вона становила 0,75 Т^. Така температура допускає відсутність морфологічних змін в ев­тектичних кристалах фаз проникнення, але може істотно вплину­ти на розпад металевої основи матриці, коагуляцію дисперсних кристалів фаз проникнення, що містяться у білих шарах, а також на дифузійні процеси в зоні "покриття-сталь". Кількість термо­циклів обирали з урахуванням отримання рівнів структурного ста­ну, що наближаються до рівноважного. Таким чином, вибраний температурний і кількісний режим ТЦО давав змогу впливати на дифузійні процеси на межі покриття з підкладкою, структурний стан і термодинамічну рівновагу білих шарів.
...
В обох системах евтектичних покриттів ВТН і ХТН, починаю­чи з трьох термоциклів, спостерігається помітне зменшення меж між білими шарами і їх розпадання. У покритті ХТН після трира­зової ТЦО збільшується кількість сірих шарів, тобто білих шарів,
...
шо частково розпалися. В результаті збільшення кількості термо­циклів до п'яти відбувається більш повний розпад білих шарів з виділенням у них дисперсних частинок фаз проникнення. Одно­часно із цим проходять процеси коагуляції, коалесценції, що при­зводить до збільшення розмірів виділених частинок і появи твер­дого розчину із значно меншою кількістю фаз проникнення.
...
Кінетика зміни властивостей структурних складових покриттів залежно від кількості термоциклів наведена в табл.11.2. Спостері­гається зменшення мікротвердості для всіх структурних складових, що пов'язано із розпадом перенасиченого твердого розчину осно­ви. Необхідно зазначити, що мікротвердість евтектичних областей знижується тільки після чотирьох термоциклів. Можна припусти­ти, що зазначене зниження мікротвердості спричинене розпадом металевої матриці, а проходження процесів коагуляції із збільшен­ням кількості термоциклів не призводить до суттєвого зниження мікротвердості. Для білих шарів характерне постійне зниження мікротвердості із збільшенням кількості термоциклів. При цьому після шести циклів твердість білих шарів і евтектичних областей стає приблизно однаковою. Мікротвердість покриття після такої оброб­ки дещо нижча, ніж напиленого без ТЦО, але вища, ніж оплавле­ного лазером. Подальше збільшення кількості обробок призводить до зменшення мікротвердості білих шарів порівняно з евтектични­ми сплавами. Це, напевне, зумовлено коагуляцією фаз проникнен­ня в білих шарах, що знижує їхню міцність.
...
Мікротвердість і об'ємний вміст структурних складових плазмового покриття системи ВТН
...
Виходячи з цього, має певний сенс дослідження пористості, міцності зчеплення із основою, дифузійних процесів у плазмово­му покритті після дво-шестиразової ТЦО, коли зберігається відносно висока мікротвердість білих шарів і покриття в цілому.
...
Заданими, наведеними втабл.11.3, видно, щотермоциклуван-ня знижує пористість і підвищує міцність зчеплення плазмового покриття порівняно з вихідним без ТЦО. Підвищення адгезійно-когезійних властивостей напиленого покриття зумовлене інтен­сифікацією дифузійних процесів при ТЦО. Для виявлення стану, в якому знаходяться хімічні елементи в перехідній зоні "покрит­тя-основа", були проведені дослідження за програмою "Ощітар-М". Встановлено, що покриття містять досить велику кількість ванадію. Він дифундує на межу "покриття-основа" і взаємодіє із залізом та залізом і хромом одночасно.
...
Залежність мікротвердості, пористості і міцності зчеплення з основою 12Х18Н9Т від обробки плазмового покриття ВТН
...
Таким чином, обраний режим ТЦО (4-6 термоциклів) дає змогу підвищити адгезійні властивості та пластичність покриття, знизи­ти його пористість і одночасно зберегти відносно високу мікро­твердість.
...
зношування плазмових по­криттів у вихідному стані і після ТЦО показало їхню різну стійкість до зношування (рис. 11.11, табл.5.4). ТЦО дає можливість змінювати струк­турний стан і термодинамічну рівновагу білих шарів, підви­щуючи при цьому кількість ділянок із більш пластичною евтектичною структурою. Така структура може сприй­мати значну долю енергії і більшою мірою релаксувати
...
