Влияние дисперсности карбидов вольфрама на свойства и износостойкость многослойных газотермических покрытий с подслоем никеля

порошкового никеля (образцы №№ 3, 4); 4 – аналогично схеме 2, но с подслоем из порошкового никеля (образцы №№ 5, 6) .

В работе проведены исследования микроструктуры; измерения микротвердости; рентгеноспектральный микроанализ наплавленных материалов; проведены локальные испытания на абразивный износ. Исследование микроструктуры позволили установить форму и размеры карбидов для различных условий наплавки.

Из рис. 1 видно, что после наплавки гибкого прутка (шнура) без подслоя никеля формируется карбидосодержащий наплавленный слой с карбидами различной формы у дна зоны расплава с глубиной проплавления заготовки не больше 0,05мм.

Использование подслоя из никеля толщиной до 1 мм (рис. 2) увеличило глубину проплавления материала заготовки до 0,1-0,2 мм, исключило оседание карбидов вольфрама непосредственно до поверхности материала заготовки.

При наплавке трехслойного покрытия, рис. 3: подслой никеля + слой 60WС40Ni (гибкий пруток + слой наплавленного порошка 80 WС 20 Ni ) в поверхностном слое наплавленного материала формируется композиционное мелкозернистое покрытие с равномерным распределением карбидов вольфрама.

При трехслойной наплавке глубина проплавления материала заготовки уменьшается.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО МИКРОАНАЛИЗА

На рис. 4 – 5 показаны различные области образца №7 (наплавка без подслоя, шнуром (60WC40Ni+порошок 80WC20Ni), в которых проводился элементный микроанализ. В таблице 1 представлены результаты элементного микроанализа в различных зонах наплавки.

Результаты исследования микроанализа представлены в табл. 1.

а

б

в

Рис. 1. Микроструктура образца №2 (без подслоя никеля – шнур 60WС40Ni : а – верх зоны наплавки; б – середина зоны наплавки; в – низ зоны наплавки (зона сплавления)

а                                  б                                в

Рис. 2. Микроструктура образца №4 (подслой никеля+шнур 60WС40Ni ): а – верх зоны наплавки; б – середина зоны наплавки; в – низ зоны наплавки (зона сплавления)

а                                  б                                в

Рис. 3. Микроструктура образца №5 (подслой никеля +шнур 60WС40Ni + порошок 8 0WС20Ni ): а – верх зоны наплавки; б – середина зоны наплавки; в – низ зоны наплавки (зона сплавления)

Рис. 4. Структура и элементный микроанализ зон наплавки образца №7 без подслоя никеля: 004 – зона дна наплавленной ванны из гибкого шнура; 005 – зона наплавленного шнура;

006 – зона наплавленного порошка

Рис 5. Структура и зона элементного анализа подслоя никеля

Микроанализ показал, что в наплавленный материал происходит восходящая диффузия железа из материала матрицы с уменьшением массового процентного содержания к поверхностному слою.

При наплавке с подслоем никеля (рис. 5) процентное содержание железа уменьшается практически до исходного значения, то есть подслой препятствует проникновению железа в наплавляемый карбидосодержащий материал.

Таблица 1. Элементный микроанализ материала заготовки, наплавленного шнура и порошка

№ зоны	C	O	Si	Cr	Fe	Ni	W	Total
003 (заготовка)	1.82	0.44	0.03	2.42	92.83	1.62	0.85	100.00
004	3.41	1.03	8.41	0.93	6.15	7.42	72.64	100.00
005	2.43	0.59	8.08	1.66	5.64	11.27	70.33	100.00
006	2.50	0.97	7.33	2.87	5.15	24.42	56.49	100.00

Таблица 2. Элементный микроанализ материала подслоя наплавленного никеля

№ зоны	C	O	Si	Mn	Cr	Fe	Ni	W	Total
007	0.41	0.00	2.12	0.56	9.44	2.27	85.21	0.00	100.00

Таблица 3. Результаты измерения микротвердости наплавленных материалов в зависимости от вида наплавки

№ обр.	Вид наплавляемого материала	Микротвердость, кг/мм2	Размер карбидов вольфрама в зоне наплавки, мкм
1	Без подслоя никеля, шнур 60WC40Ni	1500 ± 1000	40-100; 110-500; 700900
2	Без подслоя никеля, шнур 60WC40Ni	900 ± 500	40-100; 150-450; 700900
3	Подслой никеля+шнур 60WC40Ni	1000 ± 500	50-150; 170-500; 700900
4	Подслой никеля+шнур 60WC40Ni	800 ± 400	60-100; 120-500
5	Подслой никеля+шнур 60WC40Ni+порошок 80WC20Ni	1200 ± 450	До 350 максимальные
6	Подслой никеля, шнур 60WC40Ni+порошок 80WC20Ni	900 ± 150	До 300 максимальные
7	Без подслоя никеля, шнур 60WC40Ni+порошок 80WC40Ni	1500 ± 400	До 250
9	Без подслоя никеля, шнур 60WC40Ni	1600 ± 500	До 700, сферические карбиды

