Автореферат (1173109), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Эти изотермы показаны штриховыми линиями. Трёхмерныеизображения изотермы плавления кобальта показаны на рисунке 2. Областьвнутри такой изотермы можно условно назвать ванной плавления, имея ввиду, что плавится лишь кобальтовая связка, а карбид вольфрама остаётся втвёрдом состоянии.Таблица 1 – Распределение температуры (К) в зоне лазерной обработкиПараметр200 мм/с600мм/споповерхностимишени(OXY)ввертикальнойплоскости(OXZ)10абРисунок 2- Изотерма плавления кобальта примощностьощность излучения 100 Вт.Скорость сканирования (а) 200мм/с,(б)600м600мм/сИз рисунков видно, что при увеличении скорости сканирования от 200до 600мм/см/с ширина ванны плавления уменьшается от 120 до 100 мкм,глубина – от 40 до 30 мкм, а длина – от 140 до 120 мм. Таким образом, приувеличении скорости сканирования уменьшается объём зоны, нагретой вышеточки плавления кобальта, что уменьшаетуменьша нежелательные потери кобальта наиспарение. Зная размер ванны плавления можно спрогнозировать рядпараметров СЛП в случае (б), когда v=600 мм/судовлетворительноеудовлетворительное значениетолщинынаносимого слоя будет составлять 10 мкм, что является примернополовинойглубины.Дляпроверкимоделибылипроведеныэкспериментальныеисследованияисследования лазерного излучения на материалематериалВК20(WC 80%, Co20%)20%).Рисунок 3-СравнениеСравнение результатов эксперимента с рассчитанными тепловымиполями (К), (а) образец, полученный при скорости сканирования V=150 мм\с,мощности излучения P=100 Ватт, (б) образец, полученный при скоростисканирования V=300 мм\с,с, мощности излучения P=100 Ватт11На снимкахпоперечнпоперечных сечений образцов (рисунок 3) отчетливо виднызоны термического влияния.влияния Образец,полученный при V==150 мм\с, содержитпоры, что свидетельствует о кипении кобальта.Энергодисперсионннергодисперсионныйспектральныйанализанализподтвердилпотерюкобальтавданномобразце.СодержаниеСодержание кобальта в зоне термического влияния составляет: дляобразца,полученного,полученного при V=150 мм\с,15%,%, для образца,образца полученногоприV=300 мм\с,20%.20%.Для интерпретации полученных изображений былирассчитаны распределения температурытемпературы в поперечном сечении данныхобразцов.
Взоне соответствующейсоответствутемпературному интервалу от 1768 К(температура плавления кобальта) до 2500 К (начала(начала плавления карбидавольфрама) не наблюдалось роста карбидов при плавлении кобальтовойматрицы, что является благоприятным фактором для СЛП данной системы.Лазерная обработка пластин ВК 20 подтвердила адекватность модели ипоказала недопустимость перегрева этого материала, приводящего к потерепкобальта из-заза испарения, увеличению размера карбидных включений,включений и, вконечном счёте, к растрескиванию.В четвертой главепредставленыглавепредставлены результаты исследованийисходныхисследованийпорошков.. Проведен гранулометрический, морфологическийморфологически и ЭДС анализпорошковых материалов,приготовленыматериалов,ппорошковые смесисмес из исходныхкомпонентов.баРисунок 4 – Порошковая смесь 25% (по массе)WC и 75% (по массе)Coа) дообработки в шаровой мельнице (б) после обработкиДля получения наноструктурированногопорошковогонанопорошкового материала соднородным распределением (рисунок 4) использоваласьиспользовапланетарнаяшаровая мельница.ИсследовалисьИсследовались три смеси микронного порошка CoинанопорошкаWCвв пропорциях: 1) 25% (по массе)WC и 75% (по массе) Co, 2)1250% (по массе)WC и 50% (по массе) Co, 3) 75% (по массе)WCмассе)и 25% (помассе) Co и смесь микронного порошка WC и нанопорошкаCoнанопорошка в пропорции:4) 94% (по массе)WCWC и 6% (по массе) Co.РезультатыРезультаты проведенныхисследований показалиали, что обработка порошковых смесейразбивает мелкиеконгломераты, и позволяетпозвв процессе СЛП наносить равномерные слои.Вслои.смеси75% (по массе)WCмассе)и 25% (по массе) Coнене удалось получитьоднородногораспределениягораспределения компонентов,компонентов, далее данная смесь неисследовалась.В пятой главеисследовалисьисследовались изготовленные изделия методом СЛП изсмесей системы WC--Co,проведеныпроведены исследования влияниявлияни параметров СЛПна структуру, фазовый состав и физико-механическиефизико механические свойства исследуемыхисследуемматериалов с целью определения рациональных режимов.режимов Из полученныхсмесей были изготовленыобразцыизготовленыодиночных валиков, единичныхединичслоев иобъемных кубов при различном варьировании параметров процесса.