пластичності підвищувати напруження початку плас­тичної текучості матеріалу покриття і відповідно збільшувати його зносостійкість. Зниження крихкості і підвищення плас­тичності покриття після ТЦО збільшує його здатність до утво­рення вторинних структур, що свідчить про його сприятливі реологічні властивості.
...
На поверхнях тертя покриттів, яким було надано ТЦО, утво­рюються суцільні оксидні плівки, в той час як на покриттях без ТЦО утворюються плівки у вигляді окремих ділянок. Передумо­вою цього може бути зниження корозійної стійкості білих шарів при їхньому розпаданні. Стійкість проти зношування покриття ХТН після ТЦО підвищується більше, ніж покриття ВТН, зни­жується коефіцієнт тертя (рис. 11.11).
...
Таким чином, обраний режим ТЦО (4-6 термоциклів) дає змогу підвищити адгезійні властивості та пластичність покриття, знизи­ти його пористість і одночасно зберегти відносно високу мікро­твердість.
...
Рис. 11.10. Розподіл елементів за глибиною плазмового покриття
...
Триботехнічні випробу­вання при високих температу­рах показали, що стійкість проти зношування вихідних плазмових покриттів і після
...
Рис. 11.11. Залежність трибо-технічних власивостей плазмо­вого покриття ВТН без ТЦО (1,3) і з ТЦО (2,4) від наванта -ЖЄННЯ:
...
ТЦО приблизно однакова. Це пояснюється повним розпа­дом твердих метастабільних структур та інтенсивним окис­ленням покриттів через їхню пористість.
...
Таким чином, оплавлення та ТЦО лазером плазмових покриттів підвищують їхні трибо­технічні властивості в широкому діапазоні температур.
...
Рис. 11.11. Залежність трибо-технічних власивостей плазмо­вого покриття ВТН без ТЦО (1,3) і з ТЦО (2,4) від наванта -
...
При цьому, для деталей вузлів тертя, що працюють в умовах невисоких температур, можна рекомендувати напилені покриття з додатковою термоциклічною обробкою, а при високих темпера­турах — оплавлені плазмові покриття.
...
11.5. Структурно-фазовий стан та властивості двошарових покриттів на основі бар'єрного боридного і плазмового евтектичного покриттів
...
Характерною умовою служби покриттів при високих темпе­ратурах, що працюють у режимі теплозмін, є розвиток дифузійних процесів на межі сплаву між покриттям і основою. Інтенсивність проходження цих процесів значною мірою визначає праце­здатність покриття і ефективність його використання. Оскільки інтенсифікація дифузійних процесів ТЦО призводить до підви­щення адгезії, а при тривалому її впливі — до деградації вихідної структури та фазового складу, проведено дослідження властивос­тей двошарового покриття з бар'єрним прошарком, нанесеним лазерним легуванням. Окрім обмеження взаємної дифузії еле­ментів між покриттям і основою, бар'єрний шар має зменшувати градієнт властивостей і підвищувати адгезію. Як проміжний шар, що виконує функцію підкладки при наступному нанесенні газо-термічних покриттів, взято евтектичні композиції, що містять бор. Це зумовлено тим, що при напиленні плазмового покриття має місце підплавлення прошарку і відбувається дифузійне масопере-несення, яке залежить від розчинності елементів напилюваного матеріалу в евтектичних розплавах. Ступінь розчинності елементів покриття у евтектичних розплавах на основі залізних (Ре-В), ніке­левих (№-В) і деяких інших сплавів наведено в табл. 11.5.
...
Видно, що залізобористі евтектики мають невисоку темпера­туру плавлення, здатні при напиленні забезпечувати добру адге­зію з покриттям. Разом з тим, на відміну від евтектик N1-8,
...
Аналіз існуючих методів та способів борування (з погляду тех­нологічності) показав, що найперспективнішим є лазерне легуван­ня. Основним недоліком процесу борування традиційним методом хіміко-термічної обробки є його велика тривалість. Дифузійне на­сичення поверхні сталі найчастіше виконують при високотемпера­турному ізотермічному або ізотермічно-ступінчастому витриму­ванні з повною перекристалізацією сталі в аустенітний стан. Це при­зводить до перегрівання, внаслідок якого структура і механічні властивості погіршуються. Проте борування лазерним легуванням має ряд переваг, зокрема: локальність і безконтактність нагріван­ня, висока швидкість і продуктивність процесу, можливість дистан­ційної обробки у важкодоступних місцях, придатність до автома­тизації. Враховуючи це, для одержання боридного шару було взято метод лазерного легування. Для інтенсифікації процесу насичення бором і формування таким чином глибоких шарів з необхідним хімічним та структурним станом додатково використовували ТЦО.