Таблица 4. Сравниетельные результаты испытаний на износ наплавленных шнура (60Wc40Ni) и порошка (80Wc20Ni) при АКН и CARPENTERMicro-MeltNT-60 при плазменной наплавке

№№ образца	8	9
Состав наплавленного материала	Без подслоя никеля WC 60%+ Ni 40%(шнур) + WC 80%+ Ni 20%(порошок)	Без подслоя никеля, WC 60%+ Ni 40%(шнур)
Структурный Фактор	Карбиды вольфрама средних размеров (100-250 мкм) с равномерном распределением	Глобулярные карбиды вольфрама, размерами до 400 - 1100 мкм С® ‘
Средняя величина износа, мкм , (за 600 секунд трения при размере алмазного порошка 2-3 мкм и силе нагрузке F н = 10 кгс).	22 ÷23	15÷17
Средняя величина износа при плазменной наплавке CARPENTERMicro-MeltNT-60 по трем зонам трения, мкм:	Ток дуги 70А - 31 Ток дуги 85 А - 37 Ток дуги 100 А - 39

Рис. 6. Диаграмма износа образца №8 – наплавка без подслоя шнуром (60WC 40Ni) + порошок (80WC 20Ni)

Рис. 7. Диаграмма испытаний на износа образца №9 - наплавка без подслоя шнуром (60WC 40Ni)

Из таблицы 2, видно, что в наплавленный подслой входят также хром и кремний. Микроанализ непосредственно карбидов показал, что они имеют практически исходный состав, то есть при температурах ацетиленокислордной наплавки, растворение связующего никеля и других элементов в них не происходит и, следовательно, на свойства карбидов не влияют. В то же время при плазменной наплавке в карбидах вольфрама наблюдается растворение железа и никеля. Результаты измерения микротвердости и ее разброса наплавленных материалов в зависимости от технологии наплавки представлены в табл. 3.

Наименьший разброс значений микротвердости наблюдается при наплавке с порошком карбида вольфрама. Наплавленный карбид вольфрама в виде шнура имеет наибольший разброс значений микротвердости относительно среднего значения. Невысокие значения разброса микротвердости относительно ее средней величины установлены также в зоне наплавки шнура при формировании сферической морфологии карбидов вольфрама.

Сравнительные результаты испытаний на износ при АКН и плазменной наплавке представлены в табл. 4.

Величина износа существенным образом зависит от формы направленных карбидов вольфрама. Округлая форма уменьшает величину износа, что может быть обусловлено проскальзыванием частиц абразива (порошок алмаза 2 -3 мкм) по поверхности карбидных частиц наплавленных материалов. Сравнительный анализ показывает, что при АКН наплавке износ наплавленного материала, содержащего одинаковое процентное карбидов вольфрама, ниже, чем при плазменной наплавке.

Диаграмма испытаний на износ образца №8 - наплавка без подслоя никеля шнуром (60WC 40Ni) + порошок (80WC 20Ni) показана на рис. 6.

Диаграмма испытаний на износ образца №9 - наплавка без подслоя никеля шнуром (60WC 40Ni) представлена на рис. 7.

АНАЛИЗ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ

На образцах с наплавленным шнуром 60WC 40Ni без подслоя никеля (образцы №1; №2; №3; №9; №10), наблюдается тенденция к образованию крупных (до 4мм) дефектов в виде пор. Дефекты образуются в основном в области наплавки шнура и в подслое никеля (рис. 8 - 10).

Рис. 8. Образец №1 - наплавка шнуром - 60WC 40Ni без подслоя

Рис. 9. Образец №3 - наплавка шнуром (60WC 40Ni) с подслоем никеля

а

Рис. 10. Поверхность наплавленных образцов:

а – наплавка на поверхности образца № 6 порошкового материала 80WC 20Ni;

б – дефектная структура поверхности образца №9 наплавленного шнуром - 60WC 40Ni

б

ВЫВОДЫ

• 1.    При наплавке шнуром, наблюдается образование дефектов в виде пор.

• 2.    При наплавке с применением порошка, дефекты не наблюдаются, поверхность формируется более равномерной и однородной.

• 3.    Образование зоны сплавления и ее глубины в значительной степени зависит от наличия подслоя и процесса реализации технологии наплавки.

• 4. Технология ацетиленокислородной наплавки дает возможность получить химически чистые карбиды с высокими эксплуатационными свойствами.

• 5. Структура с крупными глобулярными карбидами обладает большей износостойкостью с минимальным разбросом значений микротвердости, однако наблюдается склонность к образованию дефектов.

• 6.    Величина износа во многом зависит от размеров карбидов и плотности их расположения.

• 7. Ацетиленокислородная наплавка имеет экономическое преимущество перед плазменной наплавки из-за низкой стоимости оборудования и самой технологии наплавки.