123641 (717245), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В теперішній час простежується стійка тенденція до використання суміші порошкових композицій. Такий підхід до застосування матеріалів дозволяє досить гнучко змінювати хімічний склад покриттів, прогнозувати та регулювати їх властивості.

Виконано аналіз публікацій по структуроутворенню при плазмовому методі нанесення покриттів. Показано, що в процесі обробки формується зона сплавлення, структура якої визначається хімічним складом матеріалу покриття та деталі, а також параметрами обробки (сила струму, швидкість обробки, обсяг нанесеного матеріалу, попередній або супутній підігрів, схема нанесення валиків).

У другому розділі наведені методи і методики досліджень. Розроблено методологію досліджень, яка включає проведення експериментів по оцінці структури, властивостей покриттів з урахуванням складу використовуваного матеріалу, режимів процесу нанесення покриття, експериментальних досліджень для оцінки протікання дифузійних процесів між покриттям та підшаром, що забезпечують міцність їхнього зчеплення. Запропоновано послідовність проведення експериментів для вирішення поставлених завдань і досягнення мети роботи.

На основі аналізу умов експлуатації розглянутих деталей, вимог щодо них, а також вибору застосованих типів зразків і видів випробувань, використані спеціальні методи оцінки властивостей покриттів. Міцність зчеплення покриття з основою оцінювали за методикою, запропонованою Гуляєвим А.П. і Гудцовим Н.Т., на спеціальних зразках, вирізаних безпосередньо із шийок колінчастого валу у місці перехідної зони. Випробування проводили на приладі для визначення мікротвердості ПМТ - 3 при навантаженнях 50, 100, 150 та 200 г, а потім за емпіричними залежностями оцінювали _в.

Дослідження структури та властивостей покриття виконували безпосередньо на матеріалі колінчастих валів (сталь 45) і хрестовин карданних валів (сталь 30ХГТ). Нанесення покриття методом плазмово-порошкового наплавлення здійснювали різним співвідношенням порошкових композицій (табл. 1). При виборі матеріалів покриття керувалися мінімальною вартістю порошків і враховували вміст вуглецю в деталях. Порошкову композицію підбирали так, щоб забезпечити концентрацію вуглецю в покритті близьку до його концентрації в деталях.

Для оцінки мікроструктури, фазового складу, визначення особливостей формування покриття та зони термічного впливу використовували сучасні комплексні методи досліджень: металографічний, хімічний, електронно-мікроскопічний, мікрорентгеноспектральний, рентгеноструктурний аналіз, визначення рівня твердості, мікротвердості та інші. Крім цього, визначали зносостійкість покриття.

Ці комплексні методи досліджень використані.

Таблиця 1

Хімічний склад порошкових матеріалів

Матеріал		Зміст хімічних елементів, % мас.
		Fe		Cr	Ni	B	C	Si	Mn	Mo	Cu
ПЖН4Д2М	Осн.			3,62		0,054	0,05	0,1	0,5	1,68
ФМИ – 2	Осн.		10,43		2,87	0,77	2,62	4,49

Розроблено методику оцінки температурних полів, які формуються під час нанесення покриття плазмово-порошковим методом, залежно від параметрів процесу. Використано статистичні методи обробки даних і планування експерименту.

У третьому розділі аналізується вплив хімічного складу порошкових композицій і параметрів обробки на розподіл елементів, фазовий склад і властивості покриттів.

Порівняльними дослідженнями нанесення покриттів з використанням різної частки порошкових композицій (табл. 2) показано, що для забезпечення вимог технічних умов найбільш ефективною є композиція, яка складається з 40% ФМИ – 2 + 60 % ПЖН4Д2М. Вона забезпечує досягнення необхідної твердості рівної 52 - 55 HRC, при зміцненні та відновленні колінчастих валів. Зміна вмісту хімічних елементів у покриттях з різною часткою порошкових складових наведена на рис. 1.

Забезпечення вимог по твердості робочого шару хрестовин на рівні 57 - 65HRC досягається використанням порошкової композиції, що складається з 50% ФМИ - 2 + 50% ПЖН4Д2М.

