Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние вопроса и постановка задачи исследования 10
1.1 Использование концентрированных потоков энергии для упрочнения рабочих поверхностей деталей механизмов и машин 10
1.2 Электронно-лучевое воздействие 16
1.2.1 Электронно-лучевое облучение 16
1.2.2 Электронно-лучевая наплавка 23
1.3 Постановка задачи 36
2 Материал и методы исследования 42
2.1 Установка вакуумной электронно-лучевой наплавки 42
2.2 Наплавочные материалы 45
2.3 Структурно-фазовый анализ 46
2.4 Механические испытания 48
2.5 Метод определения износостойкости по ГОСТ 23.208-79 48
3 Структура и фазовый состав исходных порошков и композиционных спеков на их основе, необходимых для электронно-лучевой наплавки 53
3.1 Структурно-фазовый состав исходных порошков 53
3.2 Структурно-фазовый состав композиционных спеков 57
Выводы 62
4 Особенности формирования структурно-фазового состава композиционных покрытий на основе стали р6м5 в условиях вакуумной электронно-лучевой наплавки 63
4.1 Структура, фазовый состав и микротвердость образцов быстрорежущей стали, оплавленных электронным лучом или наплавленных порошком стали Р6М5 63
4.2 Изменение структурно-фазового состава и твердости композиционных покрытий сталь Р6М5 — WC в зависимости от содержания карбида вольфрама в исходной шихте и термической обработки 71
4.3 Влияние числа проходов электронного луча (толщины покрытия) на структурно-фазовый состав и микротвердость наплавки сталь P6M5+20%WC 86
4.4 Влияние карбида титана на структурно-фазовый состав и микротвердость покрытий на основе стали Р6М5 93
4.5 Изменение структурно-фазового состава и твердости композиционных покрытий сталь Р6М5 - (WC+TiC) в зависимости от содержания карбида вольфрама в исходной шихте 103
Выводы 113
5 Износостойкость композиционных покрытий и их практическое применение 115
5.1 Износостойкость исследуемых композиционных покрытий 115
5.1.1 Износостойкость композиционных покрытий сталь Р6М5 - WC... 115
5.1.2 Износостойкость композиционных покрытий сталь Р6М5 - (WC+TiC) 124
5.1.3 Износостойкость композиционных покрытий сталь Р6М5 - ТІС... 129
5.2 Практическое использование композиционных покрытий 132
5.3 Оценка ожидаемой экономической эффективности при замене азотированных опорных шеек под игольчатые подшипники на композиционные покрытия при изготовлении вал-шестерни 134
Выводы 142
Основные выводы по работе 143
Литература 145
Приложение 165
- Электронно-лучевое воздействие
- Метод определения износостойкости по ГОСТ 23.208-79
- Структурно-фазовый состав композиционных спеков
- Изменение структурно-фазового состава и твердости композиционных покрытий сталь Р6М5 — WC в зависимости от содержания карбида вольфрама в исходной шихте и термической обработки
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время для увеличения износостойкости рабочих поверхностей деталей машин, как при их изготовлении, так и в процессе ремонта, в качестве наплавляемых порошковых смесей обычно применяются твердые и сверхтвердые композиционные материалы, такие, как стеллит, сормайт, релит. В качестве упрочняющей фазы они содержат 30...90 % дорогостоящих карбидов вольфрама. Данные покрытия имеют ряд недостатков: хрупкость; неравномерность распределения упрочняющих частиц по объему наплавленного слоя; образование сетки трещин на поверхности покрытия, что не позволяет их использовать в условиях высоких контактных нагрузок, одновременно сопровождающихся абразивным износом. В частности, при эксплуатации деталей высоконагруженных редукторов возникает проблема быстрого выхода из строя вал-шестерен за счет интенсивного изнашивания опорных шеек под игольчатые подшипники в течение одного месяца при непрерывной работе. Конструктивная особенность данных вал-шестерен состоит в том, что их опорные шейки исполняют роль внутреннего кольца игольчатого подшипника. Данные поверхности должны одновременно удовлетворять следующим требованиям: обладать высокой износостойкостью, контактной выносливостью, малыми пластическими деформациями. Следовательно, современный уровень развития промышленности требует создания однородных многофункциональных покрытий по всей толщине упрочненного слоя.
