Променеві методи обробки: Навч. посібник

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ...

скачать книгу Променеві методи обробки: Навч. посібник

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

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Променеві методи обробки: Навч. посібник