Диссертация (Методики оптимизации процесса лазерного нанесения износостойких покрытий на валы газотурбинных установок), страница 7

Отрезной станок Discotom - 50Изготовлениешлифовдляметаллографическихисследованийосуществляли путём вырезки из валиков проб размером 5  10 мм. Полученныепробы запрессовывали в оправку на станке CitoPress – 20, показанном на Рис.2.10.42Рис. 2.10 Автоматический пресс для запрессовки образцов CitoPress - 20Запрессованные и залитые образцы шлифовали на шлифовально полировальном станке Tegramin – 20, показанном на Рис.

2.11.Рис. 2.11. Автоматический шлифовальный станок Tegramin – 20Способ изготовления шлифов не должен влиять на структуру материала иразрушать поверхностный валик. Не допускается повреждение валика и отрывего от основного материала. При изготовлении металлографического шлифа споверхности образца удаляют все следы вырезки. При операциях шлифования иполирования шлифа необходимо следить за тем, чтобы не изменился характерструктурно-фазовых составляющих поверхностного валика.

Кромки шлифа недолжны иметь закруглений. Каждая операция шлифования и полирования43проводится до исчезновения с поверхности шлифа следов предыдущейоперации. После каждой операции образцы тщательно протираются спиртом.Травление шлифов производят реактивы, которые выявляют границы илиокрашивают фазы в разные цвета или тона. Для травления всех шлифовприменятся раствор Марбле. Шлиф при травлении протирают ватнымтампоном до потускнения поверхности и промывают под струей воды и сушатфильтровальной бумагой.

Исследование микроструктуры поверхностноговалика шлифов проводится при увеличении х500 и х1000.Исследование микроструктуры проводили на оптическом микроскопеOlympus GX-51 с увеличением 50, 100, 200, 500 и 1000 крат. Внешний видмикроскопа показан на Рис. 2.12.Рис. 2.12. Оптический микроскоп Olympus GX-51Исследованиями на оптическом микроскопе выявляли особенностиструктур в зависимости от режимов наплавки.Дляколичественнойоценкидисперсностиструктурыприменялиметодику измерения размеров дендритов в структуре [68, 69]. В частностиопределяли размеры дендритов по глубине валика путем травления, различныхструктурно-фазовых составляющих валиков с последующей оценкой ихгеометрических характеристик при сравнении с соответствующими типовымиформами, а также за счет измерения их геометрических размеров наметаллографическом шлифе.

Наплавленный валик по глубине был разделен начетыре области, в каждой из которых определялись дендритный параметр, то44есть расстояние между дендритными ветвями второго порядка, ширинудендрита, диаметр дендритных ветвей второго порядка и относительныйпроцент содержаюших фаз.Измерение проведили с помощью программ AxioVision LE и MicrosoftExcell. Пример обмера с помощью указанных программ показан на Рис. 2.13.Рис. 2.13. Пример измерения размеров дендритов с применением программыAxioVision LEОпределение соотношения содержащихся фаз по глубине валиковпроводдили с применением программы ImageScope. Пример такого анализапоказан на Рис.

2.14.Рис. 2.14. Изображение, полученное по программе ImageScope45Фазовыйсоставнаплавленногосплаваопределялиметодомрентгендифракционного анализа на рентгеновском микроскопе. Съемкупроводилась в Co Кизлучении в режиме непрерывного сканирования соскоростью 0.01°/c в интервале углов 2=30125. Период кристаллическойрешетки кобальтового твердого раствора определялся по дифракционномумаксимуму (311) с погрешностью  0.0004 Å.2.4. Оборудование и методики механических испытаний полученныхпокрытийВ данной работе в качестве механической характеристики материалаизмеряли твёрдость полученного покрытия. Под твердостью понимаютспособности поверхностного слоя материала сопротивляться упругой ипластическойдеформацииилиразрушениюприместныхконтактныхвоздействиях со стороны другого, более твердого и не получающегоостаточной деформации тела (индентора). Существуют различные методыизмерения твердости, в нашем случае мы использовали метод Виккерса.В этом случае с помощью специального прибара в поверхность образцавдавливают алмазный индентор, представляющий из себя четырехграннуюпирамиду с углом при вершине α = 136°.

Нагрузка на индентор можетизменяться, в зависимости от условий опыта, от 10 до 1000 Н ,а длительностьвоздействия от 10 до15 с. После удаления нагрузки Р с под микроскопомизмеряется диагональ отпечатка d, оставшегося на поверхности. Числотвердости HV определяют делением нагрузки на площадь боковой поверхностиполученного пирамидального отпечатка по формуле:HV = (2 Р sin α/2) d2(2.1)Значение твердости по Виккерсу является усредненным условнымнапряжениемвместеконтактаиндентор-образецихарактеризуетсопротивление материала значительной пластической деформации.Объектом испытаний по данной методике были опытные образцы,изготовленные из стали AISI 4340 с валиком на основе кобальтого сплава Stelli-46te 6.

