Диссертация (1026134), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В области II, вблизи к границе проплавления зафиксированоувеличение микротвердости оплавов c 1010-1222, характерных для исходногосостояния, до 1307-1454 HV (Рисунок 3.22).абРисунок 3.22Микроструктура интерметаллидного слоя после наплавки на алюминиевыйпромежуточный подслой, полученный сваркой взрывом:а – в области I контакта расплава с поверхностью стали;б – в области II, увеличения размера оплавов в твердой фазеМаксимальныезначенияадгезионнойпрочности,полученныеприиспытании на срез по ОСТ 92 8629-75 составили 37,8 МПа, на отрыв по РД31.28.09-93 43 МПа, что является ниже требуемого значения в 60 МПа длябиметаллических элементов подшипников турбин и не позволяет рекомендоватьданную технологию для получения биметаллического подслоя с рабочим слоемиз КМ.На Рисунке 3.23 приведены типичные фрактограммы образцов, полученныхпосле испытания на открыв алюминиевого покрытия.
Особенностью картинразрушения наплавленных сталеалюминиевых образцов является хрупкийхарактер разрушения как по границе интерметаллидов Fe(Al,Si)3 - Al7,4Fe2Si с88образованием фасеток квазискола (светлые области на Рисунке 3.23), так и погранице интерметаллид-сталь (темный плоские области на Рисунке 3.23), что иобуславливает низкий уровень адгезионной прочности.абРисунок 3.23.Типичные изломы соединений сталь-алюминий при контакте жидкогоалюминиевого расплава с поверхностью сталиа – изображение, полученное в обратно-рассеянных электронах;б – изображение полученное во вторичных электронах3.3.
Исследование диффузионной зоны на границе раздела стальалюминий, при нанесении покрытия на промежуточный слой алюминия,полученного сваркой взрывом и отсутствием контакта расплава истальной основыГлубина проплавления промежуточного слоя не превышала 3,5 мм приобщей толщине промежуточного слоя 5 мм и обеспечивалась технологическимипараметрами режимов, приведенными в главе 2. После наплавки слоя изматричного сплава КМ интерметаллидная фаза в виде оплавов по сравнению сисходным образцом не изменила своих средних размеров и формы(Рисунок 3.24).Однакометаллографическиеисследованияпозволилиобнаружить, что в местах отсутствия оплавов произошло образованиесплошного слоя интерметаллидов толщиной до 6 мкм.
Согласно данным89рентгеноспектрального анализа тонкая прослойка по составу соответствуетинтерметаллидной фазе Fe2Al5.абРисунок 3.24.Микроструктура интерметаллидного слоя на границе раздела стальалюминий:а –после нанесения промежуточного слоя из алюминия марки АД1процессом сварки взрывом;б – после процесса аргонодуговой наплавки покрытия из матричногосплава при отсутствии расплава и стальной основыЕгообразованиеявляется,по-видимому,результатомпревышениятемпературы начала интенсивного роста интерметаллидов системы Al-Fe и, какследствие, развития диффузионных процессов в твердой фазе. При этомувеличение значения силы тока процесса аргонодуговой наплавки приводит к90росту толщины сплошной прослойки, которая достигает максимальногозначения под наплавленным валиком.Если в исходных образцах с алюминиевым промежуточным слоемполученным сваркой взрывом общая протяженность зоны, свободной отинтерметаллидной фазы составляет 15-20% от общей площади сварногосоединения, то в результате термического воздействия процесса аргонодуговойнаплавки с частичным проплавлением промежуточного слоя при отсутствииконтакта алюминиевого расплава со сталью, доля шва, свободная отинтерметаллиднойфазы,уменьшаетсядо2-5%илисовсемисчезает(Рисунок 3.25).абРисунок 3.25.Монохромное изображение диффузионной зоны.
Белым цветом выделенаинтерметаллидная фаза:а –после нанесения промежуточного слоя из алюминия марки АД1процессом сварки взрывом;б – после процесса аргонодуговой наплавки покрытия из матричногосплава при отсутствии расплава и стальной основыКромеметаллографическихисследованийпроводилиизмерениямикротвердости по границе раздела сталь-алюминий. Полученные значениявеличин микротвердости оплавов показали отсутствие влияния процессааргонодуговой наплавки. Значения микротвердости оплавов после наплавкисохранились на исходном уровне от 909 до 1200 HV.
