Микроструктурный анализ поверхностных слоев деталей, упрочненных сочетанием электроконтактного припекания твердосплавных материалов с последующей лазерной обработкой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Микроструктурный анализ поверхностных слоев деталей, упрочненных сочетанием электроконтактного припекания твердосплавных материалов с последующей лазерной обработкой

В.А. Залога, проф.; Д.Ф. Демьяник, доц.; В.А. Яковлев, доц.;

В работе [1], опубликованной ранее, нами было показано, что упрочнение рабочих поверхностей деталей методом электроконтактного припекания (зачеканки) порошков карбидов тугоплавких металлов с последующей лазерной обработкой может служить эффективным средством защиты их от абразивного износа.

Процесс припекания обеспечивает совместное действие на припекаемый слой высокой температуры и давления. При этом в кинематике образования металлического покрытия принимают участие как бездиффузионные явления схватывания, так и явления спекания и сварки в твердой фазе, основанные на диффузионных процессах, приводящих к увеличению микротвердости поверхностных слоев и, как следствие, к повышению износостойкости.

При электроконтактной зачеканке порошка твердого сплава ВКб в поверхность стали Ст20 исходного состояния (нормализованной) в поверхностном слое развивается температура порядка 1000°С, которая, с одной стороны, приводит поверхность стали к размягчению и облегчает процесс зачеканки (внедрения) частиц порошка в поверхностный слой, а во-вторых, приводит к закалке поверхностного слоя стали.

На первом этапе упрочнения поверхностных слоев электроконтактной зачеканкой формирование поверхностных слоев зависит от многих факторов и является сложным процессом, определяемым пластическими деформациями, воздействием теплового потока, диффузионными процессами. сталь слой электроконтактный

На рис. 1 представлена микроструктура стали Ст20 после этого вида обработки. На поверхности виден слой толщиной ~100 мкм с размытыми границами между ферритной и перлитной структурами, а ниже идет слой, отличающийся от сердцевины (исходной структуры) более мелким зерном и большим утолщением ферритной прослойки. Необходимо отметить, что микротвердость в этом слое неодинакова - на самом зерне может быть в 2 раза выше, чем на границе между зернами (рис. 2).

Последующая за первым этапом упрочнения лазерная обработка поверхности привела к еще более сложной по строению структуры поверхностных слоев. Лазерную обработку вели с различной скоростью перемещения пятна луча - 0,3 м/мин, 1,0 м/мин и 1,4 м/мин.

Рисунок 1 - Структура поверхностного слоя стали Ст20 после внедрения порошка ВКб при контактном электронагреве - 1000°С, х100

Рисунок 2 - Различие микротвердости в структуре слоя зерен и границ между ними

Как видно из рис. 3, чем выше скорость перемещения луча, тем меньше по толщине рекристаллизационный слой. Наиболее оптимальным, по нашему мнению, явился слой, полученный при скорости перемещения лазерного пятна 0,3 м/мин. При этом режиме обработки от поверхности вглубь образца различаются явно выраженные четыре слоя (рис. 4).

Рисунок 4 - Структура поверхностного слоя стали Ст20 после электроконтактной зачеканки порошка ВК6 с последующей лазерной обработкой при скорости перемещения пятна луча 0,3 м/мин, x100:

1 - так называемый «белый слой»;

2 - слой с размытыми границами;

3 - зона рекристаллизационной г-фазы;

4 - структура сердцевины образца (исходное состояние)

1 Белый слой толщиной ~150 мкм с размытыми границами ячеек, блоков, зерен, с частично или полностью растворенными карбидами вольфрама. Одной из причин образования этого слоя считают насыщение поверхности азотом воздуха [2,3]. Микротвердость этого слоя изменяется по глубине с 8000 (МПа) до 5500, (МПа). Слой имеет резко очерченные границы перехода. В этом слое при рентгеновском микроанализе по распределению вольфрама на растровом электронном микроскопе РЭМ-100У обнаружен градиент плотности импульсов от 2200 имп/с с поверхности до 2000 имп/с у границы со вторым слоем.

2 Слой с размытыми границами между ферритом и мартенситом, образовавшимся вследствие распада перлита (слой ~100-150 мкм), с наличием продиффундировавшего в этот слой карбида вольфрама. Микротвердость понижается с 5500 (МПа), с границы до 5000 (МПа) до следующего слоя. Плотность импульсов по толщине слоя не изменяется и составляет ~2000 имп/с.

В этом слое структура закалки представляет собой мартенситные островки на месте бывшего перлита со средней концентрацией углерода, соответствующей эвтектоидному составу, в общей массе структурно-свободного феррита.

3 Третий слой - зона рекристаллизационной г-фазы (при достижении 910⁰С) с минимальной диффузией в эту зону карбида вольфрама. Микротвердость слоя ~5000 (МПа). Плотность импульсов имеет градиент от границы со вторым слоем 2000 имп/с до 1600 имп/с у новой границы с сердцевиной.

4 Последний слой - сердцевина образца (исходное состояние).

Следует отметить, что границы между 1-м и 2-м, а также между 3-м и 4-м слоями являются достаточно резкими и даже при большом увеличении видны не как расширенные области, а как линии.

Таким образом, результаты микроструктурного анализа совместно с рентгеновским микроанализом образовавшихся слоев с поверхности вглубь образцов подтверждают возможность восстановления изношенных деталей этим способом, к тому же приводят к значительному повышению их износостойкости за счет увеличения микротвердости поверхностных слоев.

Список литературы

Залога В.А., Демьяник Д.Ф., Яковлев В.А. Износостойкое упрочнение поверхностей деталей машин и инструментов сочетанием электроконтактного припекания твердосплавных материалов с последующей лазерной обработкой//Сб. научных трудов Сумского государственного университета «Современные технологии и оснастка машиностроительного производства».- Киев, 1994.- С. 104-108.

Губенко С.И. Особенности структурных изменений в стальной матрице вблизи включений при скоростной лазерной обработке.-М.: Ми-ТОМ, 1984.- 21 с.

Травина Н.Т., Никитин А.А. Применение лазерной обработки для упрочнения поверхности металлов и сплавов. - М.:Черная металлургия, 1985.-С. 3-12.

Размещено на Allbest.ru