Диссертация (1025312), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Это позволило определить этим методом оптимальный режимобработки, который совпал с одним из режимов, полученных селективнымметодом.107Глава5.СВОЙСТВАИСТРУКТУРАПОКРЫТИЙ.ТЕХНОЛОГИЯВОССТАНОВЛЕНИЯ ВАЛОВВ главе 4 была показана проведенная оптимизация процесса лазерногонанесения покрытий из порошка Stellite 6 на поверхность стали AISI 4340.Были выбраны оптимальные режимы процесса, обеспечивающие наилучшие, сточки зрения производительности и сцепления покрытии с подложкой,геометрические характеристики.Однако, кроме геометрических параметров необходимо обеспечитьтребуемые механические свойства покрытий. Для этого в данной главепроведенокомплексноеисследованиетвёрдостипокрытийиихтрибологические свойства, и обоснованы получаемые значения путём анализамикроструктуры и фазового состава.5.1. Исследование твёрдости полученных покрытийОднойизхарактеристик,определяющихмеханическиесвойствапокрытия, является микротвёрдость.
Исследовали изменение микротвёрдостипо глубине и ширине сечения покрытия, как показано на Рис. 5.1.HLH/2H/2LРис. 5.1. Схема измерения твердости по сечению покрытияИзмеренияпроводилинамикротвердомереDurascan20савтоматизированным измерением, по методике, подробно описанной в главе 2.Были исследованы четыре образца, изготовленных по выбранным наиболееоптимальным режимам (см. глава 4).
Маркировка образцов соответствуетмаркировке в Таблице 19 главы 4.108Полученные результаты измерений были статистически обработаны.Результаты статистических значений микротвёрдости по глубине покрытияпредставлены в Таблице 5.1.Таблица 5.1.ЗТВНаплавкаЗонаЗначения статистических значений микротвердости по глубине образцовНомер образцаНаименование значения1234Максимум522511511464Минимум437383464381Среднее значение492,3470,3491,6428,9Стандартное отклонение24,731,913,820,2Стандартная ошибка20,029,110,218,7Стандартная ошибка регрессии данных* 14,5828,0310,6012,57Максимум603519630549Минимум225232244237Среднее значение388,3372,5395,9392,3Стандартное отклонение162,0132,3159,0129,6Стандартная ошибка81,058,971,558,9Стандартная ошибка регрессии данных* 59,4040,9167,6932,68На Рис.
5.2 показаны зависимости микротвёрдости по высоте волика дляразных образцов.109Рис. 5.2. Зависимости изменения микротвёрдости по глубине валикаЗависимости изменения микротвёрдости по глубине зоны термическоговлияния показаны на Рис. 5.3.Рис. 5.3. Зависимости изменения микротвёрдости по глубине зонытермического влиянияКак видно из графиков рис.
5.2 наибольшая твёрдость достигается наглубинеоколо500мкмдляобразца№1.Исследованиеизменениямикротвёрдости в зоне термического влияния до основного материалапоказало, что покрытия на всех образцах в среднем в 2,8-3,0 раза твёрже, чемосновной металл.110Результатыстатистическихзначениймикротвёрдостипоширинепокрытия на уровне Н/2 показаны в Таблице 5.2.Таблица 5.2.Результаты статистических значений микротвёрдости по ширине покрытия наНаплавкауровне Н/2Максимум566520551486Минимум480467417418Среднее значение516,39495,50494,89449,14Стандартное отклонение21,4614,8735,1922,36Стандартная ошибка13,1311,6936,2121,52Стандартная ошибка регрессииданных11,8510,0824,6818,33Награфикахрисунка5.4показанызависимостиизменениямикротвёрдости по ширине покрытия на уровне Н/2 для всех исследованныхобразцов.Рис.
5.4. Графики тенденций твердости по ширине наплавки образцовКак видно из графиков Рис. 5.4. по ширине покрытия твёрдостьнезначительно изменяется от краёв к центру.1115.2. Исследование износостойкости покрытийОдной из основных характеристик рабочей зоны валов ГТУ являетсяизнос поверхности в процессе работы. Трибологическими характеристиками,определяющими износ являются коэффициент трения и величина износа.Коэффициент трения определяли методом измерительного скольжения наавтоматизированной машине трения (трибометре) TRIBOMETER фирмы CSMInstruments (Швейцария) по методике, рассмотренной в главе 2.Как было сказано в главе 2, цель работы заключается в определениикоэффициента трения и износа образцов при испытаниях с контртелом изстали. Испытывали 4 образца с покрытием и один без покрытия из сталиподложки.
В качестве пары трения использовался шар диаметром 6 мм изтвёрдого сплава ВК8.На Рис. 5.5 показаны графики изменения коэффициента трениявремени в зависимости от времени проведения испытания.ffВремя испытания, мин.аВремя испытания, мин.бот112ffВремя испытания, минвfВремя испытания, мингfВремя испытания, миндВремя испытания, минеРис. 5.5.Графики изменения коэффициента трения (ось y) от времени (ось х).а - образец № 1; б – образец № 2; в – образец № 3; г – образец № 4; д, е контрольный образецОбработкакоэффициентовграфиковтренияипредставлены в Таблице 5.3.позволилаошибкурассчитатьизмерений.средниезначенияПолученныезначения113Таблица 5.3.Значения коэффициентов трения покрытийРежимнаплавкиОбразцов, №Коэффициент трения, возвратнопоступательное движениемаксимумСреднеезначениеСтандартноеотклонение10,880,620,2020,910,530,3030,840,510,2140,650,610,14Контрольный0,7450,650,14Полученные результаты показывают, что коэффициент трения покрытий,особенно образца №1, близки к коэффициенту трения подложки.
