ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ ВОЕННЫХ НАУК

3(24)/2008 (спецвыпуск)

В.П. БЕЗБОРОДОВ,

ИФПМ СО РАН, Томск

ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Как одно из основных условий получения прочных композиций является то, что при любом виде оплавления должны обеспечиваться сплавление покрытия с основой и отсутствие трещин. Эти требования накладывают очень жесткие ограничения на величины температур нагрева, времени выдержки при этих температурах скорости нагрева и последующего охлаждения.

Охлаждающий эффект поверхности металла основы снижается в результате повышения его температуры при прогреве перед напылением и в процессе нанесения покрытий большой толщины (>1,5 мм).

После оплавления покрытий большой градиент значений микротвердости, возникающий после напыления на границе с основой, уменьшается ввиду образования в покрытии «мягкой» прослойки твердого раствора на основе никеля (Рис. 1), а также повышения твердости основы вследствие возникновения дисперсных перлитных структур или мартенсита (Рис.2, 3).

ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Прослойка в виде белой полосы шириной до 80 мкм образуется в результате контакта жидкой и твердой фаз, представляет собой твердый раствор железа в никеле, имеет микротвердость в пределах 2300-3500 МПа (в зависимости от содержания легирующих элементов) [1]. Наличие этой прослойки очень важно, так как гарантирует прочную диффузионную связь между покрытием и основой [2].

Количественный микрорентгеноспектральный анализ переходной зоны покрытие - основа показал, что в округлых зернах и дендритах g-твердого раствора содержится 3,0-5,0 % (вес.) железа, а в белой прослойке покрытия до 70 % (вес.) (Рис.4).

Концентрационные кривые свидетельствуют о неравномерном распределении железа в покрытии вблизи основы, а зона его диффузии из основы зависит от температуры оплавления покрытия, времени выдержки при ней и от структуры стали [3].

ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Необходимость изучения влияния длительности выдержки покрытий при температуре оплавления на распределение основных элементов (никеля и железа) в переходной зоне «покрытие- основа», была также обоснована трудностью контроля этой температуры в реальных условиях газопламенного, плазменного и, особенно, электроннолучевого, и лазерного нагрева. После оплавления в печи с выдержкой в течение 1 мин при температурах 1050-1100°С в покрытии на удалении 10 мкм от металла основы содержание железа

Одновременно, в этой прослойке покрытия снижается содержание Сr с 3,3-3,5 % до 2,0 % (вес.), Si с 4,5 % до 3,0 % (вес.) и Ni с 75,0-76,0 % до 30,0-60,0 % (вес). С увеличением температуры и времени выдержки глубина зоны диффузии железа возрастает, однако ширина образующейся при этом прослойки покрытия зависит от времени оплавления экстремально (Рис.5, 6).

Вблизи линии сплавления со стальной основой содержание Fe максимально, при удалении в глубь покрытия - резко снижается до уровня содержания Fe в сплаве. Ширина нетравящейся белой полосы покрытия на границе с основой с достаточно высокой степенью точности совпадает с шириной зоны диффузионного перераспределения Fe, Ni и Сr. Оплавление покрытий, вследствие протекающих диффузионных процессов в переходной зоне, изменяет химический состав прослойки покрытия и прилегающего к ней участка стальной основы. Свойства прослойки объясняются тем, что, как известно [4], железо уже при содержании ~ 5 % (ат.) разупрочняет g-твердый раствор. Это разупрочнение при образовании твердого раствора, не находящее пока объяснения, относится к аномальным явлениям, поскольку железо увеличивает параметр решетки никеля, так как его атомный радиус больше, чем у никеля.

Анализ данных, полученных в данной работе и приведенных в литературе, показал, что приконтактная область покрытия (нетравящаяся белая полоса) обогащена железом (из стальной основы) и обеднена хромом. Взаимная диффузия в системе Fe-Ni возникает в условиях градиента концентрации [5].

ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

При этом увеличение коэффициента взаимной диффузии наблюдается по мере возрастания в сплаве легкоплавкого компонента (или уменьшения температуры плавления сплава). В системе Fe-Ni компоненты образуют непрерывный ряд твердых растворов замещения. Количество железа, продиффудировавшего из основы в покрытие, сильно зависит от температуры. Эксперименты показали, что при 950-1000 °С за время 1-2 мин. диффузия железа, фактически, не выявляется, а с повышением температуры (1050-1200 °С) заметно усиливается, приводя к образованию четко выявляемой белой полосы.

Наличие белой прослойки очень важно, так как гарантирует прочную диффузионную связь между покрытием и стальной основой. Это подтвердили результаты прочностных испытаний композиций, показавшие повышение на 10-20 % прочности сцепления при образовании прослойки.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о том, что для формирования прочных композиций с покрытиями большое значение имеют строение переходной зоны «покрытие-основа» и ее преобразование при оплавлении после напыления покрытий. Эти преобразования, вызванные термическими, диффузионными и другими процессами, в значительной степени определяют структуру и свойства оплавленного покрытия, в том числе, приграничной прослойки, и основы (зоны термического влияния), в совокупности формируют сопряжение покрытие - основа и определяют качество композиции в целом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анциферов В.Н., Шмаков A.M., Агеев С.С., Буланов В.Я. Газотермические покрытия / Под ред. В.Н. Анциферова. - Екатеринбург: УИФ «Наука», 1994. -219 с.

2. Аппен А.А. Температуроустойчивые неорганические покрытия. - Л.: Химия, 1967. - 240 с.

3. Безбородов В.П., Никонова И.В., Сараев Ю.Н. Получение и применение композиций с износостойкими покрытиями // Тр. III-го Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата «EURASTRENCOLD-2006». - Якутск; Изд-во ИПС, 2006. -С. 51-56.

4. Соколов Г.Н. Свойства наплавленного металла, используемого для упрочнения металлургического инструмента // Автоматическая сварка. -2004. -№10. -С 62-64.

5. Шутов И.Д. Свойства покрытий, полученных газопорошковой наплавкой // Сварочное производство. - 1975. - № 5. - С. 36-39.


Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

  • <a href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX" data-mce-href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX">InstaForex</a>
  • share4you сервис для новичков и профессионалов
  • Animation
  • На развитие сайта

    нам необходимо оплачивать отдельные сервера для хранения такого объема информации