...
Технологія формування бар'єрного прошарку складалася з підготовки поверхні, нанесення шару обмазки, проплавлення та термоциклування променем лазера. Лазерному легуванню підда­вали сталі У8 і 12Х18Н9Т з обмазок, що містили аморфний бор, або суміш аморфного бору з карбідом бору. Лазерну обробку і термоциклування в діапазоні температур 1273 <-> 873 К, що охоп­люють температури фазових перетворень, здійснювали на уста­новці "ЛАТУС-31" потужністю 1,2 Квт, діаметром плями лазер­ного променя 2,5 мм, швидкість пересування лазерного променя відносно зразка становила 400 мм/хв. (рисі 1.12).
...
Проведені дослідження показали, що леговані шари на сталях становлять структуру евтектичного типу на основі системи Ре-В-С, і, як правило, складаються з двох зон: нижньої, що закриста­лізувалась у вигляді стовпчастої структури боридів, і верхньої, дрібнозернистої, що не виявляється звичайними травниками.
...
Видно, що залізобористі евтектики мають невисоку темпера­туру плавлення, здатні при напиленні забезпечувати добру адге­зію з покриттям. Разом з тим, на відміну від евтектик N1-8,
...
Аналіз існуючих методів та способів борування (з погляду тех­нологічності) показав, що найперспективнішим є лазерне легуван­ня. Основним недоліком процесу борування традиційним методом хіміко-термічної обробки є його велика тривалість. Дифузійне на­сичення поверхні сталі найчастіше виконують при високотемпера­турному ізотермічному або ізотермічно-ступінчастому витриму­ванні з повною перекристалізацією сталі в аустенітний стан. Це при­зводить до перегрівання, внаслідок якого структура і механічні властивості погіршуються. Проте борування лазерним легуванням має ряд переваг, зокрема: локальність і безконтактність нагріван­ня, висока швидкість і продуктивність процесу, можливість дистан­ційної обробки у важкодоступних місцях, придатність до автома­тизації. Враховуючи це, для одержання боридного шару було взято метод лазерного легування. Для інтенсифікації процесу насичення бором і формування таким чином глибоких шарів з необхідним хімічним та структурним станом додатково використовували ТЦО.
...
Технологія формування бар'єрного прошарку складалася з підготовки поверхні, нанесення шару обмазки, проплавлення та термоциклування променем лазера. Лазерному легуванню підда­вали сталі У8 і 12Х18Н9Т з обмазок, що містили аморфний бор, або суміш аморфного бору з карбідом бору. Лазерну обробку і термоциклування в діапазоні температур 1273 <-> 873 К, що охоп­люють температури фазових перетворень, здійснювали на уста­новці "ЛАТУС-31" потужністю 1,2 Квт, діаметром плями лазер­ного променя 2,5 мм, швидкість пересування лазерного променя відносно зразка становила 400 мм/хв. (рисі 1.12).
...
Проведені дослідження показали, що леговані шари на сталях становлять структуру евтектичного типу на основі системи Ре-В-С, і, як правило, складаються з двох зон: нижньої, що закриста­лізувалась у вигляді стовпчастої структури боридів, і верхньої, дрібнозернистої, що не виявляється звичайними травниками.
...
на створювати як грубу, дендритну структуру, так і структуру, що являє собою тонкодиференційовану евтектичну суміш зміцню­вальної фази і перенасиче­ного розчину бору в залізі (рис.11.13).Утабл. П.бпо-дано значення глибини ле­гованого шару залежно від режимів лазерної обробки. Використання обмазки з аморфного бору та карбіду бору В4С призводить до збільшення товщини шару порівняно з легуванням тільки аморфним бором в 1,3—
...
більший, ніж на сталі 12Х18Н9Т. Найбільш імовірною причиною підвищення інтенсивності дифузійного насичення є формування ангідриду бору В203, який міститься в кількості до 3 % (за масою) в карбіді бору і є активним транспорте­ром до насичуваної поверхні.
...
