Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 9
-
Плазменная наплавка и ее применение 9
-
Сплавы для плазменной наплавки на никелевой основе 11
-
Общая характеристика 11
-
Фазовый состав и структура наплавленного слоя Н73Х16СЗРЗ ...12
1.2.3. Свойства наплавленного слоя HI'3X16СЗРЗ 17
1.3. Сплавы для наплавки на базе быстрорежущих сталей 21
-
Общая характеристика... 21
-
Фазовый состав и структура литого металла Р6М5 21
-
Свойства наплавленного литого металла Р6М5 29
1.4. Воздействие ультразвуковых колебаний на структуру
и свойства при кристаллизации и в твердом состоянии 32
-
Физические явления при распространении ультразвука в твердых телах, жидких средах и на границе жидкость -твердое тело 32
-
Влияние УЗКна процесс кристаллизации 37
-
Влияние УЗКна формирование покрытия, структуру и свойства наплавленного металла 42
1.5. Постановка цели и задачи исследования 47
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 49
-
Материалы 49
-
Оборудование и режимы наплавки 50
2.3.Методы исследования структуры и состава
наплавленного слоя , 52
2.4. Испытания резцов на стойкость 56
3. ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПОЛЯ НА ПАРАМЕТРЫ
НАПЛАВЛЕННОГО ВАЛИКА 58
3.1. Формирование границы расплав - подложка
в ультразвуковом поле 58
3.2. Влияние параметров наплавки и ультразвукового поля
на величину проплавлення основного металла 64
З.З.Формирование зон кристаллизации при
затвердевании наплавленного слоя в ультразвуковом
поле 71
3.4. Слоистая неоднородность покрытий,
кристаллизующихся в поле ультразвука 96
-
Карбидная ликвация вдоль границы сплавления 100
-
Выводы 103
4. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА ПОКРЫТИЙ 10Р6М5
ИН73Х16СЗРЗ 106
4.1. Влияние термического воздействия на фазовый
состав и структуру покрытия 10Р6М5 106
4.2. Влияние ультразвука на фазовый состав и структуру
покрытия 10Р6М5 117
4.3. Влияние ультразвука на фазовый состав и структуру
покрытия Н73Х16СЗРЗ 135
4.4. Влияние УЗК на структуру наплавленных
покрытий Н73Х16СЗРЗ 147
4.5. Выводы 168
5. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ НАПЛАВКИ И УЛЬТРАЗВУКОВОГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СВОЙСТВА ПОКРЫТИЯ 171
5.1. Влияние термического воздействия и интенсивности
ультразвука на твердость покрытия Н73Х16СЗРЗ 171
5.2. Влияние термического ультразвукового
воздействия на твердость покрытия 10Р6М5 180
Введение к работе
Повышение эксплуатационной долговечности и надежности деталей машин и инструмента является комплексной задачей. Важнейшая её часть -формирование свойств поверхностного слоя материала. В настоящее время особое значение имеют технологические методы восстановления рабочих поверхностей с одновременным эффектом упрочнения поверхностного слоя.
Применение плазменно-порошковой наплавки является эффективным способом повышения служебных свойств деталей машин и инструмента. Использование порошков высоколегированных сталей и сплавов для нанесения покрытия на сталь позволяет получать в наплавленном слое широкую гамму структурных и фазовых составляющих и, следовательно, регулировать свойства рабочей поверхности. Наряду с режимами наплавки средством активного воздействия на наплавленный слой является введение ультразвука в кристаллизующийся расплав покрытия.
Поэтому встаёт необходимость установления закономерностей совместного влияния режима наплавки и параметров ультразвукового поля на структуру и фазовый состав рабочего слоя. Узловым моментом является вопрос о взаимосвязи структуры и технологической стойкости изделия в конкретных условиях эксплуатации. Решение перечисленных выше задач представляет большой научный и практический интерес.
В работе поставлена цель - изучить влияние термического воздействия плазменной дуги и параметров ультразвукового поля на структуру, фазовый состав и свойства рабочих слоев из сплавов Н73Х16СЗРЗ и 10Р6М5, сформулировать рекомендации по параметрам наплавки и амплитуде ультразвуковых колебаний, обеспечивающие формирование рабочего слоя с высокими служебными характеристиками.
Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
Исследовать влияние основных параметров: тока плазменно-порошковой наплавки, температуры предварительного подогрева и ультразвукового поля: амплитуды ультразвуковых колебаний (УЗК) на структуру, фазовый и химический состав покрытий на основе порошков ПР-Н73Х16СЗРЗ ИПР-10Р6М5.
Установить взаимосвязь структуры и состава покрытий с уровнем твердости и характером ее распределения по глубине наплавленного слоя.
Выявить воздействие ультразвукового поля на образование трещин в процессе нанесения покрытия и разработать мероприятия по предотвращению разрушения покрытий.
5. Разработать рекомендации по режимам наплавки (У, Т, <%),обеспечивающих формирование покрытий с повышенной трещиностойкостью, твердостью, износостойкостью и сопротивлению к образованию трещин.
6. Разработать технологию нанесения покрытия 10Р6М5 в ультразвуковом поле на режущие инструменты. Исследовать стойкость резцов, полученных наплавкой режущей части порошком ПР-10Р6М5 в ультразвуковом поле.
Научная новизна: показана возможность целенаправленного регулирования в широких пределах структуры, химического и фазового состава покрытий параметрами плазменной наплавки и ультразвукового поля.
Установлено, что введение ультразвука при кристаллизации наплавленного слоя увеличивает объемную долю вторых фаз (карбидов, боридов, карбоборидов) и изменяет фазовый состав покрытий, что способствует повышению износостойкости наплавленного слоя.
Наибольшее воздействие стоячей ультразвуковой волны на формирование наплавленного слоя обнаружено в областях максимального растяжения и сжатия (узлах колебаний), где структура наиболее дисперсна, отсутствует слоистая неоднородность по высоте покрытия и карбидная ликвация вдоль линии сплавления. Это обуславливает высокую твердость, отсутствие
7 трещин вследствие повышенной прочности сцепления наплавленного слоя е основным металлом.
Научно-технические разработки, проведенные по теме диссертации, подтверждены тремя патентами Российской Федерации.
Практическая значимость состоит в разработке рекомендации по выбору режимов плазменно-порошковой наплавки и параметров ультразвукового поля, обеспечивающие высокие эксплуатационные характеристики рабочего слоя изделий, работающего в условиях износа и для изготовления режущего инструмента. Разработана опытная технология наплавки в ультразвуковом поле режущей части резцов.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР на кафедре Сварочного производства и упрочняющих технологий Нижнетагильского технологического института Уральского государственного технического университета-УПИ и кафедре термической обработки и физики металлов этого же университета.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XIV-ой Уральской школе металловедов- термистов «Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов» (г. Ижевск, 1998); на седьмой международной конференции «Новые технологии машиностроения» (г. Харьков-Рыбачье, 1998); на международном научном симпозиуме (XXVII Научно-техническая конференция Ассоциации автомобильных инженеров России (ААИ)) «Автотракторостороение. Промышленность и высшая школа» (г. Москва, 1999); на XV-ой Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (г. Екатеринбург, 2000); на 19-ой научно-технической конференции сварщиков Урала «Сварка-контроль. Итоги XX века» (г. Челябинск, 2000); на 20-ой научно-технической конференции сварщиков Урала «Сварка Урала» (г. Нижний Тагил, 2001); на Всероссийской научно-технической конференции «Инновации в машиностроении-2001» (г. Пенза, 2001); на И-ой научно-технической
8 конференции «Проблемы машиноведения» (г. Нижний Новгород, 2001); на XVI-ой Уральской школе металловедов-термистов «Проблемы физического металловедения перспективных материалов» (Уфа, 2002).
Автор выражает глубокую признательность научным руководителям профессору кафедры ТОиФМ УГТУ-УПИ Фарберу В.М. и доценту кафедры СПУТ НТИ УГТУ-УПИ Шевченко О.В. за становление автора, как специалиста, и благодарит профессора кафедры СМ Файншмидта Е.М., доцента кафедры СПУТ Трёкина Г.Е., инженера Лапина А.В.. за содействие в проведении исследований и обсуждении их результатов, в оформлении диссертационной роботы, а также заведующего кафедрой Специального машиностроения профессора Пегашкина В.Ф. за помощь в решении организационных вопросов.