Эффективным методом повышения износостойкости материалов является обработка концентрированными потоками энергии, позволяющая модифицировать рабочие оверхности изделий. Соответствующие методы основаны на высокоскоростной за-алке поверхностных слоев из жидкого состояния со скоростями охлаждения от ~104 о ~ 109 К/с. Однако толщина упрочненных слоев в большинстве случаев не превышает ескольких микрон. Для экономнолегированных малоуглеродистых конструкционных талей требуется создание более значительного по толщине упрочненного слоя, обла-ающего более высокими механическими свойствами, чем основной объем материала. В качестве метода формирования упрочненного слоя наиболее подходит элек-іронно-лучевая технология наплавки в вакууме. Она обеспечивает концентрирован-ый ввод энергии до 10 Вт/см2, возможность подачи композиционного наплавочно-о материала в ванну расплава, рафинирование наплавляемого металла, минималь-ое проплавление основы, небольшие размеры ванны расплава. Значительный пере-рев ванны в зоне действия электронного луча способствует растворению твердых астиц в сварочной ванне, а минимальное время ее существования - формированию ересыщенного твердого раствора легирующих элементов в матрице.
В качестве матрицы предпочтительно использовать сталь Р6М5, в которой при анных скоростях нагрева, охлаждения и малого объема ванны расплава возможно охранить некоторое количество остаточного аустенита, растворить большое коли-ество легирующих элементов в твердом растворе, полностью исключить образова-ие сетки трещин в процессе быстрого охлаждения и, следовательно, значительно величить износостойкость покрытия. В качестве упрочняющих частиц в данную таль можно дополнительно вводить карбиды титана и вольфрама как наиболее рас-ространенные, имеющие высокую твердость.
Цель работы. Целью данной работы является разработка составов и способа нанесения износостойких покрытий на тяжелонагруженные детали типа опорных шеек свал-шестерня» на основе изучения структуры и свойств композиционных наплавок «быстрорежущая сталь - тугоплавкий карбид титана, вольфрама или их смеси».
Для достижения цели работы были сформулированы следующие задачи:
Изучить фазовый состав и структуру композиционных смесей после предварительного спекания «сталь P6M5-WC, -(TiC), -(WC+TiC)», необходимых для электронно-лучевой наплавки;
Исследовать структуру и фазовый состав композиционных покр.ытий в зависимости от содержания WC, TiC или их смеси, вводимых в сталь Р6М5, числа проходов электронного луча и термической обработки (закалки в ходе электроннолучевого воздействия и последующего отпуска);
Провести исследование влияния состава покрытий и термической обработки на абразивный износ для данных узлов трения;
Обосновать выбор наиболее эффективных составов покрытий для тяжелона-груженных узлов трения;
Провести промышленные испытания выбранных покрытий и внедрить их в производство.
Научная новизна
Показано, что еще на этапе получения композиционных наплавочных смесей «сталь P6M5+WC» вследствие высокой активности вольфрама и быстрорежущей стали наблюдается взаимодействие исходных компонентов между собой с образованием сложного карбида типа М6С, а на этапе рассева - уменьшение доли карбидной фазы (WC) на 6...7 % по сравнению с исходной концентрацией.
Установлены оптимальные составы исходных композиционных смесей «сталь Р6М5+(20 %)WC» и «сталь Р6М5+(15 % WC+5 % TiC)», нанесение которых приводит к получению однородной структуры по всей толщине упрочненного слоя, представляющей аустенитно-мартенситную матрицу с карбидами типа МбС, бимодально распределенными по размерам (эвтектические по границам зерна (~5,9 мкм) и дисперсные (-0,25 мкм) в объеме зерен), или МбС и TiC.