ПроцессСЛП можно рассматривать как совокупность валиков для формирования слояи совокупность слоев для формирования изделия. Следовательно, первымэтапом поиска рациональных режимов являетсяляется установление параметров,при которых получаются стабильные валики.валикиРисунок5-ОдиночныеОдиночные валикиизвалики смеси 25% (по массе) WC и 75% (по массе)Co, сплавленные примощности лазерного излучения P=70=70 Вт со скоростьюсканирования V=30000 мм/сс различной толщиной нанесенного порошковогослоя: а) толщина слояH=50слоя0 мкм, б) толщина слояH=20слоямкмПо результатам внешнеговосмотра и изучения поперечного сеченияваликов в микроскоп установлено,установ, что с уменьшением толщины нанесенногослоя геометрия сечения валика более правильная, в то время как при высокомпараметре толщины слоя валики имеют рельефную поверхность сметаллическими наростами на границах (рисунок 5).
Рациональнойвеличиной толщины наносимого слоя выбрана толщина H=20 мкм, т.к.нанесение более тонкого слоя механически затруднительно системойразравнивания машины, а увеличенная толщина требует большей мощностилазерного излучения или снижения скорости сканирования, что приводит к13перегреву и последующему растрескиванию. В диапазоне скоростейсканирования V от 30 до 300 мм/с спостоянной мощностьюP=70 Втустановлено, что с увеличением скорости геометрия валика становится болееоднородной (ширина валика, высота). Повышение скорости сканированияснижает перегрев материала и повышает производительность, но прискоростях выше 300 мм/с валик не имеет прочного металлургическогоконтакта с подложкой.При увлечении мощности излучения от 70 Вт до 150обратнопропорционально изменяется высота сплавленного валика, чтообъясняется испарением материала.
Экспериментально выявлено, что высотасплавленного валика в среднем в 1,5 раза меньше нанесенного слоя порошкапри мощности от 50-100 Вт. При мощности в 150 Вт высота валика меньше в4 раза. При мощности меньше 50 Вт валик имеет островковую форму иместами не имеет контакта с подложкой, что говорит о недостаточнойэнергии для переправления материала.Качество поверхностного слоя является одним из важнейших аспектовпри построении объёмных изделий методом СЛП. Поверхность каждого слоябудет являться подложкой для последующего. Поэтому находимо выбиратьтакие режимы обработки, при которых шероховатость поверхности слоябудет минимальной.абвРисунок 6 – Изображения сплавленных слоев25% (по массе) WC и 75%(по массе) Co(а) слой с перекрытием 0%, (б) слой с перекрытием 30%, (в)слой с перекрытием 50%Таблица 2.Шероховатость Ra поверхности слоев(мкм)№ измерения(а)(б)11,660,8621,771,0231,670,94Средний показатель1,70,9414(в)1,531,451,441,47Установлено,, что лучшее качество поверхности обеспечивают слоисплавленные с 30-тити процентным перекрытием,перекрытием, которое обеспечиваетсяшагом сканированияss = 70 мкм(Рисунок 6, Таблица 2).При изготовлении многослойного образца важным параметром являетсястратегия сканирования.
