Диссертация (Методики оптимизации процесса лазерного нанесения износостойких покрытий на валы газотурбинных установок), страница 15

Пример схемы измерений детритов показан на Рис. 5.9.Рис. 5.9. Схема измерения дендритов по микроструктуреИзмерения проводились по методике, рассмотренной в главе 2.Результаты измерений расстояние между дендритными ветвями второго118порядка (λ2) для разных образцов в исследованных областях представлены вТаблице 5.6.Таблица 5.6.Результаты измерения расстояние между дендритными ветвями второгопорядка (λ2) для разных образцов в исследованных областяхОбразец 1Образец 2Образец 3Образец 411,80632,41882,41142,207521,73732,74842,08342,721531,97032,46232,01842,838542,12792,25992,24582,7380Максимун2,12792,74842,41142,8385Минимун1,73732,25992,01842,2075Средный1,91052,47242,18972,6264Стандартное отклонение0,17480,20360,17600,2840Стандартная ошибка0,09990,21820,19640,2191λ2 по области (мкм)На Рис.5.10 эти значения представлены в виде графиков.Рис. 5.10.Графики зависимости λ2 для разных образцов в исследованных областяхРезультаты измерений диаметр дендритных ветвей второго порядка (D)для разных образцов в исследованных областях представлены в Таблице 5.7.119Таблица 5.7.Результаты измерений диаметр дендритных ветвей второго порядка (D) дляразных образцов в исследованных областяхОбразец 1Образец 2Образец 3Образец 411,43011,78182,03161,716421,40772,15981,93902,268031,64022,20601,84742,569841,75442,10532,19692,6022Максимун1,75442,20602,19692,6022Минимун1,40771,78181,84741,7164Средная ширина1,55812,06322,00372,2891Стандартное отклонение0,16760,19210,14910,4104Стандартная ошибка0,07620,17180,17110,1836Ширинадендритов пообласти “D”(мкм)На Рис.

5.11 эти значения представлены в виде графиков.Рис. 5.11. Графики измерений диаметр дендритных ветвей второго порядка (D)для разных образцов в исследованных областяхВ Таблице 5.8 приведены размерные характеристики дендритнойструктуры разных областей валика, наплавленного по режиму 1, а именно,дендритный параметр λ2, диаметр ветвей второго порядка D.120Таблица 5.8.Размерные характеристики дендритной структуры разных областей валика,наплавленного по режиму 1Область образца 1 λ2 (мкм) D (мкм)Область 11,811.43Область 21,741.41Область 31,971.64Область 42,131.75Как видно из Таблицы 5.8, дисперсность структуры по высоте валикаизменяется незначительто.В Таблице 5.9 приведены расчётные значения размерных характеристикдендритной структуры для всех исследованных режимов на верхнем уровне.Таблица 5.9.Получаемые разными режимами наплавки валиков, наплавленные по области 1№ режима λ2, мкм D, мкм S,мкм L*, мкмРежим 11,81,41110/26Режим 22,41,81613/29Режим 32,42,01815/37Режим 42,21,71411/42*числитель – длина дендритов в верхней части валика, знаменатель – в нижней.Как видно из Таблицы 5.9, значения λ2, D и S по областям валика впределах погрешности измерения не изменялись, длина дендрита существенновозрастала к нижней зоне: этот рост составлял 2-4 раза.

Характеристики λ2, D иS зависели от режима наплавки. Очевидно, что структура полученная порежиму 1 наиболее дисперсная, чуть грубее дендритная структура в случае121применения 4 режима, в валиках, полученных с применением 2 и 3 режимов,дендриты более крупные.Приведенные значения указывают на то, что на поверхности валикадендриты имеют меньшие размеры, чем в области, прилегающей к подложке:длина кристаллов L по глубине увеличивается более, чем в 3 раза, а диаметрветвей второго порядка D  примерно в 2 раза. Аналогичные результатынаблюдаются при использовании режима 3, при режимах 2 и 4 изменениеразмеров дендритов по глубине несколько меньше.ВТаблице5.10представленызначениядендритногопараметракристаллов, который, как известно, определяется скоростью охлаждения прикристаллизации, от режима наплавки и от глубины расположения внаплавленном валике.Таблица 5.10.Изменение дендритного параметра λ2 (мкм) по глубиненаплавленного валика, в зависимости от режимов наплавкиОбласть образца Режим 1 Режим 2 Режим 3 Режим 4Область 11,812,422,412,21Область 21,742,752,082,72Область 31,972,462,012,84Область 42,132,262,252,74Из данных Таблицы 5.10 видно, что при всех режимах наплавки ростдендритного параметра λ2 наблюдается с увеличением глубины и составляет от25 до 50 %.

При использовании режима 1 формируется наиболее дисперснаяструктура с минимальным дендритным параметром λ 2 равном 1,4.5.4. Определение фазового состава полученных покрытийОпределение фазового состава покрытий проводили по различнымметодикам. Для определения общего содержания различных фаз былиспользован визуальный метод путём обработки структурпрограммыImageScope.Поэтойметодикес применениемпроводитсяопределение122соотношения тёмных и светлых фаз на микроструктуре. Пример такогоизображения приведён на Рис. 5.12.Рис.