Установлено, что коэффициент относительной износостойкости композиционного покрытия «сталь P6M5-WC» пропорционален количеству аустенита и степени его превращения в мартенсит деформации. Повышенное сопротивление изнашиванию покрытий обусловлено частичным (до ~50 %) превращением аустенита матрицы в мартенсит деформации, что положительно влияет на вязкость разрушения. Глубина слоя с у->а' -превращением и субструктурными изменениями в исходных фазах не превышает 50...60 мкм.
Практическая значимость работы
Разработаны композиционные наплавочные материалы «сталь P6M5+(20%)WC» и «сталь Р6М5+(15 % WC+5 % TiC)», предназначенные для упрочнения рабочих поверхностей, работающих в тяжелонагруженных условиях, связанных с высокими контактными нагрузками и абразивным износом.
Предложен способ электронно-лучевой наплавки плоских и цилиндрических поверхностей, который может быть использован как при изготовлении новых, так и
при восстановлении поверхности изношенных деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного износа в сочетании с высокими контактными нагрузками. 3. Разработанный способ наплавки и композиционные материалы применены для упрочнения опорных шеек вал-шестерен высоконагруженных редукторов в ООО "Томскнефтехим", что позволило существенно увеличить ресурс их работы. Годовой экономический эффект от внедрения способа электронно-лучевой наплавки опорных шеек вал-шестерен композиционным материалом «сталь Р6М5 - карбид вольфрама» в технологию их изготовления составил в ценах 2008 года 3259224 руб.
Положения, выносимые на защиту:
/. Выбор состава композиционного материала для наплавки на основе смеси «сталь Р6М5 + WC», обеспечивающего получение покрытия с аустенитно-шртенситной структурой матрицы, упрочненной карбидом типа М6С, что обеспечивает высокий уровень абразивной износостойкости и отсутствие сетки трещин по всей толщине упрочненного слоя.
Композиционный материал для наплавки на основе смеси «сталь Р6М5+ IVC+TiC», и способ его нанесения, защищенный патентом РФ.
Комплекс результатов исследования фазового состава и структуры упрочненного слоя па основе композиционного материала «сталь Р6М5 — тугоплавкий карбид», реализующихся в процессе его получения электронно-лучевой наплавкой и термической обработки. Установленные взаимосвязи показателей абразивной износостойкости со структурно-фазовым составом наплавленных покрытий.
Личный вклад соискателя заключается в написании литературного обзора по ематике диссертации, в совместной с научным руководителем постановке задачи иссертации, проведении экспериментов, обработке полученных результатов, фор-улировке выводов и положений, выносимых на защиту, написании статей и патен-ов по теме диссертации.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих онференциях: Всероссийской научно-практической конференции "Славяновские тения: Сварка - XXI век", г. Липецк, 2004 г.; Всероссийской научно-практической онференции "Современные проблемы повышения эффективности сварочного про-зводства", г. Тольятти, 2006 г.; III Международной научно-практической конфе-енции "Современные проблемы машиностроения", г. Томск, 2006 г.; VI научно-ехнической конференции "Сварка. Контроль. Реновация - 2006", г. Уфа, 2006 г.; еждународной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конст-уированию и разработке новых материалов, г. Томск, 2006 г.; IV Международной аучно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения", г. омск, 2008 г.; Международной школе-семинаре "Многоуровневые подходы в фи-ической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения", омск, 2008 г.; III Всероссийской конференции "Взаимодействие высококонцентри-ованных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медици-е", г. Новосибирск, 2009 г.; Международной научно-практической конференции 'Славяновские чтения", г. Липецк, 2009 г.
Публикации. Результаты работы опубликованы в 19 печатных работах, в то числе 5 статьях в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, получено 2 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разде лов, основных выводов, списка литературы из 188 наименований, приложения, со держит 171 страницу машинописного текста, включая 11 таблиц и 58 рисунков.