При однонаправленной стратегии сканированияизделие имело большее количество пор и большее отклонение от формы, чемизделие сплавленное с разнонаправленной стратегией.стратеги . Примеры образцов иих микроструктурыоструктуры показаны на рисунке 7.абРисунок 7 – Схемы стратегииссканирования, микроструктура материала иполученный образец25%образец(по массе) WC и 75% (по массе) Coпри (а)однонаправленн межслойной стратегии,, (б) разнонаправленнойоднонаправленнойразнонаправленнмежслойнойИсследования микроструктуры объемных образцов показало, чтоструктура становится более мелкодисперсноймелкодисперснс увеличением скоростисканирования (рисунок 8).8).
Для всех выбранных композиций результатповторяется. ФотографиимикроструктурФотографииструктур показаны на рисунке 9.15абРисунок 8– Микроструктура образцов 25% (по массе) WC и 75% (помассе) Coприпри Н = 30 мкм и Р=70 Вт: (а) скорость сканирования V=30V= мм/с;(б) V=300 мм/сбваРисунок 9 – Микроструктура образцов а)25%25% (по массе) WC и 75% (помассе) Co, б)50%% (по массе) WC и 50% (по массе) Coв)9494% (по массе) WC и6% (по массе) CoСогласно данным ЭДС анализа, распределение, количественный икачественный состав элементов в сплавленных образцахобразцсоответствуетисходным композициям.
Ренгеноструктурный анализ показал, что основнойфазой в образцеизеиз композициикомп25% (по массе) WC и 75% (по массе)Coявляется твердый раствор на основе кобальта.. Образец из 50% (по массе)WC и 50%% (по массе) Co содержит две фазы: твердый раствор на основекобальта (64%) и карбид вольфрама W3Co3C (36%). Вобразце,образце,содержащем94% (по массе) WC и 6%6 (по массе) Coосновная фаза – W2C (87%), WC (7%)и твердый раствор на основе кобальта (6%).(Композиция 50%% (по массе) WC и 50% (по массе) CoнеCo имевшая трещинпри изготовлении одиночных валиков и единичных слоев, растрескалась приизготовлении объемного образца.
Трещины образовались на поверхностислоя и в поперечном сечении материала. Таким образом,образом увеличениесодержания упрочняющей фазы привелопривело к расстрескиванию материала, чтоподтверждается литературными данными. Но композиция, содержавшая1694% WC - исключение в этом утверждении, трещины не наблюдались ни водиночных валиках, ни в одиночных слоях, ни в многослойных образцах. Этообъясняется наноразмерностью порошка кобальта, который имеет болееразвитую поверхность и, как результат,более низкую температуру плавления,чем у микронного порошка, что обеспечивает возможность полученияжидкой ванны расплава с равномерным распределением нерасплавленныхмикронных частиц WC.Результаты сравнительных исследований твердости и износостойкостиобразцов,полученных методом СЛПсодержащих25% (по массе) WC и 75%(по массе) Co, показали, что интенсивность изнашивания в 4 раза меньше чему образца CoCrполученного, тем же методом (твердости 540HV0,05и340HV0,05соответственно).Последующаятермообработкаобразцовсодержащих25% (по массе) WC и 75% (по массе) Coпривела к увеличениютвердости(до 700HV0,05) и износостойкости (интенсивность изнашивания до ипосле термообработки 1,7 м3/(м·Н) 0,8 м3/(м·Н) соответственно).Интенсивность изнашивания образцов из композиции состава94% (по массе)WC и 6% (по массе) Coв 1,3 раза меньше чем у образцов из сплава ВК6,полученныхтрадиционнымметодом(твердостьобразцов2500HV0,05и1550HV0,05соответственно).Результатысравнительныхиспытанийпредставленывтаблицах3,4.Сравнительныеисследованиятрещиностойкости показали, что образец содержащий94% (помассе) WC и 6% (по массе) Coнесколько хуже сопротивляется образованиютрещинпридеформировании,чемобразцыизсплавовВК61/2иВК20изготовленные традиционным способом (6,9±0,2 МПа·м8,9±0,21/21/2МПа·м 10,3±0,2МПа·м соответственно).Последующаятермообработкаобразцасодержащего94% (по массе) WC и 6% (по массе)Coувеличилатрещиностойкостьдо7,3±0,2МПа·м1/2.Испытанныйобразецсодержащий25% (по массе) WC и 75% (по массе) Coтрещин несодержал, что говорит о высокой трещиностойкостиданного материала.Таблица 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