Однако, в местах91образования тонкого слоя из интерметаллидов произошло увеличение значениймикротвердости от 65-104 HV до 450-800 HV.Испытания по оценке адгезионной прочности показали, что дляизготовленныхбиметаллическихобразцовхарактерныезначенияприиспытаниях на срез по ОСТ 92 8629-75 составляют 47 МПа, на отрыв по РД31.28.09-93 66,3 МПа, однако имеют большой разброс по прочности. Причем,уменьшение протяженности шва, свободного от оплавов отрицательносказывается на прочностных характеристиках сталеалюминиевого соединения.Таким образом, именно данная схема является наиболее предпочтительной дляизготовления дуговой наплавкой алюминиевого покрытия колодки подшипника,поскольку позволяет получать максимальный уровень адгезионной прочности.Врезультатепроведенногоисследованиявлиянияхарактераинтерметаллидного слоя на прочностные характеристики сталеалюминиевогосоединения установлено, что наличие сплошного слоя интерметаллидов награнице между сталью и покрытием не обеспечивает требуемый дляподшипников скольжения уровень адгезионной прочности.
Кроме того,установлено, что сплошной интерметаллидный слой может образовываться нетолько при контакте расплава композиционного материала с поверхностьюстали, но также и в твердой фазе за счет термического влияния от дуговойнаплавки. При этом возможно предотвращение роста интерметаллидов в твердойфазе и сохранение уровня адгезионной прочности сталеалюминиевогосоединения, полученного сваркой взрывом, ограничив температуру нагревадиффузионной зоны в процессе наплавки.3.4. Схемы формирования диффузионной зоныРезультаты проведенных исследований кинетики роста интерметаллиднойфазыпозволилиразработатьпринципиальныесхемыформированиядиффузионной зоны для каждого из рассмотренных случаев нанесения на стальс промежуточными слоями покрытия из алюминиевого сплава, содержащегокремний в количестве близком к эвтектическому (11-13% масс.%) и92соответствующему по химическому составу матричному сплаву КМ системы AlSiC.При наплавке кремнийсодержащего алюминиевого сплава на сталь спромежуточным слоем цинка, схема формирования диффузионной зоны награнице раздела сталь-алюминий аналогична и не имеет серьезных отличий отизученного другими авторами процесса создания сварных соединений стали иалюминия с применением кремнийсодержащих присадочных материалов иможет быть разделена на несколько стадий [58].На первой стадии происходит смачивание и растекание алюминиевогорасплава по поверхности твердой стали (Рисунок 3.26, 1).
На второй стадиижелезо начинает растворяться в расплаве и диффундировать в объемнаплавляемого металла. В это же время, атомы кремния агрегируют наповерхности твердой стали (Рисунок 3.26, 2). Дальнейшее развитие этихпроцессов приводит к образованию на поверхности твердой стали фазыинтерметаллида θ - Fe(Al,Si)3, имеющей температуру плавления 1100ºС.Третья стадия характеризуется формированием и последующим ростом состороны наплавленного алюминиевого сплава интерметаллидов τ5-Al7.4Fe1.8Si стемпературой плавления 850ºС. Данная фаза появляется в результатемоновариантной перитектической реакции L+ θ→ τ5 при высоких температурах,при которой τ5 фаза кристаллизуется вместе с θ-Fe(Al,Si)3 [87,88] или поквазиперитектической реакции L+ θ→ τ5+ (Al) имеющей место при температурах620 ºС [89,90]. Образование на границе раздела сталь-алюминиевый сплавнепрерывного слоя состоящего из фазы τ5-Al7.4Fe1.8Si препятствует дальнейшемуросту интерметаллидной фазы θ-Fe(Al,Si)3.
Поэтому, расположенная на границераздела сталь-алюминий со стороны стали интерметаллидная фаза θ-Fe(Al,Si)3представляет из себя тонкий слой с иглообразными выростами. На четвертойстадиипродолжаетсяростинтерметаллиднойфазыτ5-Al7.4Fe1.8Si,расположенной со стороны наплавленного алюмокремниевого сплава. Врезультате именно она становится основной составляющей диффузионного слояна границе сталь-алюминий при аргонодуговой наплавке алюмокремниевого93сплава на поверхность стали с промежуточным цинковым покрытием(Рисунок 3.26).Рисунок 3.26.Схема формирования интерметаллидного слоя при наплавкеалюмокремниевого сплава на сталь с промежуточным цинковым слоем [58]При наплавке алюмокремниевого сплава на сталь с полным проплавлениемпромежуточного слоя из алюминия, алюмокремниевый расплав, в отличии отпредыдущего случая, вступает в контакт не с поверхностью твердой стали, а симеющимся на границе раздела сталь-алюминий слоем интерметаллидов,образованным при нанесении промежуточного слоя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