Это говорит отом, что скальжение по покрытию будет не хуже, чем у основного металлавала.Другим важным показателем является износ полученных покрытий.Испытания проводились на оборудовании и по методике, рассмотреннойв главе 2. Результаты испытаний четырёх образцов и материала подложкипоказаны в Таблице 5.4.Таблица 5.4Результаты испытаний на износ покрытий и подложкиРежим наплавкиШиринаГлубина дорожки, Пробег,Износ,образцовдорожки, м*10-3м*10-6мм3/(Н*м)10,52,8218,91,15*10-1420,55,0218,92,06*10-1430,54,7218,91,93*10-1440,65,1218,92, 52*10-14Контрольный0,68,7218,94,29*10-14114На гистограмме Рис. 5.6 показаны сравнительные значения износовисследованных образцов.Износ, (10-14м3/(Н*м))543210Рис. 5.6.
Сравнительные значения износа испытанных образцовКак видно из данных Рис. 5.6 наименьший износ наблюдался у образца№1. Остальные образцы так же показали высокие характеристики износа. Всравнении с материалом подложки, покрытия в среднем имели износ в 1,7-3,7раза меньше, чем подложка.В Таблице 5.5 приведены в сравнении максимальные значения износа итвёрдости для всех исследованных образцов, полученных на оптимальныхрежимах.Таблица 5.5.Максимальные значения износа и микротвёрдости для образцов, полученныхна оптимальных режимах№ ОбразцаИзнос, м3/(Н*м)11,15*10-14Максимальная микротвёрдостьвалика, (HV 0.1)52222,06*10-1451131,93*10-1446442,52*10-14511Материалподложки4,29*10-14243115Как видно из Таблицы 5.4, на всех четырёх режимах износ в 1,7 - 3,7 разменьше, чем у материала подложки , а твёрдость в 2,0 - 2,14 раза превышаютзначенияматериалаподложки.Этипоказателиговорятотом,чтоэффективность применения лазерного метода нанесения покрытий из Stellite 6на поверхность стали AISI 4340 достаточно высока.Однако, очевидно, что свойствами покрытий, полученных на разныхрежимах существенно отличаются.
Например, износ, полученный на режиме 1в 2,2 раза меньше, чем на режиме 4. Микротвёрдость на режиме 1 так же выше,чем на других режимах. Для выяснения причин подобных отличий в свойствахнеобходимо провести исследования микроструктуры покрытий и определить ихфазовый состав.5.3. Исследование структуры полученных покрытийИзвестно [43], что свойства наплавленных материалов в значительнойстепени зависят от формируемой микроструктуры. Для определения причинразброса свойств в зависимости от режимов обработки были проведеныисследования структуры наплавленных слоев его химического и фазовогосоставов.
Сечение валиков, наплавленных на разных режимах, было разбито начетыре зоны, как показано на Рис. 5.7.1234Рис. 5.7.Макроструктура наплавленного валика с указанием зон исследования:1- поверхностная зона; 2-зона в центре валика; 3- зона на уровне поверхностиподложки; 4- зона границы сплавления валика с подложкойЗона под номером 1 расположена в самой верхней части валика иотражает процессы, которые происходят при кристаллизации близко к егоповерхности.
Зона 2 располагается на ½ высоты валика, и отражает процессы116кристаллизации в центре нанесённого слоя. Зона 3 находится на уровнеповерхности подложки и поэтому в формировании её структуры уже участвуетматериал на который наносится покрытие. Зона 4 является зоной сплавлениярасплавленного материала валика и нерасплавленной подложки, поэтому в нейдолжны наблюдаться самые высокие скорости охлаждения.Микроструктура образцов, полученных методом лазерной наплавки,исследовалась с помощью металлографического анализа по методике,рассмотренной в главе 2.
Фотографии микроструктур в различных зонах и дляразных образцов показаны на Рис. 5.8.Область 1абвгабвгабвгабвгОбласть 2Область 3Область 4Рис. 5.8. Фотографии микроструктуры по областям (х100): а - образец 1;б - образец 2; в - образец 3; г - образец 4117При анализе микроструктуры (Рис. 5.8) наплавленного кобальтовогосплава установлено, что при всех режимах лазерной наплавки наблюдаетсядендритное строение, Как видно из фотографий структуры существенноотличаются по количеству зерен их форме и размерам, причем размеры инаправление роста дендритов изменяются как от режима к режиму, так и поглубине наплавленного слоя.Для количественной оценки микроструктур была применена методикаколичественной металлографии, которая позволила оценивать изменениедендритной структуры в зависимости от режима наплавки, а так же по глубиненаплавленного слоя в виде числовых значений размеров дендритов.Для количественной оценки дисперсности структуры в каждой израссмотренных областей сечения валика определяли дендритный параметр, т.е.расстояние между дендритными ветвями второго порядка (λ2), диаметрдендритных ветвей второго порядка (D), длину дендритов (L) и их ширину (S).Размерныехарактеристикидендритныхкристалловопределялиспогрешностью 10 %.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
