Диссертация (1026134), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Вероятно, причиной этогоявляется возможность образования агломератов между частицами в процессенаплавки, что препятствует равномерному распределению наполнителя в объеменаплавленного металла. Склонность частиц SiC образовывать агломераты можетбыть связана с недостаточным уровнем их смачиваемости матричнымрасплавом. По этой же причине частицы SiC не поглощаются движущимсяфронтом кристаллизации при затвердевании композиционной сварочной ванны,в результате чего происходит их оттеснение фронтом кристаллизации,приводящее к увеличению количества агломерации наполнителя перед ним ивозникновению между частицами SiC адгезионных сил [112].Таблица 14.Значения коэффициента вариации для присадочных прутков из КМ и длянаплавленных с их применением покрытийАК12+10 масс%SiC40Состав КМПрутокСреднее значение относительнойплощади армирующей фазы, %Коэффициент вариации, %НаплавленноепокрытиеАК12+5 масс%SiC40ПрутокНаплавленноепокрытие1317,74,37,215,336,129,637,7130Такимобразом,впроцессеаргонодуговойнаплавкипроисходитперераспределение частиц SiC, содержащихся в присадочном композиционномпрутке.
При этом их распределение становится менее упорядоченным:коэффициент вариации составляет 36,1-37,7.Данный характер их распределения в процессе аргонодуговой наплавкиможет быть связан с большей плотностью частиц SiC по сравнению с матричнымсплавом АК12. Для проверки этого предположения была проведена оценкавозможности седиментации частиц в зависимости от пространственногоположения при наплавке, изменение которого сопровождается сменойнаправления действия на частицы вектора силы тяжести. Влияние седиментациина характер распределения наполнителя в матрице определяли при оценкераспределения частиц SiC в композиционных слоях, полученных аргонодуговойнаплавкой на наклонную плоскость, расположенную под углом от 0º до 60º(Рисунок 2.9).Средние значения относительной площади, занимаемой частицами SiC внаплавленных слоях, представлены в Таблице 15.
Видно, что относительнаяплощадь частиц, измеренная компьютерным методом в программе ImageJ нафотографиях микроструктуры наплавленных композиционных слоев несколькоотличается от определенной теоретически в соответствии с принципомКавальера-Алера. Причем для наплавленных слоев, полученных с применениемприсадочных прутков, содержащих 5 и 10 масс.% частиц SiC фактическиезначениясреднейотносительнойплощадипревышаюттеоретическиесоответственно на 0,65 и 2,13% соответственно. Это может быть связано как сприсутствием в наплавленных слоях пор, принятых при компьютерном методеанализа в программе ImageJ за частицы SiC, так и с вероятностьювзаимодействия наполнителя с матричным расплавом в процессе наплавки пореакции 3SiC(т)+4Al(ж)=Al4C3 (т)+3[Si]Al.
Продукты взаимодействия даннойреакции могут скапливаться на границе раздела между наполнителем иматрицей, приводя к увеличению площади частиц SiC [34] (Рисунок 5.3).Однако, следует отметить, что в наплавленных слоях частицы SiC сохраняют131исходнуюформу,чтосвидетельствуетоботсутствииинтенсивноговзаимодействия между наполнителем и матрицей.Рисунок 5.3.Микроструктура наплавленного слоя из КМТаблица 15.Среднее значение относительной площади, занимаемой частицами наполнителяв наплавленных покрытияхСодержаниеУгол наклона подложки, °Среднеенаполнителя, масс. %0204060значение55,81%4,12%4,37%5,09%4,85%1012,81% 11,81%7,8%9,68%10,53%Коэффициент вариации составил в среднем 37% для покрытий ссодержанием 10 масс.% SiC в присадочном материале и 44,2% для покрытий ссодержанием 5 масс.% SiC в присадочном материале. При этом не наблюдаетсястрогой зависимости между пространственным положением, характеризуемымуглом наклона подложки при наплавке и значениями коэффициентов вариации.Поэтому можно говорить о том, что этот параметр не оказывает значительноговлияния на распределение частиц при наплавке, что позволяет в дальнейшем132выполнять наплавку в наиболее простом нижнем пространственном положении(Таблица 16).Таблица 16.Значение коэффициента вариации для наплавленных с применениемприсадочных прутков покрытий, в зависимости угла наклона подложкиСодержаниеУгол наклона подложки, °наполнителя, масс.
%0204060546,4%35,6%54,5%40,4%1031,85%26,6%57,7%32,2%При этом существует закономерность, заключающаяся в уменьшениисодержания частиц наполнителя в верхней части наплавленного слоя. Однако,после механической обработки, необходимой для выравнивания поверхностинаплавленного композиционного слоя, значения коэффициентов вариацииуменьшаются и не превышают 38,3 (Таблица 17).
Причем, меньшие значениякоэффициента вариации для покрытий, наплавленных с применениемприсадочных прутков, содержащих 10 масс% SiC, свидетельствуют о большейравномерности распределения.Таблица 17.Значение коэффициента вариации для наплавленных с применениемприсадочных прутков покрытий, в зависимости угла наклона подложки, послемеханической обработки покрытийСодержаниеЗначения коэффициента вариации при различныхнаполнителя, масс. %углах наклона подложки, %0°20°40°60°532,1%38,3%32,2%33,4%1021,2%16,7%27%29,25%В результате установлено, что технологический прием, заключающийся визменении угла наклона колодки подшипника при наплавке, не оказывает133существенного влияния на распределение частиц в наплавленном слое.
