Остання редакція: 2018-04-26
Тези доповіді
Вивчено зносостійкість робочих поверхонь ріжучих елементів, відновлених методом комбінованої обробки, що включає попереднє хіміко-термічне насичення наплавлювального матеріалу в порошкових сумішах та наступне електроконтактне наплавлення отриманого матеріалу на раціональних режимах. Досліджено вплив розподілу структурних складових у наплавленому поверхневому шарі на величину та тривалість зношування відновленої поверхні комбінованим методом.
Для відновлення і зміцнення швидкозношуваних ріжучих елементів, що працюють в умовах інтенсивного зносу, широке застосування знаходять електроконтактні способи нанесення покриттів [1]. Однак технологічні можливості таких методів обробки обмежені низкою не достатків, пов'язаних з низькою міцністю зчеплення при електроконтактному наплавленні порошкових і спечених стрічок, а також з низькою зносостійкістю суцільних електродних стрічок і дротів [2]. У зв'язку з цим доцільно застосування технологій комбінованої обробки поверхні, що включає попередню хіміко-термічну обробку наплавочного матеріалу, що сприяє отриманню необхідних функціональних властивостей в наплавленомуробочому шарі електроконтактним методом. Абразивна зносостійкість відновленої поверхні обумовлюється структурою наплавленого матеріалу, що містить дифузійні шари, отриманих попередньою хіміко-термічною обробкою електродної стрічки, а також глибиною дифузійних шарів [3, 4].Комплексний аналіз впливу зазначених характеристик дозволить повною мірою оцінити якість відновленої поверхні, а також відповідність її функціональних властивостей, що надаються до деталей і вузлів машин, що працюють в умовах інтенсивного абразивного зношування [5].
Попередній хіміко-термічній обробці в порошкових сумішах піддавали стрічку товщиною 0,5 мм із сталі 45. Хіміко-термічне насичення проводили на різну глибину протягом 5 годин при температурі 1000 °С в порошкових сумішах з різним вмістом компонентів (табл. 1). Компонування порошкових сумішей обране таким чином, щоб було можливо вивчити вплив основних складових компонентів B4C, FeMn, Na3AlF6, постачальників B, Mn, і Al, відповідно, на структуру дифузійного шару в наплавні матеріали, його глибину і зносостійкість наплавленого шару.
Таблиця 1 – Склад порошкових сумішей і глибина дифузійного шару в наплавні матеріали після хіміко-термічної обробки
Інд.
Склад порошкової суміші, %
Глибина дифузійного шару, мкм
B4C
Na3AlF6
Al2O3
FeMn
1
50
2
48
-
275
2
46
6
48
-
295
3
42
10
48
-
305
4
25
2
48
25
325
5
23
6
48
23
305
6
21
10
48
21
283
Отримані наплавні матеріали подавали до відновлюваної деталі електроконтактним методом таким чином, щоб в контакті з поверхнею виробу перебувала сторона, яка не пройшла попередню хіміко-термічну обробку. Електроконтактну наплавку підготовленого наплавного матеріалу проводили на наступних режимах: тиск P = 2,0 кН; зварювальний струм Iсв = 6,5...7,5 кА; тривалість імпульсів струму tсв = 0,06 с. Мікроструктуру наплавленого матеріалу і глибину дифузійних шарів досліджували із застосуванням мікроскопа МІМ-8М, використовували хімічне і теплове травлення мікрошліфів. Мікротвердість визначали за допомогою приладу ПМТ-3, зносостійкість вивчали за методикою робіт [6, 7].Досліджували вплив двох типів насичувальних сумішей, наведених в табл. 1. До першого типу відносяться суміші 1, 2, 3, що містять різну кількість B4C, Na3AlF6 і мають однакову кількість нейтральної складової Al2O3. До другого типу відносяться суміші 4, 5, 6, що містять крім B4C, Na3AlF6 додатково FeMn і мають також однакову кількість нейтральної складової Al2O3.
Мікроструктура наплавленого матеріалу, що пройшов попередню обробку в сумішах 1-3, складається з двох типів боридів (Fe2B і FeB) і карбідів, які спостерігаються на границі з основним металом після теплового травлення. Результати теплового травлення свідчать про наявність Fe2B по всій глибині дифузійного шару в наплавленому матеріалі, а біля поверхні спостерігаються бориди FeB. Мікротвердість боридів FeB становить Н100 – 16300 МПа, що вище мікротвердості боридів Fe2B Н100 – 15300 МПа. Різниця типів боридів у структурі наплавленого матеріалу спостерігається також після хімічного травлення мікрошліфів, коли бориди FeB травляться сильніше, ніж бориди Fe2B. Зазначені типи боридів утворюються в наплавному матеріалі в процесі попередньої хіміко-термічної обробки наступним чином. Спочатку при насиченні B при достатній кількості Fe утворюються бориди Fe2B. Дифузія атомів заліза назустріч дифузії атомів В ускладнюється по мірі збільшення глибини шару. У якийсь момент на поверхні контакту боридного шару з сумішшю недостатньо атомів заліза для утворення Fe2B, і тоді утворюються бориди FeB. Різний вміст бору в боридах впливає на їх окислення при тепловому травленні. Бориди Fe2B містять менше B, ніж бориди FeB, а тому вони окислюються сильніше. Аналіз результатів дослідження зносостійкості поверхні відновлених деталей (рис. 1) свідчить про найменшу зносостійкість наплавленого матеріалу, що пройшов попередньо хіміко-термічну обробку в порошковій суміші складу 1.