На дифрактограмах оплавленого шару на сталі У8 виявляються рефлек­си таких фаз: а-Ре, РеО, Ре23(С,В)6, Ре3(С,В), Ре3С, РеВ. Встановлено, що при легуванні аморфним бором основ­ною зміцнювальною фазою є монобо-рид РеВ, в той час як при легуванні в суміші В+В4С зміцнювальна фаза складається в однаковій кількості з РеВ і Ре2В. Рентгеноспектральний аналіз легованих шарів на сталі У8 по­казав, що вміст основних елементів у них становить (% за масою): В — 1,198; С — 1,5; Ре — 96,73. Характер зміни концентрації хімічних елементів по Рис. 1.13. Мікроструктура глибині шару свідчить про збільшен- легованого бором шару на ня вмісту вуглецю і бору в приповерх- 
...
Рис. 11.12. Режим термічної оброб­ки легованих боридних шарів:
...
невому шарі і їх поступове зниження в глибину, при цьому бор є тільки в зоні легування, де відбувалося повне розплавлення сталі.
...
Аналіз кінетики формування легованих шарів показує, що тов­щина боридного шару насталі 12Х18Н9Ту 2-3 рази нижча, ніжна сталі У8. Структура такого покриття складається з боридів РеВ, Ре2В, Сг,В, а перехідної зони — з твердого розчину бору в аустеніті і карбіду хрому Сг23С6. Мікродюрометричні дані свідчать, що мікротвердість легованих шарів на сталі У8 і сталі 12Х18Н9Т ста­новить відповідно 11 та 6,5 ГПа.
...
Дослідження впливу ТЦО на структуру, фазовий і хімічний склад оплавленого шару показали, що із збільшенням кратності термоциклів росте товщина легованого шару і змінюється вміст хімічних елементів. Так, при збільшенні кількості термоциклів спостерігається перерозподіл легуючих елементів, що свідчить про принципову можливість цілеспрямованного керування за допомо­гою ТЦО хімічним складом по товщині легованого шару.
...
Залежність глибини легованого шару на сталі від режимів лазерної обробки
...
Рентгеноструктурним аналізом встановлено, що за кількісним співвідношенням фаз РеВ, Ре2В в поверхневому шарі після ТЦО переважаючою стає друга, більш стійка фаза.
...
У зв'язку з тим, що при лазерному легуванні і наступній ТЦО має місце конкуренція двох процесів - накопичення напружень (го­ловним чином термічних і напружень, пов'язаних з фазовим накле­пом) та їх релаксації, в покриттях можливе утворення тріщин (рисі 1.14, а).
...
Для зняття високих залишкових (термічних) і внутрішніх на­пружень зразки піддавалися додатковому відпуску при темпера­турі 1000 К (рисі 1.12). Мікрокрихкість боридного шару після ТЦО і відпуску за стандартною методикою визначити не вдало­ся, оскільки утворення тріщин біля відбитків індентора не спос­терігалось навіть при навантаженні 10 Н.
...
Рис. 11.14. Морфологія мікроструктури легованих шарів з обмазки складу: аморфний бор+В4С: а) - сталь У8, х200; б) - сталь 12Х18Н9Т, х200
...
шару додатково підвищує міцність зчеплення плазмово­го покриття (табл.11.8). Це обумовлено тим, що ТЦО ме­тастабільного легованого про­шарку викликає розпаду ньо­му
...
Рис. 11.15. Мікроструктура дво­шарового покриття на сталі 12X18Н9Т (легований боридний прошарок і плазмове покриття ХТН), х156
...
мної дифузії елементів евтек­тичного покриття з бар'єрним шаром. Спостерігалася лише дифу­зія бору в плазмове покриття, а також у підкладку із бар'єрного шару і заліза в цей шар. Обмеженість процесів масоперенесення у працюючому покритті і сприяє збереженню його високих експлу­атаційних властивостей.
...
Для з'ясування можливості використання двошарових по­криттів при високих температурах були досліджені їх жа­ростійкість, сумісність плазмового ЕП з легованим боридним про­шарком та бар'єрні властивості останього. Дослідження окислен­ня зразків із покриттями проводили у повітряному середовищі
...
Рис. 11.14. Морфологія мікроструктури легованих шарів з обмазки складу: аморфний бор+В4С:
...
термомасометричним методом, періодично фіксуючи масу без витягування зразка із зони нагрівання. Діапазон зміни температу­ри становив 800-1100 К при ізотермічному витримуванні протя­гом 6 год. Одержані дані були використані для побудови кінетич­них кривих окислення (рисі 1.16).
...