Электронно-лучевое воздействие
Поверхностная электронно-лучевая обработка основана на использовании в качестве энергоносителя пучка электронов, который формируется в электронной пушке и с помощью электромагнитных линз и отклоняющих систем направляется на обрабатываемый объект. В зависимости от конструкции электронных пушек ускоряющее напряжение меняется в диапазоне от нескольких киловольт до десятков мегавольт, а ток в интервале от миллиампер до нескольких ампер. Это низкоэнергетические и мегавольтные сильноточные электронные пучки в вакууме, пучки релятивистских электронов, выпущенные в атмосферу. Плотность мощности таких пучков изменяется в интервале W«10 ...10 Вт/см , а длительность импульса т« 10"8... 10"5 с. При низкой плотности мощности луча (10 ...10 Вт/см ) тонкий слой обрабатываемой поверхности нагревается вплоть до температуры плавления сплава. По прекращении нагрева металл охлаждается со скоростью порядка 104 С/с, происходит закалка из жидкого и твердого состояний. При значениях плотности мощности 10... 10 Вт/см расплавленный слой затвердевает с очень высокими скоростями (104...106 С/с). Образуется ультрадисперсная или аморфная структура.
В случае значений плотности мощности 108...109 Вт/см2 происходит ударное упрочнение. Источником возбуждения ударных волн являются быстрое расширение разогретого до высоких температур тонкого поверхностного слоя и импульс отдачи, обусловленный испарением материала и последующим разлетом паров. В зависимости от параметров пучка амплитуда волн может изменяться от долей ГПа [66] до сотен ГПа [67]. Воздействие таких волн приводит к пластической деформации [67,68], фазовым превращениям [69] и разрушению материала, включая тыльный откол [70].
В [71-73] рассмотрена картина упрочнения сталей 45 и 40Х, наблюдающаяся при их облучении, рис. 1.1,а. При обработке без оплавления исходной феррито-перлитной структуры микротвердость поверхностного слоя толщиной 30 мкм возрастает до 10 ГПа, а далее она резко снижается до исходного значения (2 ГПа). При оплавлении поверхности максимальное упрочнение (ЮГПа) достигается на глубине 30...70 мкм. В поверхностном слое толщиной 30 мкм твердость уменьшается до 7...8 ГПа. Это связано с частичным отпуском мартенсита, образовавшегося после охлаждения поверхности из расплава. Микротвердость при переходе через границу расплав-подложка резко падает до исходного значения. Данные закономерности упрочнения сохраняются для других углеродистых и легированных сталей.
При плотности мощности 5-10 Вт/см амплитуда ударной волны достигает 50 ГПа. Микроструктура поперечного сечения и характер упрочнения, несмотря на интенсивное испарение и ударно-волновое нагружение, не изменяются. Толщина упрочненного слоя достигает, как и у армко-железа, примерно 300 мкм [74].
При воздействии НСЭП на предварительно закаленную сталь (мартенсит и остаточный аустенит) в приповерхностном слое формируется упрочненная зона толщиной 250...300 мкм с двумя четко выраженными максимумами микротвердости, рис. 1.1,б [71-73]. В данных областях авторы отмечают увеличение скалярной плотности дислокаций (с 1.9x10й до 3x1011 см"), азимутальной составляющей угла полной разориентации деталей субструктуры и амплитуды дальнодействующих полей напряжений, а также повышенной плотностью микродвойников, сильной фрагментацией и наличием частиц цементита в структуре мартенситной фазы.
Явления формирования слоев с аномально высокими значениями микротвердости при воздействии НСЭП (амплитуда волны напряжений не превышает 0,1 ГПа) на предварительно закаленную сталь авторы связывают с процессом выделения упругой энергии, запасенной в исходной структуре.
Метод определения износостойкости по ГОСТ 23.208-79
Для определения абразивной износостойкости использовался метод «Испытание материалов на абразивное изнашивание при трении о нежесткозакрепленные абразивные частицы» ГОСТ 23.208-79. Схема износа представлена на рисунке 2.4.
Основанием для выбора данной схемы испытаний послужило то, что игольчатые подшипники в редукторах работают в присутствии большого количества продуктов износа (абразива), находящегося в смазочном материале. Данные продукты износа образуются в результате интенсивного контактного взаимодействия зубчатых зацеплений.