Це пояснюється тим, що дифузійний шар в цьому випадку має найменшу глибину 275 мкм, так як його формування зумовлено мінімальним вмістом активатора (криоліту) в цій групі сумішей (2%). При насиченні в сумішах 2 і 3, що містять 6% і 10% криоліту, глибина дифузійного шару в наплавленому матеріалі становить 295 мкм і 305 мкм відповідно. Згідно рис. 1, збільшення глибини дифузійного шару в наплавленому матеріалі сприяло підвищенню зносостійкості виробу, причому в більшій мірі при зростанні товщини дифузійного шару від 275 мкм до 305 мкм. Мікроструктура дифузійних шарів наплавленого матеріалу після попереднього насичення в сумішах 4-6 характеризується наявністю боридівFeB і Fe2B, карбідів, а також великою площею «прожилок» твердого розчину, розташованих між боридами.
Рис. 1. Вплив складу насичувальних сумішей складів 1-3 (табл. 1) для попередньої хіміко-термічної обробки наплавного матеріалу на величину та тривалість зносу відновленої поверхні комбінованим методом
Глибина дифузійних шарів знижується зі збільшенням вмісту в порошкових сумішах кріоліту (див. табл. 1). Зносостійкість відновлених поверхонь з використанням комбінованого методу є такою ж високою, як і в випадку дослідження зносостійкості наплавленого матеріалу, що пройшов попередню хіміко-термічну обробку в сумішах 2 і 3, що містять в два рази більшу кількість B4C.
Отже, включення до складу порошкової суміші FeMn в процесі попередньої хіміко-термічної обробки наплавного матеріалу сприяє підвищенню зносостійкості робочих поверхонь, відновлених методом комбінованої обробки, що обумовлено не тільки наявністю боридів FeB і Fe2B, а також і наклепом твердого розчину, що містить FeMn.
Встановлено, що зменшення товщини дифузійного шару менше 295 мкм, обумовлене при ідентичних технологічних параметрах попередньо хіміко-термічної обробки наплавочного матеріалу відмінністю в складі насичувальної суміші, призводить до зниження зносостійкості наплавленої поверхні. Показано, що значного підвищення зносостійкості поверхні комбінованої обробкою сприяє наявність в складі порошкової суміші для попереднього хіміко-термічного насичення наплавного матеріалу FeMn, що обумовлює утворення в дифузійному шарі твердого розчину і подальший його наклеп в процесі електроконтактного наплавлення.
Література:
1. Ляшенко Б.А. Рекомендації по реконструкції технологічного парку України для нанесення зміцнюючих захисних покриттів / Б.А. Ляшенко, В.А. Ілюшин, С.А. Клименко// Інструментальний світ. – 2007. - №3. – С. 12-15.
2. Сабіров О.Н. Дослідження властивостей наплавленого антифрикційного сплаву / О.М. Сабіров, Г.Г. Онищенко, А.А. Слободяник // Праці Одеського політехнічного університету. - 2003. - Вип. 1 (19). – С. 8-11.
3. Євграфов В.А. Вплив твердості поверхневого шару на абразивний знос робочих органів грунтообробних машин / В.А. Євграфов, Б.Н. Орлов // Ремонт, відновлення, модернізація. – 2004. - №3. – С. 21-22.
4. Бережна О.В. Дослідження впливу комбінованої термомеханічної обробки на фізико-механічні характеристики покриття / Є.В. Бережна, А.В. Лапченко, М.А. Турчанинов // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. – Краматорськ, ДДМА. - №38. - 2016. - С. 125- 131.
5. Борисенко Г.В. Хіміко-термічнаобробкаметалів і сплавів: довідник / Г.В. Борисенок, А.А. Васильєв, Л.Г. Ворошнін. – М.: Металургія, 1981. – 424 с.
6. Кузнєцов В.Д. Підвищення зносостійкості деталей, відновлених електро- контактним наплавленням / В.Д. Кузнєцов, Е.В. Бережна, А.В. Лапченко // Проблеми тертя та зношування. – 2016. - №3 (72). – С.34-40.
7. Бережна О.В. Машина тертя для випробування на зносостійкість металу наплавлення / Є.В. Бережна, Ю.А. Чепель // Надійність інструменту та оптимізація техно- логічніх систем. Збірник науковихпраць. – Краматорськ, ДДМА. -№31,2012. – С. 112- 117.