Залежність мікротвердості і міцності зчеплення плазмового покриття ВТН з легованим боридним прошарком від обробки
...
шарового покриття по­казали, що при темпе­ратурах до 1100 К не відбувається змін у структурі боридного ба­р'єрного прошарку і пе­рерозподілу елементів на межі "покриття-ос­нова". При цьому звер­тає на себе увагу той факт, що нанесення проміжного боридного прошарку більш ефек­
...
тивно підвищує жа­ростійкість покриття ВТН порівняно з ХТН. Можна припустити, що боридний шар, окислю­ючись до В203, є поста­чальником рухомого елемента - бору, який дифундує по порах на­
...
Рис. 11.16. Кінетичні криві окислення одно- і двошарових покриттів при температурі 1100 К: 1,2 — плазмові покриття ВТН; 3,4 — плазмові покриття ХТН; 1,3 — плазмові покриття без боридного прошарку; 2,3 — двошарові покриття
...
зовні з граничної зони і розташовується на зовнішньому боці оксидної плівки у вигляді розплаву В203 (Тпл=720 К). Це підтверджується наявністю у ве­ликій кількості на поверхні склоподібного боромісткого шару. Проте підвищену жаростійкість двошарового покриття ХТН по­рівняно з ВТН можна пояснити не тільки утворенням захисної плівки боридного ангідриду, а й оксидами легуючих елементів. Оксиди, розчиняючись у борному ангідриді, збільшують стабіль­ність та щільність плівки В203, що сприяє підвищенню її захисних властивостей. Водночас, хром, алюміній, кремній є основними елементами, при значній кількості яких утворюються тонкі оксидні плівки, що ускладнюють процес подальшого окислення. Отже, низька жаростійкість покриття ВТН зумовлена малим умістом хро­му, внаслідок чого утворюються товсті, пухкі оксидні плівки, що характеризуються незначними захисними властивостями.
...
Таким чином, двошарові покриття мають досить високу жа­ростійкість при температурі до 1100 К. Нанесення проміжного ле­гованого боридного прошарку сприяє релаксації напружень, за-
...
побігає утворенню тріщин і відшаруванню покриттів, підвищує адгезійні властивості та жаростійкість, є дифузійним бар'єром між зносостійким ЕП і сталевою основою.
...
Триботехнічні випробування показали, що стійкість проти зношування двошарових покриттів у всьому діапазоні температур виша, ніж для одношарових. Це насамперед зумовлено підвищен­ням адгезійних властивостей, зниженням градієнта твердості за глибиною покриття та підвищенням його термостабільності за­вдяки бар'єрним властивостям легованого боридного прошарку. За кімнатних температур на поверхні тертя спостерігаються вто­ринні структури і в незначній кількості ділянки крихкого викри­шування. Коефіцієнт тертя більш стабільний і нижчий, ніж при терті одношарового покриття.
...
Відомо, що в середовищі повітря основний вплив на тертя та зношування мають процеси окислення. При цьому інтенсивність окислення суттєво залежить від температурного режиму в зоні тер­тя. Так, при малих швидкостях ковзання поряд з ділянками, покри­тими оксидами, можна спостерігати ділянки напиленого покрит­тя, що крихко руйнується. Продукти зношування складаються з порошку оксидів і дрібних частинок ЕП. При збільшенні швидкості ковзання відбувається більш інтенсивне окислення, яке супровод­жується зниженням коефіцієнта тертя та величини зношення.
...
На рис. 11.17 подано мікроструктури окремих ділянок за гли­биною двошарового покриття на основі сплаву ВТН після тертя при температурі 1100 К. Можна відзначити термостабільність по­криття, відсутність слідів окислення і взаємодії між окремими його шарами.
...
побігає утворенню тріщин і відшаруванню покриттів, підвищує адгезійні властивості та жаростійкість, є дифузійним бар'єром між зносостійким ЕП і сталевою основою.
...
Триботехнічні випробування показали, що стійкість проти зношування двошарових покриттів у всьому діапазоні температур виша, ніж для одношарових. Це насамперед зумовлено підвищен­ням адгезійних властивостей, зниженням градієнта твердості за глибиною покриття та підвищенням його термостабільності за­вдяки бар'єрним властивостям легованого боридного прошарку. За кімнатних температур на поверхні тертя спостерігаються вто­ринні структури і в незначній кількості ділянки крихкого викри­шування. Коефіцієнт тертя більш стабільний і нижчий, ніж при терті одношарового покриття.