При этомвыявлена тенденция к более упорядоченному расположению частиц приувеличении их содержания в наплавленном слое. В статистике принято считать,что, если значение коэффициента вариации менее 33%, то совокупность данныхявляется однородной, если более 33%, то – неоднородной. Поэтомураспределение частиц SiC в объеме слоя, наплавленного аргонодуговойнаплавкой с применением прутков КМ с содержанием частиц SiC 10 масс%,можно считать однородным.5.1.2. Исследование влияния содержания частиц SiC в наплавляемыхпрутках из композиционного материала на жидкотекучестьОценку жидкотекучести сварочной композиционной ванны в зависимостиот количества армирующей фазы проводили по методике, описанной в главе 2.Внешний вид макрошлифов поперечных сечений горизонтальных валиков,наплавленных на наклонную поверхность присадочными прутками на основесплава АК12, содержащими 5 и 10 масс% частиц SiC, показаны на Рисунке 5.4.Результаты измерений несимметричности сечений наплавленных валиковприведены в Таблице 18.
Видно, что увеличение доли наполнителя с 5 до10 масс% в составе присадочного материала из КМ приводит к уменьшениюзначений несимметричности сечения наплавленных валиков, что означаетухудшение жидкотекучести сварочной композиционной ванны. Кроме того,значения краевых углов натекания и оттекания между поверхностью подложкии профилем наплавки у валиков, содержащих большее количество наполнителя,соответственно уменьшаются и увеличиваются, что затрудняет растеканиесварочнойкомпозиционнойванныипрепятствуетформированиюудовлетворительных наплавленных слоев.
Однако, следует отметить, чтоприсутствие в присадочных композиционных прутках на основе сплава АК12частиц SiC средним размером 40 мкм, в количестве 10 масс.% не являетсякритичным для удовлетворительного формирования наплавленных слоев(Таблица 18).134абРисунок 5.4.Макрошлифы поперечных сечений горизонтальных валиков, наплавленных нанаклонную плоскость прутками:а - АК12+5% SiC(40); б - АК12+10% SiC(40)Таблица 18.Влияние состава композиционных прутков на несимметричность сечения F2/F1и краевые углы φ1 и φ2 наплавленных валиковСостав композиционного прутка, масс.%F2/F1φ1, °φ2, °АК12 – 5%SiC(40)2,2318,170,3АК12 – 10%SiC(40)2,020,366,21)в скобках указан средний размер частиц в мкмТаким образом, принимая во внимание влияние содержания частиц SiC вобъеменаплавляемогометалланаихраспределениевпокрытииижидкотекучесть наплавляемого сплава для изготовления покрытия из КМ быливыбраны прутки АК12+10%SiC(40), как обеспечивающие наилучшее сочетаниевышеперечисленных характеристик.5.2.
Исследование трибологических свойств покрытий изалюмоматричных композиционных материалов, полученныхаргонодуговой наплавкойПромежуточный слой из алюминия марки АД1 толщиной 8 мм наносилипроцессом сварки взрывом по методике, описанной в главе 2. При получении135покрытийизКМдополнительнымподтверждениемсмоделированныхтемператур нагрева границы раздела сталеалюминиевых образцов в процессеаргонодуговой наплавки покрытий из КМ служили термопары, установленные всоответствующихзонахобразцов,показаниякоторыхнепревышалитемпературы 530ºС.После этого изготовленные образцы были разрезаны на части размером25х25 мм и механически подготовлены к испытаниям на трение (Рисунок 5.5).абРисунок 5.5.Макрошлиф образца с покрытием из КМ, нанесенного аргонодуговойнаплавкой (а) и микроструктура границы алюминиевый подслой-наплавленныйслой (б)Испытания на сухое трение скольжение покрытий из дисперснонаполненных алюмоматричных композиционных материалов, наплавленных насталь с применением присадочных прутков АК12-10%SiC(40) проводили пометодике, приведенной в главе 2.
Интенсивность изнашивания исследуемыхобразцов определяли в диапазоне трибонагружения от 0,2 до 2,56 МПа прискорости скольжения 0,39 м/с. Полученные значения сравнивали с результатомиспытаний образцов с рабочим слоем из баббита Б83, нанесенного на стальноеоснование.На Рисунке 5.6 приведены результаты оценки износостойкости прииспытаниях на трение и износ. Видно, что с увеличением нагрузкиинтенсивность изнашивания всех образцов повышается. Образцы с рабочимслоем из дисперсно-наполненных КМ АК12-10% SiC(40), имеют меньшие136значения интенсивности изнашивания во всем диапазоне трибонагружения, чтоподтверждает перспективность применения алюмоматричных композиционныхматериалов вместо баббитов для подшипников скольжения паровых турбин.Рисунок 5.6.Интенсивность износа алюмоматричного КМ АК12+10%SiC(40) и баббита Б83 взависимости от режима трибонагруженияПри удельных нагрузках более 1,14 МПа образцы с рабочим слоем избаббита переходят в задир, что подтверждается не только резким увеличениемзначения Iv, но и подплавлением и последующим выдавливанием из плоскоститрения, а также отслоением баббитового покрытия от стальной основы(Рисунок 5.7).абРисунок 5.7.Внешний вид образцов с баббитовым покрытием после испытаний на трение иизнос при удельной нагрузке 1,14 МПа137Признаки, свидетельствующие о переходе в задир или разрушении образцовс покрытием из КМ отсутствуют и, вероятно, покрытие способно сохранятьработоспособность при дальнейшем повышении удельной нагрузки при трении(Рисунок 5.8)Рисунок 5.8.Покрытие из алюмоматричного КМ после испытания на трениеРезультаты расчета средних коэффициентов трения исследованныхобразцов представлены на Рисунке 5.9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