Микротвердость продуктов износа составляет величину порядка 8... 12 ГПа, что сопоставимо с твердостью кварцевого песка (8... 10 ГПа).
С другой стороны как при трении качении, так и при абразивном износе основным свойством материала, определяющим его износостойкость, является твердость. Технологией изготовления вал-шестерен предусматривается их азотирование. Твердость поверхности после азотирования составляет 60...62 HRC. Однако толщина упрочненного слоя не превышает 100 мкм. Поэтому после месяца непрерывной работы данный слой изнашивается и наступает стадия катастрофического износо, и, следовательно, выход из строя редуктора. Проведение испытаний на износ в случае схемы качения — это длительные испытания.
При условии, что твердость азотированного слоя и твердость исследуемых покрытий близки, можно оценить их износостойкость в условиях абразивного изнашивания. Подтверждением данной схемы износа могут быть производственные испытания вал-шестерен.
В качестве абразивного материала использовали кварцевый песок зернистостью 150...300 мкм при нагрузке на образец 44,1 + 0,25 Н. Образец изнашивается с помощью абразива, увлекаемого резиновым роликом на поверхность трения.
Суть методики состоит в измерении потери массы испытуемого образца (gu) после проведения пяти циклов испытаний (цикл испытаний включал в себя износ образца в течение одного часа) и сравнения его с потерей массы эталона (g3). Коэффициент относительной износостойкости Ки вычислялся по формуле: где g3, gu — значение потерь массы при испытаниях эталонных образцов и образцов исследуемого материала, г; рэ, ри - плотности эталонного и исследуемого материалов, г/см ; N3, Nu — количество оборотов ролика при испытаниях эталонного и исследуемого материалов. Условия испытания материалов при изнашивании о нежесткозакрепленные абразивы приводятся в таблице 2.3.
На рисунке 2.5 представлены фотографии абразивных частиц до и после проведения испытаний. Абразив имеет явную огранку в виде острых углов и ребер. Для оценки изменения гранулометрического состава были построены распределения данных частиц абразива по размерам, рис. 2.6. Средний размер абразивных частиц не изменился после проведения испытаний на износ. Разность в значениях среднего размера абразива лежит в пределах ошибки. Для оценки влияния формы абразивных частиц были проведены отдельные исследования для системы «сталь P6M5-WC» с песком, не имеющим явной огранки (округлые частицы), рис. 2.5,в.
Структурно-фазовый состав композиционных спеков
Смеси порошков сталь Р6М5 + WC (10, 20, 30, 40 и 50 вес. %), сталь Р6М5 + ТІС (5, 10 %) и сталь P6M5+WC (15, 20 или 25 %) +ТІС (5 %) готовили в шаровой мельнице в течение 24 ч. Получение спеков из приготовленных смесей осуществляли в вакуумной печи СВШ-1.25/2500 при температуре 1200С («сталь P6M5+WC») и 1300С («сталь Р6М5+15 % ТІС» и «сталь Р6М5+15 % WC+5 % ТІС») при остаточном парциальном давлении не хуже 1х10"4 мм. рт. ст. (время выдержки при температуре спекания составляло 1ч.). Спекание смеси порошков при меньшей температуре не приводит к существенному припеканию порошинок друг к другу и, следовательно, образованию композиционных спеков. Различные фракции порошка приводят к расслоению смеси. При большей температуре спекания спеки не дробятся, и выход годного для наплавки композиционного порошка минимален.
Полученные спеки подвергали дроблению и рассеву на фракции. Процент выхода годной для наплавки фракции (100...350 мкм) составлял 85...90 %. В отсев в основном уходила мелкая фракция порошка [146,147].
На рисунке 3.4 представлена микроструктура композиционных порошков для наплавки после спекания исходных смесей в вакууме. Видно, что для композиционного спека «сталь Р6М5 + WC» в зависимости от количества исходного содержания карбида вольфрама отдельные порошинки стали Р6М5 окружены либо только фазой "озерковой" формы, либо частицами порошка угловатой формы размером 1...2 мкм и фазой "озерковой" формы, рис. 3.4,б,в. При увеличении количества порошка WC с 10 до 40 % в исходной смеси количество частиц угловатой формы в спеке увеличивается с 0 до 20...25 %,рис. 3.4,в.