5.12. Пример изображения, полученное по программе ImageScopeПроведённый расчёт, по этой методике для всех четырёх образцов вразличных районах валика по высоте показан на гистограмме Рис. 5.13. Мысчитаем, что тёмные участки могут являться карбидом хрома.Рис. 5.13. Изменение процента тёмных фаз по глубине наплавленного валика, взависимости от режимов наплавкиДля уточнения химического состава фаз, образующихся в процессеполучения покрытий был применён метод рентгендифракционного анализа.Съемка проводилась в Co Кизлучении в режиме непрерывного сканированиясо скоростью 0,01°/c в интервале углов 2=30125.

Период кристаллическойрешетки кобальтового твердого раствора определялся по дифракционномумаксимуму (311) с погрешностью  0,0004 Å.123На Рис. 5.14 представлены дифрактограммы исходного порошка иверхней поверхности валика, полученных на различных режимах.ааввРис. 5.14. Дифрактограммы сплава Stellite 6: исходный порошок (а); верхняяповерхность наплавленного слоя по режиму 2 (б) и режиму 3 (в)124На дифрактограмме исходного порошка присутствуют только отраженияот кобальтового βтвердого раствора с ГЦК кристаллической решеткой. Прианализедифрактограммпокрытий,полученныхпоразнымрежимам,установлено, что при всех режимах образуются фазы в виде твердого растворана основе Co с ГЦК кристаллической решеткой (это высокотемпературнаямодификациякобальта)икарбидхромаCr7C3сгексагональнойкристаллической решеткой.Однако в зависимости от режима наплавки варьируется относительнаяинтенсивность отражений твердого раствора, что свидетельствует оразличной кристаллографической ориентировке зерен этой фазы, т.е.

оформировании текстуры. Так, при режимах 1 и 4 кристаллы кобальтовойматрицы имеют практически такое же пространственное распределение как висходном порошке; при режиме 2 наблюдается текстура {111}, то естьплоскость образца преимущественно совпадает с кристаллографическойплоскостью типа {111}; а при режиме 3 формируется очень резкая текстура{100}.При режимах 1, 2 и 3 текстура матрицы практически неизменна во всемнаплавленном объеме. Однако при режиме 4 текстуры верхней и нижнейповерхностей существенно различаются: в нижней части кристаллы твердогораствора имеют преимущественную ориентировку {311}. Известно, чтопоказатели прочности фазы зависят от кристаллографической ориентировки еекристаллов, таким образом, управляя текстурой матрицы, можно варьироватьее механические характеристики.Анализ дифрактограмм также позволил более точно оценить количествокарбидной фазы и равномерность ее распределения в наплавленных по разнымрежимам валиках.

В данном случае невозможно определить количествокарбидов по относительной интенсивности их отражений, так как карбиднаяфаза тоже текстурирована, кроме того, в нижней и верхней части валикапреобладают разные ориентировки кристаллов карбидов. Однако степень125распада кобальтового твердого раствора можно оценить по периоду егокристаллической решетки, что показано на гистограмме Рис. 5.15.Рис. 5.15.

Изменение период решетки твердого раствора Со для разныхрежимовИзгистограммывидно,чтоминимальныйпериодкобальтовоготвердого раствора зафиксирован на поверхности валика, полученного попервому режиму. Данный режим позволяет сформировать структуру смаксимальнымколичествомкарбидныхчастицCr7C3наповерхностинаплавленного слоя, что должно привести к повышению его прочностныххарактеристик, в том числе износостойкости. Подобный результат совпадает срезультатами испытаний на износ.При использовании режимов 1 и 3 период решетки кобальтового твердогораствора на поверхности наплавленного слоя меньше, чем на его внутреннейстороне.

Это свидетельствует о более высоком содержании карбидной фазы вповерхностном слое: при выделении из твердого раствора карбида его периодуменьшается. Вероятно, более интенсивный теплоотвод в нижней областинаплавленного материала приводит к подавлению диффузионных процессов:карбидная фаза не успевает выделиться из пересыщенного твердого раствора.При режимах 2 и 4 в пределах погрешности эксперимента периодкристаллическойрешеткитвердогорастворавнешнейивнутренней126поверхностей практически одинаковый, т.

е. карбидная фаза распределенаравномерно по всему объему.Для определения доли карбидной фазы были определены отношениясуммарной интенсивности всех линий карбида к суммарной интенсивностивсех линий кобальтового твердого раствора. Результаты в Таблице 5.11.Таблица 5.11.Содержание карбидных частиц Cr7C3 в наплавленном на различных режимахслое, в %Область анализаВерхНизСредне значениеРежим 1151816,5Режим 28109,0Режим 3151113Режим 4101713,5Из таблицы видно, что при всех режимах наплавки наблюдается некотораяразница между содержанием карбидов в верхнее и нижней части валиков,однако средние значения находятся в пределах от 13,0 до 16,5%.