Диссертация (1173110), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Последующая термообработка образцаиз 94% (по массе) WC и 6% (по массе) Co увеличила его трещиностойкость с6,9±0,2 МПа∙м1/2 до 7,3±0,2 МПа∙м1/2.Таблица 5.11. Значение интенсивности изнашивания для исследуемыхобразцовМатериализделияИнтенсивностьизнашиваниях10-13, м3/(м∙Н)25% (по массе) WCи 75% (по массе) Coбез термообработкиЛитойЧХ28Д225% (по массе) WC и75% (по массе) Co стермообработкой1,7±0,21,5±0,20,8±0,2161Рисунок 5.41 – Дифракционный спектр образца 25% (по массе) WC и75% (по массе) Co после термообработкиабРисунок 5.42 – СЭМ изображения микроструктуры 25% (по массе) WC и75% (по массе) Co после термообработки: (а) общий вид образца, (б)распределение отдельных элементов. Левый рисунок - распределениекобальта (зеленый - кобальт), правый – распределение вольфрама (красный вольфрам)162КарбидыТвердыйрастворРисунок 5.43 – Микроструктура образца 25% (по массе) WC и 75% (помассе) Co после термообработки5.10 Рекомендации для изготовления изделий из порошковогоматериала системы WC-Co методом селективного лазерного плавленияВ результате исследований установлено, что образцы, изготовленныеметодом селективного лазерного плавления из композиционного материала94% (по массе) WC и 6% (по массе) Co, обладают высокой твердостью HV0,052500 и износостойкостью и отличаются хорошей жаростойкостью.
Образцы,163изготовленные из смеси 25% (по массе) WC и 75% (по массе) Co, имеютменьшую твердость HV0,05 700 и износостойкость. Точность линейныхразмеров образцов и шероховатость поверхностей составляет ± 80 мкм и Ra2,2±0,2 мкм соответственно.Рациональнымирежимамиселективноголазерногоплавлениякомпозиционных материалов являются: мощность лазерного излучения 50 Вт(для 94% (по массе) WC и 6% (по массе) Co) и 70 Вт (для 25% (по массе) WCи 75% (по массе) Co), диаметр пятна лазера 100 мкм, толщина порошковогослоя 20 мкм, скорость сканирования 300 мм/c, шаг сканирования с 30%перекрытием и разнонаправленная межслойная стратегия сканирования.
Вданной работе определено влияние режимов последующей термообработкиизделий, изготовленных селективным лазерным плавлением, на физикомеханические свойства. Наиболее благоприятным режимом последующейтермообработки можно считать отжиг в вакууме в течение трех с половинойчасов при температуре 7000С. Данная термообработка улучшает физикомеханические свойства изделий.Такимобразом,детали,изготовленныеметодомселективноголазерного плавления из композиционного порошкового материала можнорекомендовать для эксплуатации в условиях высокого абразивного износа.Примерами таких деталей могут быть:- роторы, поршни, шиберы в нефтяных насосах.- торцевые уплотнения в химических насосах.Деталь «Ротор».
В настоящее время в нефтедобывающей отрасли придобыче нефти в малодебитных скважинах используют объемно-роторныенасосы (ОРН) [101]. Ступень ОРН [102] состоит из ротора и пластин, привращении которых объем внутри камеры заполняется перекачиваемойжидкостью. В ходе вращения ротора объем в камере уменьшается и жидкостьперемешается от ступени к ступени. При добыче пластовой жидкостироторный узел эксплуатируется в условиях повышенного абразивного164изнашивания, поэтому при изготовлении изделий используют белый чугунмарки ЧХ28Д2. Средняя твердость ЧХ28Д2 в литом состоянии 680 HV0,05.Из-за сложной геометрии (рисунок 5.44) и сложной обрабатываемостирезанием, роторы получают методом литья по выплавляемым моделям, послечегоизделияподвергаюттермическойобработкеипоследующеймеханической.
Термическую обработку проводят перед механическойобработкой для уменьшения твердости, и после механической обработки дляее увеличения.Данный технологический процесс весьма трудоемок исодержит 17 технологических операций. Известен способ изготовленияроторов с помощью обрабатывающих центров [103]. Такой способ повышаетпроизводительность и уменьшает трудоемкость, но также ограничен вобрабатываемых материалах.абРисунок 5.44 – Прототип ротора (а) вид спереди, (б) вид слеваПрименение метода селективного лазерного плавления экономическиобосновано при изготовлении сложнопрофильной детали ротор из материала16525% (по массе) WC и 75% (по массе) Co в сравнении с традиционнымизготовлением ротора из ЧХ28Д2 с аналогичными свойствами [104] .Применение материала 94% (по массе) WC и 6% (по массе) Co увеличиваетстоимость изделия вдвое.
Однако с учетом того, что стойкость к абразивномуизнашиванию данного материала выше, чем у ЧХ28Д2 и 25% (по массе) WCи 75% (по массе) Co, применение данного композиционного материала крабочим органам ОРН не только способно повысить рентабельность добычи,но ипозволит эксплуатировать насосыв скважинах, где добычанерентабельна либо невозможна ввиду высокой вязкости и повышенногосодержания абразива в пластовой жидкости.166ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 51.