По данным рентгеноструктурного анализа спеков, помимо матричной фазы (а- и у- фаз) установлено наличие двух карбидов: карбид вольфрама и двойной карбид типа МбС, рис. 3.5. Следовательно, уже в ходе получения спеков происходит взаимодействие между исходными порошками с формированием композиционного материала для наплавки. Это подтверждается данными работы [83], где показано, что карбиды М6С и Mi2C начинают формироваться при нагреве композиционных смесей WC-Ni-Al и WC-NiTi до 700С. Судя по морфологическому строению (рис. 3.4,б,в,д,е), а-фаза в спеках представлена игольчатым мартенситом.
Для композиционного спека «сталь Р6М5 + 10% ТІС» характерно слабое взаимодействие между исходными порошками в процессе спекания, рис. 3.4,г и рис. 3.6. При металлографическом анализе полученных спеков явно прослеживаются исходные округлые частицы стали Р6М5 и угловатые порошинки карбида титана, рис. 3.4,г. Наблюдается небольшое взаимодействие данных порошков на границе раздела, что позволило сформировать спек для последующей наплавки. Фазовый состав данного спека представляет смесь следующих составляющих: сс-фаза (следы у-фазы), карбид титана и в небольшом количестве карбиды ванадия и МбС, которые выделились из твердого раствора в частицах стали Р6М5 в ходе вакуумного спекания [146,147] .
В ходе получения композиционного спека из спеси исходных порошков «сталь P6M5+WC+T1C» происходит взаимодействие между сталью и карбидом вольфрама, рис. 3.4,д,е. Это взаимодействие сопровождается образованием дополнительного карбида МбС У карбида ТІС наблюдается небольшое уменьшение (а = 0.4321 нм) параметра решетки по сравнению с параметром решетки для исходного карбида титана, что, по-видимому, связано с частичной заменой атомов титана на атомы вольфрама в решетке карбида титана. Увеличение содержания карбида вольфрама в исходной смеси порошков с 15 до 25 % приводит к увеличению его содержания в спеке в виде фазы монокарбида вольфрама [146,147].
1. Порошок стали Р6М5 имеет округлую форму со средним размером частиц 55,3 мкм, дисперсия 31,5 мкм. Установлены два максимума в распределении частиц di = 20 мкм и d2 = 60 мкм. Фазовый состав исходного порошка быстрорежущей стали представляет смесь следующих составляющих: а-фаза, у-фаза, имеющая ГЦК решетку (а = 0,3629 нм), и в небольшом количестве (около 2%) карбид ванадия, имеющий ГЦК решетку. Карбида типа МбС, характерного для литых быстрорежущих сталей, в исходном порошке не обнаружено.
2. В процессе получения композиционных спеков «сталь Р6М5 + WC» и «сталь P6M5+WC+TiC» происходит взаимодействие между частицами порошка быстрорежущей стали и карбида вольфрама с образованием сложного карбида типа М6С. С увеличением карбида вольфрама в исходной смеси с 10 до 40 % увеличивается доля фазы монокарбида вольфрама в спеке с 0 до 20...25 %. Для композиционного спека «сталь Р6М5 + 10% ТІС» характерно слабое взаимодействие на границе раздела исходных фаз в процессе спекания. В частицах быстрорежущей стали в ходе вакуумного спекания выделяются карбиды VC и МбС, а последующее охлаждение с печью вызывает практически полное у— а- мартенситное превращение в матрице.
Изменение структурно-фазового состава и твердости композиционных покрытий сталь Р6М5 — WC в зависимости от содержания карбида вольфрама в исходной шихте и термической обработки
Многопроходную наплавку (6 проходов) порошком стали Р6М5 и композиционными спеками «сталь Р6М5 + (10, 20, 30, 40 и 50 %) WC» проводили на подложки из стали 30 размером 20x50x400 мм на широкую грань (50 мм). Ширина наплавочной дорожки не превышала 15 мм, а ее толщина - 3...4 мм. Коэффициент отношения объема подложки к объему наплавленного металла в данных условиях (6 проходов) равен Кп/„ = 26.