...
Відомо, що в середовищі повітря основний вплив на тертя та зношування мають процеси окислення. При цьому інтенсивність окислення суттєво залежить від температурного режиму в зоні тер­тя. Так, при малих швидкостях ковзання поряд з ділянками, покри­тими оксидами, можна спостерігати ділянки напиленого покрит­тя, що крихко руйнується. Продукти зношування складаються з порошку оксидів і дрібних частинок ЕП. При збільшенні швидкості ковзання відбувається більш інтенсивне окислення, яке супровод­жується зниженням коефіцієнта тертя та величини зношення.
...
На рис. 11.17 подано мікроструктури окремих ділянок за гли­биною двошарового покриття на основі сплаву ВТН після тертя при температурі 1100 К. Можна відзначити термостабільність по­криття, відсутність слідів окислення і взаємодії між окремими його шарами.
...
Рис. 11.17. Мікроструктура двошарового покриття після трибо-технічноговипробовування при температурі 1100 К: а-
...
загальний вигляд, х 50; б — перехідна зона між плазмовим ХТН і легованим боридним покриттями, х 2000; в — мікроструктура легованого боридного шару, х 2000; г — перехідна зона між боридним шаром і основою (сталь 12Х18Н9Т), х 2000
...
Висока зносостійкість двошарового покриття (рис.11.18) за підвищених температур зумовлена не тільки бар'єрними власти­востями легованого боридного шару, а й інтенсивністю їх окис­лення, складом оксидних плівок і, насамперед, утворенням В203, який при температурі понад 800 К у рідкому стані підживлює по порах плазмового покриття поверхню тертя і є рідким мастилом. Коефіцієнт тертя та знос при цьому знижуються. Це підтверд­жується проведеними дослідженнями жаростійкості, рентгено-структурним та металографічним аналізами. Так, на поверхні тер­тя спостерігається світлий склоподібний шар (рис. 11.17, а).
...
Слід відзначити, що зносостійкість двошарового покриття на основі сплаву ХТН вища, ніжна основі ВТН, що корелює з їх жа­ростійкістю.
...
Рис. 11.17. Мікроструктура двошарового покриття після трибо-технічноговипробовування при температурі 1100 К: а-
...
загальний вигляд, х 50; б — перехідна зона між плазмовим ХТН і легованим боридним покриттями, х 2000; в — мікроструктура легованого боридного шару, х 2000; г — перехідна зона між боридним шаром і основою (сталь 12Х18Н9Т), х 2000
...
подвійне оплавлення лазером; 5 — двошарове покриття (лазерне легування бором + плазмове напилення); 6 — двошарове покриття (лазерне легу­вання бором + плазмове напилення з оплавленням лазером)
...
Таким чином, лазерна обробка плазмових ЕП в режимі оплав­лення та термопиклування, а також нанесення бар'єрних борид-них прошарків суттєво підвищують їхні триботехнічні властивості в широкому діапазоні температур. При цьому, для деталей вузлів тертя, що працюють в умовах невисоких температур, можна реко­мендувати напилені покриття з додатковою термоциклічною об­робкою та подвійним оплавленням, а при високих температурах — оплавлені плазмові та двошарові покриття.
...
Рисі 1.18. Гістограми зносостійкості плазмового ЕП ВТН залежно від обробки:
...
Редактор Вдовиченко Валентина Миколаївна Коректор Асташева Марія Василівна Комп'ютерна верстка Полончук Микола Андрійович Дизайн обкладинки Ястребов Андрій Олександрович
...
Підписано до друку 14.12.2003. Формат 84x108 1/32. Папір офсетний. Друк офсетний. Гарнітура Ие'Моп. Умови
...
Редактор Вдовиченко Валентина Миколаївна Коректор Асташева Марія Василівна Комп'ютерна верстка Полончук Микола Андрійович Дизайн обкладинки Ястребов Андрій Олександрович
...
Черненко Віктор Сергійович КІндрачук Мирослав Васильович Дудка Олександр Іванович
...




    Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учебное пособие
    Сварка, резка, пайка металлов
    Сварка, резка и пайка металлов
    Променеві методи обробки: Навч. посібник
    Сварные базовые детали станков и машин. Обзор
    Руководство по пайке металлов
    Газовая сварка и резка металлов

    rss
    Карта