Для измерений использовали те же самые залитые шлифы, что и дляисследования микрострукуры. Микротвёрдость замеряли по ширине валика посередине высоты валика и по глубине валика по середине ширины валика.Методикапредназначенадляопределениятвердоститонкихповерхностных слоев и покрытий при испытательных нагрузках от 0,098 до1,961 Н и соответствует ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007 и ГОСТ 9450-76.Измерения проводятся на плоской, гладкой, свободной от постороннихвеществ,загрязненийивключенийповерхности.Поверхностьпослеокончательной обработки должна обеспечивать точное измерение длиныдиагоналей отпечатков.

Шероховатость испытуемой поверхности изделия(образца) не должна быть грубее Ra=0,32 мкм, определяемой по ГОСТ 2789.Место отбора шлифов из исследуемого образца выбирается на основаниирезультатов визуального (невооруженным глазом или с помощью лупы)осмотра поверхности.Вырезка производится таким образом, чтобы плоскость шлифа былаперпендикулярна исследуемой поверхности или находилась к ней под углом450, а противоположная поверхность образца была параллельна поверхностишлифа. Размер шлифа выбирается таким образом, чтобы при проведениииспытаний изделие не прогибалось и не поворачивалось. Толщина образцадолжна быть не менее 5 мм.

Способ изготовления шлифов не должен влиять наструктуру материала и разрушать поверхностный слой и кромки образца. Дляматериалов с защитными покрытиями не допускается повреждение покрытия иотрыв его от основного материала. При подготовке поверхности испытуемогообразца необходимо принять меры предосторожности, учитывая возможноеизменение твердости испытуемого валика вследствие нагрева или наклепа примеханической обработке. Для подготовки поверхности используется полировка.При изготовлении металлографического шлифа с поверхности образца удаляютвсе следы вырезки, например, заусенцы.Измерения твердости можно проводить при температуре окружающейсреды от 11 0С до 36 0С.

Чтобы получить наиболее точного результата47измерениямикротвердостинагрузкадолжнабытьповозможностимаксимальной. На стороне образца, противоположной испытуемой, посленанесения отпечатка не должно быть следов деформации материала, заметныхневооруженным глазом.Сначала микротвердость измеряется параллельно линии сплавления сосновным металлом в нескольких точках в зависимости ширины валиканаплавки с шагом 150 мкм, слева направо от 50 мкм с левого края.

Измеренияпроводятся с целью выявления влияния праметров поцесса наплавки намикротвердость линий сплавления валика.После измерений микротвердости параллельно линии сплавлениясосновным металлом измеряется микротвердость покрытий перпендикулярнолинии сплавления с основным металлом в нескольких точках в зависимостиглубины валика наплавки с шагом 150 мкм, сверх вниз от 50 мкм отповерхности, т.е. по глубине покрытия.Исследование образцов проводится на микротвердомере Durascan 20.Прибор автоматически производит измерения твердости приповерхностногослоя образцов с максимальной нагрузкой 98 Н.

Он имеет сенсорный экран и 3координатный механический стол. Обработка измерений осуществляетсяавтоматически по программе Ecos Workflow. Внешний вид прибора показан наРис.2.15.Рис. 2.15. Внешний вид автоматического микротвердомера Ecos Workflow48Одними из основных характеристик получаемых покрытий на валахэнергетических установок являются трибологические. В данной работе былиисследованы значения коэффициента трения и износа поверхности.Для испытаний использовали образцы, полученные на оптимальныхрежимах обработки. в частности было исследованы образцы изготовленные почетырём режимам в сравнении с материалом подложки из стали AISI 4340.Образцы представляли из себя пластины из стали AISI 4340 толщиной 5мм, с нанесённым покрытием из материала Stellite 6.

Покрытие состоит изодного слоя одиночных валиков с расстоянием между их осями 2,3 мм. На Рис.2.16 показан внешний вид исходного образца.Рис. 2.16. Внешний вид исходного образца для трибологических испытанийПоверхность нанесённого покрытия имеет значительную шероховатость,поэтому перед испытаниями проводили механическую обработку повехности.Механическую обработку проводили на глубину 1/3 высоты нанесённогослоя. Внешний вид образца после механической обработки показан на Рис.2.17.Рис. 2.17.Внешний вид образца для трибологических испытаний после механическойобработки49Трибологическиеизмерительногоиспытанияскольжениянаобразцовпроводилиавтоматизированноймашинеметодомтрения(трибометре) TRIBOMETER фирмы CSM Instruments (Швейцария), № 4473910 в Государственном реестре средств измерений (ГРСИ), с возвратнопоступательным движением по схеме стержень–пластина в соответствии с«Методикой выполнения измерений коэффициента трения f и износа I натрибометре Tribometer фирмы CSM (Швейцария).

МВИ КТИ/10 (Рис. 2.18).абРис. 2.18. Трибометр Tribometer фирмы CSM (Швейцария): а- внешнийвид прибора: б- испытательный узелМетод основан на измерении тензодатчиком силы трения, возникающейпри взаимном перемещении прижатых друг к другу с заданным усилиемиспытываемых поверхностей (плоский образец – сферическое контртело) навоздухе или в жидкости. При испытании образец совершает движение, асферическое контртело (шарик) фиксируют неподвижно в стержневомдержателе из нержавеющей стали, который передает ему заданную нагрузку исвязан с датчиком силы трения.