Малинов В.Л., Малинов Л.С.

(ГВУЗ «ПГТУ», г. Мариуполь)

Повышение свойств наплавленного металла за счет получения в нем аустенита И управления его количеством и стабильностью

Важным фактором повышения механических свойств и износостойкости наплавленного металла является получение в его структуре наряду с другими составляющими аустенита и управление его стабильностью. В работе приведены результаты исследований экономнолегированного наплавленного металла различных структурных классов, включающих .аустенит.

В высоколегированном наплавленном слое аустенит можно получить непосредственно после наплавки, а низколегированном он отсутствует и его следует получать термообработкой. Для достижения наиболее высокого уровня свойств применительно к конкретным условиям нагружения необходимы определенное количество и степень стабильности аустенита в структуре наплавленного металла.

В работе определялись структура, фазовый состав, механические свойства абразивная и ударно-абразивная износостойкость наплавленного металла разных структурных классов

Например, для получения высокого уровня прочностных свойств при достаточной пластичности следует наряду с малоуглеродистым мартенситом и/или бейнитом иметь в структуре наплавленного металла не более 15-20 % аустенита, При испытаниях на растяжение прирост мартенсита деформации на участке равномерного удлинения не должен превышать 10 %. Высокие характеристики пластичности и ударной вязкости достигаются при получении преимущественно структуры аустенита, постепенно превращающегося в мартенсит деформации при нагружении, когда пластическая деформация дислокационным механизмом практически исчерпана. В этом случае в зоне равномерной деформации образцов его количество не должно превышать 15-20%. В случае абразивного изнашивания наиболее высокую износостойкость имеет наплавленный металл со структурой высокоуглеродистого мартенсита, карбидов и аустенита (50-60 %), интенсивно превращающегося в мартенсит деформации на изнашиваемой поверхности. Его прирост должен составлять не менее 30-40 %. Аналогичный результат достигается, когда структура наплавленного слоя является аустенитно-карбидной, а прирост мартенсита деформации на изнашиваемой поверхности составляет 40-50 %.

Напротив, в случае интенсивного ударно-абразивного изнашивания структура наплавленного металла должна иметь преимущественно высокоуглеродистый сильно наклепывающийся аустенит повышенной стабильности. Прирост мартенсита деформации на изнашиваемой поверхности не должен превышать 10-15 %. Для получения требуемого количества аустенита, управления его количеством и стабильностью в наплавленном металле предложено проводить закалку или нормализацию с температур, превышающих обычно применяемые. Малоуглеродистый низколегированный наплавленный металл предварительно следует цементировать. Выбор температуры аустенитизации должен обеспечить растворение в аустените части карбидов, как следствие снижение мартенситной точки, и получение заданного количества аустенита требуемой стабильности. В зависимости от химического состава существует оптимальная температура такого нагрева. Превышение ее вызывает полное растворение карбидов, чрезмерное повышение стабильности аустенита, рост зерна в наплавленном металле и, соответственно, снижение его свойств.

Отпуск за счет различных температурно-временных режимов его проведения также позволяет управлять количеством и стабильностью аустенита в том случае, когда в наплавленном металле они не являются оптимальными. Повышение устойчивости аустенита по отношению к деформационному мартенситному превращению в наплавленном металле достигается отпуском при 250-300 ^оС продолжительностью 1-3 часа. При необходимости интенсифицировать деформационное мартенситное превращение проводится дестабилизация аустенита за счет  высокого отпуска при 600-650 ^оС 1-2 ч. При большой продолжительности низкого отпуска и кратковременности высокого процессы стабилизации и дестабилизации могут быть противоположными, указанным выше. При получении наплавленного металла, содержащего 7-8 % марганца со структурой малоуглеродистого мартенсита, отпуск при 620-650 ^оС позволяет получить в структуре 25-30 % метастабильного вторичного аустенита и управлять за счет времени выдержки его количеством и стабильностью, а, соответственно, изменять свойства в нужном направлении. Образование вторичного аустенита обусловлено тем, что температура высокого отпуска соответствует межкритическому интервалу температур, в котором происходит перераспределение углерода и марганца между a и g фазами, обогащение последней этими элементами и снижение мартенситной точки. Высокий отпуск, проводимый обычно для снятия внутренних напряжений в наплавленном металле, приводящий к снижению его прочностных свойств и износостойкости, в данном случае вызывает противоположный эффект.

Управлять количеством и стабильностью аустенита в наплавленном металле позволяет пластическая деформация. Проще всего в промышленных условиях проводить обкатку роликом наплавленного металла или обдувку его дробью. При этом степень деформации должна выбираться с учетом исходных структуры, фазового состава и условий эксплуатации. Усилить стабилизацию или дестабилизацию аустенита, вызванную, холодной пластической деформацией, можно проведением соответствующего отпуска. Получение в наплавленном металле структуры метастабильного аустенита в сочетании с различными обработками открывает широкие возможности для повышения долговечности деталей машин и инструментов, работающих в различных условиях нагружения.