На рисунке 4.5 представлена микроструктура упрочненного слоя после электронно-лучевой наплавки в зависимости от количества упрочняющей фазы в быстрорежущей матрице. Видно, что наплавка сталью Р6М5 состоит из трех структурных составляющих. При добавлении карбида вольфрама количество светло-серой фазы увеличивается (рис. 4.5, б, в), а начиная с 30% WC внутри этой фазы наблюдаются отдельные зерна темного цвета, рис. 4.5,г,д,е. Кроме того, количество фазы игольчатой морфологии при добавлении 10%) WC уменьшается, и при 20 и 30 % WC наблюдается минимальное ее содержание, рис. 4.5,в,г. В матрице наблюдаются многочисленные дисперсные (-0.25 мкм) округлые выделения, рис. 4.5,а-в [152-165].
По данным рентгеноструктурного анализа после наплавки стали Р6М5 ее фазовый состав состоит из мартенсита (а - фаза), остаточного аустенита (у - фаза), карбида VC и карбида типа М6С с параметром решетки а = 1.08 нм. При добавлении карбида вольфрама количество фазы М6С увеличивается (рис. 4.6), а начиная с состава 30 % WC и выше, помимо названных фаз сохраняется исходная фаза карбида вольфрама с ГПУ решеткой. Карбид типа МбС в покрытиях, содержащих до 30 % WC в исходной смеси, представлен как вытянутыми выделениями по границам аустенитных зерен, так и в виде дисперсных выделений (-0,25 мкм) внутри зерен,рис. 4.5,а-в. На рисунке 4.7 представлена микроструктура (РЭМ) и распределения зерен карбида типа МбС по размерам в упрочненном слое композиционным наплавочным материалом «сталь Р6М5 + 20 % WC». Видно, что карбид типа М6С в покрытиях, содержащих до 30 % WC в исходной смеси, представлен как вытянутыми выделениями по границам аустенитных зерен (d]Cp =5,9 мкм, -15 % об.), так и дисперсными выделениями (d2cp =0,244 мкм, 8 % об.) внутри зерен, рис. 4.7. Следовательно, в ходе электронно-лучевой наплавки формируется, бимодальное распределение упрочняющей карбидной фазы по размерам в объеме матрицы [163, см. Приложение 2].
В покрытиях с большим содержанием монокарбида вольфрама в исходной- смеси (40 %) карбид типа М6С представлен в виде крупных ограненных выделений, рис. 4.5,д. Размер карбидов МбС при увеличении доли карбида вольфрама в исходной смеси до 50 % резко возрастает, рис. 4.5,е. Кроме того, в данном покрытии карбид МбС представлен двумя морфологическими типами: округлые выделения и вытянутые (пластинчатые), рис. 4.5,е. Данные крупные- выделения сложного карбида образуют хорошо- развитый каркас. Оставшиеся- частицы исходного монокарбида вольфрама в основном окружены выделениями М6С и входят в каркасное строение, рис. 4.5,д,е. Связующая фаза в этом покрытии представлена в виде отдельных включений. Можно, предположить, что данная каркасная, структура упрочняющей фазы будет неоднозначно влиять на износостойкость. Крупные карбидные выделения (рис. 4.5,е) при чисто абразивном износе будут увеличивать износостойкость. Износостойкость каркаса из более мелких выделений карбидов МбС и WC (рис. 4.5,д) в основном будет определяться фазовым составом матрицы.
Количество аустенита в зависимости» от вводимого карбида вольфрама в исходную наплавочную смесь изменяется по кривой с максимумом, которому соответствует 20:..25 % WC, рис. 4.8 [156,157]. Одно- и двукратный отпуск наплавленных покрытий приводит к частичному превращению аустенита в мартенсит, рис. 4.9.
