Формирование структуры и свойств покрытий на основе композиционного материала сталь Р6М5 - тугоплавкий карбид

• Автор: Гнюсов, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 171 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Использование концентрированных потоков энергии для упрочнения рабочих поверхностей деталей механизмов и машин
1.2 Электронно-лучевое воздействие
1.2.1 Электронно-лучевое облучение
1.2.2 Электронно-лучевая наплавка
1.3 Постановка задачи
2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Установка вакуумной электронно-лучевой наплавки
2.2 Наплавочные материалы
2.3 Структурно-фазовый анализ
2.4 Механические испытания
2.5 Метод определения износостойкости по ГОСТ
3 СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ИСХОДНЫХ ПОРОШКОВ И КОМПОЗИЦИОННЫХ СПЕКОВ НА ИХ ОСНОВЕ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ
3.1 Структурно-фазовый состав исходных порошков
3.2 Структурно-фазовый состав композиционных спеков
Выводы
4 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРНОФАЗОВОГО СОСТАВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ СТАЛИ Р6М5 В УСЛОВИЯХ ВАКУУМНОЙ
ЭЛЕКТРОННО ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ
4.1 Структура, фазовый состав и микротвердость образцов быстрорежущей стали, оплавленных электронным лучом или

наплавленных порошком стали Р6М5
4.2 Изменение структурно-фазового состава и твердости композиционных покрытий сталь Р6М5 - У/С в зависимости от содержания карбида вольфрама в исходной шихте и термической обработки
4.3 Влияние числа проходов электронного луча (толщины покрытия) на структурно-фазовый состав и микротвердость наплавки сталь Р6М5+20% УС
4.4 Влияние карбида титана на структурно-фазовый состав и микротвердость покрытий на основе стали Р6М5
4.5 Изменение структурно-фазового состава и твердости композиционных покрытий сталь Р6М5 - (УС+ТіС) в зависимости от
содержания карбида вольфрама в исходной шихте
Выводы
5 ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ и
ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
5.1 Износостойкость исследуемых композиционных покрытий
5.1.1 Износостойкость композиционных покрытий сталь Р6М5 - УС
5.1.2 Износостойкость композиционных покрытий сталь Р6М5
(ДУС+ТІС)
5.1.3 Износостойкость композиционных покрытий сталь Р6М5 - ТІС
5.2 Практическое использование композиционных покрытий
5.3 Оценка ожидаемой экономической эффективности при замене азотированных опорных шеек под игольчатые подшипники на
композиционные покрытия при изготовлении вал-шестерни
Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время существенно возросла доля конструкций, сооружений и оборудования в целом ряде отраслей промышленности (энергетика, транспорт, химическая, нефтехимическая), работающих в условиях высоких контактных нагрузок, одновременно сопровождающихся абразивным и ударно-абразивным износом. Следовательно, широко распространена проблема выхода из строя деталей различных машин и механизмов. С другой стороны, вновь вводимое оборудование в целях снижения затрат на материал чаще всего изготавливается из экономнолегированных малоуглеродистых конструкционных сталей, требующих поверхностного упрочнения. В сложившихся условиях первоочередной задачей является повышение экономически целесообразной долговечности и надежности рабочих органов машин, технологического оборудования и инструмента, которые непосредственно связаны с повышением износостойкости.
Сегодня 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. Данные наплавочные материалы нашли широкое применение в горнодобывающих отраслях промышленности, где нет жесткого требования по качеству структуры наплавки. В качестве упрочняющей фазы они содержат 30... 90 % дорогостоящих карбидов вольфрама. Данные
упрочняющие покрытия имеют ряд недостатков: хрупкость из-за большого содержания упрочняющих частиц; неравномерность распределения упрочняющих частиц по объему наплавленного слоя особенно при их содержании до 30...50 %; образование сетки трещин на поверхности покрытия, что не позволяет использовать их в условиях высоких контактных нагрузок, одновременно сопровождающихся ударно-абразивным износом.

В работах [118,136] на подложку из малоуглеродистой стали наплавляли порошки, полученные вибропомолом стружковых отходов быстрорежущей стали Р6М5, промышленный порошок стали Р6М5 и композиционные материалы на их основе. Содержание углерода в порошках, полученных из стружковых отходов, повышали диффузионным насыщением в смесях с сажей [118]. Фазовый состав наплавки исходным порошком из стружки состоял из легированного феррита, небольшого количества остаточного аустенита и мартенсита. Карбидов в упрочненном слое не наблюдалось. Твердость таких покрытий не превышала 50 РЖС. При добавлении углерода происходило увеличение параметра решетки феррита и содержание аустенита, отмечалось небольшое увеличение содержания метастабильного карбида БегС и карбида МбС. Появление небольшого количества карбидов и измельчение структуры (аустенит, игольчатый феррит) приводит к повышению твердости покрытия до уровня твердости наплавки распыленным порошком (64 НКС).
В работе [140] исследованы электронно-лучевые покрытия, наплавленные механическими смесями порошков карбида вольфрама (сплав ВСНГН-88) и порошков некоторых сплавов на основе никеля и железа. Порошок марки ВСНГН-88 кроме карбида вольфрама содержит сплав на основе никеля №-Сг-В-81 в количестве 12 вес. %, который в процессе наплавки смешивается с порошком металлической связки (никелевый сплав ПГ-10Н-01, ПГ-10Н-04, нихром ПХ20Н80, высокохромистый чугун ПГ-УС25, сталь Р6М5). Поэтому состав металлической матрицы в покрытии достаточно сложен и трудно поддается расшифровке ее фазовый состав. Отмечено, что в наплавке чистым порошком стали Р6М5 количество остаточного аустенита не превышает 6 %. При наплавке смесью сталь Р6М5+20% ВСНГН-88 его количество увеличивается до 72 %, а затем падает до 37 % в наплавке сталь Р6М5+50 % ВСНГН-88. Большое содержание остаточного аустенита в данных покрытиях и, следовательно, низкую твердость авторы связывают с влиянием никеля. Во всех композиционных