Экспериментально выявлено, что для обеспечения энерговклада, недопускающегонагревматериала,приводящегокпотерекобальта,рациональная толщина порошкового слоя составляет 15-25 мкм.2.Результатыпроведенныхэкспериментальныхисследованийпоказывают, что при повышении мощности лазерного излучения высотасплавленных валиков уменьшается за счет увеличения испарения материала.Экспериментально выявлено, что высота сплавленного валика в среднем в1,5 раза меньше нанесенного слоя при мощности от 50-100 Вт. Примощности в 150 Вт высота валика меньше в 4 раза.
При мощности меньше 70Вт валик имеет островковую форму и местами не имеет контакта сподложкой, что говорит о недостаточной энергии для переправленияматериала.3. Результаты проведенных исследований показывают, что повышениескорости сканирования благоприятно влияет на геометрию валиков, но прискоростях выше V = 300 мм/с валики не имеет прочного металлургическогоконтакта с подложкой. Также высокие скорости сканирования снижаютперегревиспособствуютобразованиюмелкодисперснойструктурыобразцов.4.
Результаты проведенных исследований показывают целесообразностьприменения разнонаправленной межслойной стратегии сканирования ииспользования шага сканирования, равного s = 70 мкм, для уменьшенияпористости и лучшего металлургического контакта между слоями приизготовлении объемных образцов.5. Результаты энергодисперсионного анализа позволяют говорить, чтохимический состав полученного материала однороден на субмикронномуровне, поскольку масштаб неоднородностей в материале меньше, чемпредел разрешения применявшегося анализа, составляющий около 1 мкм.1676.
Результаты проведенных исследований показали, что увеличениесодержание WCв композиции WC-Co приводит к растрескиваниюматериала после СЛП.Однако эксперементально установлено, чтосоотношение наноразмерного порошка Co к микронному WC в материале94% (по массе) WC и 6% (по массе) Co – исключает растрескивание водиночных валиках, в одиночных слоях и в многослойных образцах.7.
Рентгеноструктурный анализ показал, что основной фазой в образце ссоотношением компонентов: 25% (по массе) WC и 75% (по массе) Coявляется твердый раствор на основе кобальта. Образец из композиции 50%(по массе) WC и 50% (по массе) Cо содержит две фазы: твердый раствор наоснове кобальта (64%) и карбидвольфрама W3Co3C (36%).В образце,содержащем 94% (по массе) WC и 6% (по массе) Co основная фаза – W2C(87%), WC (7%) и твердый раствор на основе кобальта (6%).8.Результатысравнительныхисследованийтвердостииизносостойкости образцов, полученных методом СЛП из 25% (по массе) WCи 75% (по массе) Co, показали, что интенсивность изнашивания в 4 разаменьше чем у образца CoCrMo, полученным тем же методом, при твердости540 HV0,05 к 340 HV0,05 соответственно.
Термообработка образцов из 25% (помассе) WC и 75% (по массе) Co увеличила твердость до 700 HV0,05иповысила износостойкость. Интенсивность изнашивания образцов из 94% (помассе) WC и 6% (по массе) Co в 1,3 раза меньше чем у образца из сплаваВК6, полученным традиционным методом, при твердости 2500 HV0,05 к 1550HV0,05 соответственно.9.Результатысравнительныхисследованийнажаростойкостьустановили, что образцы, выращенные из смеси 94% (по массе) WC и 6% (помассе) Co имеют меньший удельный прирост массы по сравнению собразцами из смеси 25% (по массе) WC и 75% (по массе) Co (1,57 мг/см2 и1,98 мг/см2 соотв.), что характеризует их как более жаростойкие.168Высокие10.физико-механическиесвойствакомпозиционныхматериалов состава 25% (по массе) WC и 75% (по массе) Co; 94% (по массе)WC и 6% (по массе) Co, полученных методом СЛП по рациональнымрежимам,позволяютизготовлениярекомендоватьизделийсложнойразработаннуюформы,технологиюработающихвдляусловияхповышенного абразивного износа.11.
На основании проведенных исследований показаны технологическиевозможности СЛП из металлокерамических композиций системы WC-Co:- полученные объемные образцы имеют точность линейных размеров ±80 мкм и шероховатость Ra 2,2±0,2 мкм, средний показатель пористостисоставляет 2,6 %.-попредставленномутехнологическомупроцессусучетомразработанных рекомендаций изготовлен образец детали «Ротор» нефтяногообъемно-роторного насоса.169ОБЩИЕ ВЫВОДЫ1.Порезультатамэкспериментальныхисследованийвыполненныхрешенатеоретическихнаучно-техническаяизадача,заключающаяся в разработке технологии формирования изделий изтруднообрабатываемых материалов методом СЛП металлокерамическихкомпозиций системы WC-Co.2.
Проведен выбор и исследование порошковых материалов. Полученнаноструктурированный порошковый материал на основе отечественныхпорошков с однородным распределением химических компонентов.3. На основании разработанной математической модели учитывающейоптические и теплофизические свойства композиционного материала, атакже его испарение, установлено, что перегрев материала ведет к потерекобальта. Проведен расчёт температурных полей в зоне лазерной обработкиметаллокерамической композиции, позволяющий определить диапазонтехнологических параметров СЛП.4. Определены рациональные режимы СЛП металлокерамическихкомпозиций системы WC-Co и установлены связи между параметрамиселективного лазерного плавления, структурой и физико-механическимисвойствами образцов.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