Таблиця 2

Вміст хімічних елементів у різних поєднаннях порошкових композицій

№ композиції	Співвідношення	Хімічні елементи, %
		Fe	C	Si	Mn	Cr	Ni	B	Mo	Cu
1	80% ФМИ-2 + 20% ПЖН4Д2М	81,86	0,63	2,11	3,61	8,34	0,72	2,29	0,1	0,34
2	50% ФМИ-2 + 50% ПЖН4Д2М	86,41	0,41	1,34	2,29	5,22	1,81	1,44	0,25	0,84
3	40% ФМИ-2 + 60% ПЖН4Д2М	87,89	0,37	1,08	1,86	4,172	2,17	1,15	0,3	1,01
4	20% ФМИ-2 + 80% ПЖН4Д2М	90,96	0,2	0,56	0,97	2,09	2,89	0,57	0,4	1,34

Рис. 1. Експериментальні оцінки середніх концентрацій хімічних елементів у покриттях, нанесених на шийки колінчастих валів при використанні різних порошкових композицій

Виконано аналіз впливу температурних параметрів обробки. Показано, що при нанесенні покриттів на шипи хрестовин струмом в інтервалі значень 120 – 150 А падіння концентрації всіх елементів було істотним: для Ni складало 29,47%, а Cr - 26,53%. При нанесенні покриттів з використанням струму в діапазоні 150 - 180 А величина вигару легуючих елементів, у порівнянні з першим інтервалом, змінюється незначно, і вони розподіляються по перерізу покриття більш рівномірно. Так, концентрація Ni і Cr знижувалася лише на 0,58% й 5,55% відповідно.

Покриття з оптимальним співвідношенням порошкових композицій для колінчастих валів і хрестовин карданних валів забезпечують однорідну структуру з дисперсними дендритами, без наявності пор, тріщин і часток нерозплавленого порошку (рис. 2). Основною структурою нанесеного покриття є аустеніт і мартенсит (50 та 35% відповідно) з невеликою часткою фериту та карбідів.

Електрономікроскопічними дослідженнями із застосуванням мікродифракційного аналізу, а також мікрорентгеноспектральним аналізом виявлено тип сформованих фаз і вміст легуючих елементів у карбідах покриття. Фазою, що зміцнює шар є дисперсні спеціальні карбіди Ме₂₃C₆ і карбіди цементитного типу Ме₃C. Частка зміцнюючої фази в оптимальних складах покриттів досягає 6 - 8%.

Рис. 2 Мікроструктура покриття із запропонованого складу порошкової композиції нанесеного на шийку колінчастого валу (сталь 45)(×100):

1 - приповерхневий шар (Н_µ-50 - 517); 2 - зона більш грубих дендритів(Н_µ-50 - 539); 3 - границя між приповерхневою зоною і основним шаром (Н_µ-50 - 411); 4 - межа нанесеного покриття і основи (Н_µ-50 - 428); 5 - зерно перліту (Н_µ-50 - 363); 6 - прошарок фериту по межах зерен (Н_µ-50 - 137). 7 - ферито-перлітна суміш між перехідною зоною і основним металом (Н_µ-50 -228), 8 - основний метал (зона відпустку Н_µ-50 - 292)

Показано, що в спеціальних карбідах Ме₂₃C₆ вміст Cr досягає 43,9 %, а Mn – 17,3% (рис. 3, табл. 3), а в карбідах цементитного типу Me₃C – частка Cr не перевищує 13%, а Mn – 3,4%. Це забезпечує необхідну зносостійкість покриття.

Рис. 3 Інтенсивності ліній хімічних елементів у карбіді Ме₂₃C₆

Таблиця 3

Розподіл хімічних елементів у спеціальних карбідах по перерізу покриття при пошаровому аналізі

Крок сканування, мм	Вміст компонентів, %
	Ni	Cr	Mn	Fe
0,0	0,00	40,43	13,23	43,09
0,3	0,95	40,03	15,25	40,48
0,6	0,05	41,81	17,12	37,49
0,9	0,00	40,53	16,13	39,92
0,12	0,00	42,42	16,69	37,92
0,15	0,00	43,96	17,30	35,05

Дослідження показали, що у спеціальних карбідах типу Ме₂₃C₆ вміст хрому, марганцю та заліза значно не змінюються по перерізу покриття. В деяких випадках вони містять незначну долю нікелю. Можна очікувати, що характер зношування в процесі експлуатації не буде змінюватися.

Четвертий розділ присвячений теоретичним дослідженням з оцінки теплових полів та аналізу їхнього впливу на структуроутворення.

Характеристики

Список файлов реферата