вопросы регулирования микроструктуры износостойких наплавочных сплавов
MODELLING OF REFORMULATION PROCESS OF WEAR-RESISTANT SURFACING
Артеменко Ю.А., Рыжков Е.В., Болотин Н.C.
(Юго-Западный Государственный университет, г.Курск, РФ)
J.A.Artemenko, E.V. Ryzhkov, N.S. Bolotin (Southwest State University)
Исследован процесс обратноступенчатой наплавки износостойких сплавов в сочетании с модифицированием кальцием наплавленного металла. Выявлена возможность получения полностью эвтектической структуры при наплавке номинально заэвтектических сплавов типа белых чугунов в широком диапазоне отклонений от номинального состава.
Process of a back-step building-up welding of abrasion-resistant alloys in a combination to updating by calcium overlay metal is examined. Deriving possibility completely eutectic structures is determined at a building-up welding nominally hypereutectic alloys of type of white irons in a wide range of aberrations from nominal composition.
Ключевые слова: Обратноступенчатая наплавка, износостойкие сплавы, эвтектика, модифицирование
Keywords: Back-step building-up welding, abrasion-resistant alloys, eutectic, modification.
Износостойкие сплавы типа высокохромистых белых чугунов широко применяются для поверхностного и объемного упрочнения электродуговой наплавкой деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания в сочетании с динамическими нагрузками умеренной интенсивности. Мощным резервом повышения их эксплуатационной надежности упрочняющих наплавленных покрытий с сохранением экономически целесообразной системы легирования является управление процессом формирования первичной структуры В этих сплавах оптимальное сочетание эксплуатационных характеристик (ударо- и износостойкость) достигается при полностью эвтектической структуре, имеющей тонкодисперсное строение. В доэвтектических сплавах наличие дендритов твердого раствора резко снижает сопротивляемость абразивному воздействию. В заэвтектических сплавах наличие хрупких первичных карбидов в большинстве случаев не допускает их использования при наличии даже минимальных ударных нагрузок.
Особенности формирования структуры при наплавке (отклонение химсостава наплавленного металла от номинально, интенсивное перемешивание и др.) обусловливают необходимость получения неравновесной квазиэвтектической микроструктуры околоэвтектических сплавов путем торможения роста первичных фаз. Это возможно при модифицировании [1] и нестационарных режимах кристаллизации при обратноступенчатой наплавке [2].
Микролегирование металлами, имеющими температуру плавления одного порядка с основным металлом, способствует изменению свойств расплава (вязкости, поверхностного натяжения, диффузионной способности и т.п.). Адсорбируясь на поверхностях растущих кристаллитов, они способствуют изменению характера кристаллизации отдельных фаз эвтектики (модификаторы II рода). На структурной диаграмме (рис. 1) сплава на основе порошковой проволоки марки ПП АН-125 (ПП- 200Х15С1ГРТ) с переменным содержанием бора и кальция показано, что с введением до 0,2% Са область эвтектической микроструктуры существенно расширяется. Карбоборидная фаза измельчается.
Рисунок 1– Структурная диаграмма наплавленного металла [1]
Способ обратноступенчатой наплавки (ОСН) позволяет увеличивать стойкость наплавленных покрытий к ударным нагрузкам и улучшает показатели технологической прочности, за счет измельчения кристаллической структуры, ее дезориентации и увеличения доли равноосных кристаллитов. Сущность процесса состоит в наплавке короткими перекрывающимися валиками, кристаллизующимися в нестационарном режиме. Схема ОСН приведена на рис. 1.
Рисунок 2- Схема обратноступенчатой наплавки [2]
При завершении наплавки валика длиной ℓ со скоростью наплавки Vн (рис.2,а) дуга практически мгновенно перемещается с маршевой скоростью Vм в обратном направлении на расстояние 1,5ℓ (рис.2,б) и начинается наплавка очередного валика в нестационарных условиях, соответствующих периоду теплонасыщения (рис.2,в).
Металл предыдущего валика кристаллизуется подобно слитку в изложнице в нестационарных условиях, соответствующих периоду выравнивания температуры при выключении источника. Скорость кристаллизации резко возрастает и создаются условия для измельчения микроструктур. По окончании процесса наплавки очередного валика процесс повторяется.
В настоящей работе сделана попытка объединить процессы ОСН и модифицирования наплавленного металла кальцием. На рис. 3 для сравнительного анализа приведены микроструктуры металла в зоне перекрытия валиков в процессе ОСН сплава на основе порошковой проволоки марки ПП АН-125. Содержание бора – 3, 2 %.
Рисунок 3- Микроструктура металла в зоне перекрытия валиков, полученных ОСН: а) – без модифицирования; б) – модифицирование силикокальцием
При отсутствии модифицирования (рис.3а) повторное подплавление наплавленного ранее металла способствует активации модификаторов I рода (тугоплавкие частицы), что способствует росту первичных карбоборидов, причем интенсивное конвективное перемешивание ускоряет этот процесс [3]. В случае добавки силикокальция превалирующим процессом является активация модификаторов II рода, что способствует изменению характера кристаллизации отдельных фаз эвтектики. Эвтектика включает в себя образования пониженной твердости, сформированные вокруг тонких, почти не попадающих в плоскость шлифа, карбоборидных стержней, являющихся ведущей фазой эвтектики. Подобная квазиэвтектическая микроструктура позволяет существенно повысить ударную стойкость наплавленного металла.
Выводы
1. Выявлена возможность получения квазиэвтектической структуры при наплавке номинально заэвтектических сплавов типа белых чугунов в широком диапазоне отклонений от эвтектического состава.
2. Применение обратноступенчатой наплавки для получения квазиэвтектической структуры оправдано при наличии модификаторов II рода, в частности, кальция.
Список использованных источников
1. Артеменко, Ю.А. Моделирование процессов модифицирования износостойких наплавочных сплавов [Текст] / Ю.А.Артеменко, Е. В. Рыжков, Н.C. Болотин// Заготовительные производства в машиностроении. -№2. - М.: Машиностроение, 2012. -С.7-9.
2. Артеменко, Ю.А. Способ обратноступенчатой наплавки износостойких сплавов[Текст]/ Ю.А.Артеменко, Е. В. Рыжков, С.Г.Шеховцов, С.П. Агарков//Заготовительные производства в машиностроении. -№2. -2009. -С.11-12.
3. Эллиот Р. Управление эвтектическим затвердеванием[Текст]/ Р.Эллиот// -М.: Металлургия, 1987. -352 с.