3.3 Порошковые материалы пг-12н-01

В последнее время большое внимание уделяется разработке ресурсосберегающих технологий, направленных на увеличение срока службы изделий при изготовлении, а также их дальнейшей эксплуатации после восстановительного ремонта.

Выбор материала для восстановления изношенных деталей определяется в первую очередь условиями работы. Широкое распространение получили самофлюсующиеся сплавы системы Ni-Сr-В-8ь Основой сплава является никель, обеспечивающий высокую прочность связи его со стальной основой, а карбиды и бориды - высокую износостойкость нанесенного слоя.

Для восстановления изношенных поверхностей большой номенклатуры деталей, интенсивно изнашивающихся в условиях ударно-абразивного изнашивания, целесообразно использовать смесь самофлюсующегося порошка ПГ-12Н-01 с 5...7% Была исследована партия образцов из стали 65Г, из которой обычно изготавливают подобные детали, с названным выше покрытием. Кроме того испытывали образцы из простой углеродистой стали 30 На поверхности образцов, изготовленных в виде пластин толщиной 5 мм., из стали 65Г и стали 30, после дробеструйной обработки способом плазменного напыления наносился самофлюс ПГ-12Н-01 с 5%с последующим газовым оплавление при 1050... 1100°С с выдержкой до 5 мин.

Для напыления использовали установку УПУ-ЗД, укомплектованную источником питания ИПН 160/600. Гранулометрический состав порошка - 100... 150 мкм, температура просушки порошка - 100...150°С в течение двух часов, предварительная подготовка основы — дробеструйная обработка чугунной крошкой фракцией 0,5... 1мм до получения шероховатой матовой поверхности, дистанция напыления - 70...80мм, температура предваритель­ного подогрева подложки - 100... 120°С.

Образцы перед напылением устанавливали на столе манипулятора и с помощью специальных прижимов закрепляли во избежание их сдувания плазменной струей. Одновременно напыляли пять плоских образцов размером 50x30x5мм, предназначенных для изготовления микрошлифов, и специальные образцы для испытания на прочность сцепления покрытия с основой методом вытягивания штифта. Из пяти плоских образцов три подвергали оплавлению, а два использовали для изучения исходной микроструктуры полученного покрытия.

Оплавление покрытия производили после нанесения слоя толщиной 0,5...1,5мм, применяя восстановительное пламя (горелка ГЗУ-З, смесь пропан — бутана и кислорода). Оплавление начинали сразу же после выключения плазмотрона, не допуская полного охлаждения образцов. Оплавленные образцы погружали в песчаную ванну для медленного и

равномерного охлаждения, что предотвращало образование трещин и отслоений.

При данных расходах газа и установленном токе 24 А падение напряжения на дуге составляло 320...330 В. Расход порошка равнялся (10... 12) кг/ч, расстояние от напыляемой поверхности до среза сопла было в пределах (50.. .200) мм.

Для оценки адгезионной прочности покрытий поверхность образцов предварительно обезжиривали. Адгезионную прочность покрытий определяли как клеевым методом, так и методом вытягивания конического штифта. Полученные результаты усредняли. Плотность покрытий изучали методом гидростатического взвешивания (с учетом «закрытой» пористости напыленного слоя).

Установлено, что при напылении порошка марки ПГ-12Н-01 на подложку из стали 30 адгезионная прочность покрытия составляет (43...47) МПа — при толщине покрытия 0,7...0,9 мм, причем максимальная величина адгезии обеспечивается при уменьшении до 60мм расстояния от среза сопла до напыляемой поверхности. Это достигается благодаря увеличению скорости перемещения напыляемой детали относительно плазменной струи, что предотвращает перегрев покрытия, а следовательно, возникновения в нем напряжений. Химический состав и плотность подложки и покрытия представлен в таблице 3.6

Таблица 3.11 — Химический состав исходного порошка и полученного из него покрытия

Объект анализа	Содержание, %					Плотность,
	Сr	Al	Fe	В	С		г/см
Исходный порошокПГ-12Н-01	11,0	2,0	2,5	4,2	0,6		-
Покрытие ПГ-12Н-01	10,7	1,82	2,48	4,18	0,58		6,8...7,8

Роль матрицы здесь выполняет мелкозернистая эвтектика (-фаза №₃В и твердый у-раствор Ni—Сr). Микроструктура этого сплава при оплавлении плазменной струей имеет мелкозернистую структуру с наличием игл карбидов. Формирование подобной структуры обусловлено кратковременностью цикла термообработки.

Для обоих покрытий типичен переходный слой глубиной (2...6) мкм, в котором наблюдается, как было уже сказано, диффузия железа из стальной основы, а никеля, хрома и др. элементов покрытия в стальную основу. В результате перераспределения химических элементов в исследуемых покрытиях можно наблюдать подслойную химическую и структурную неоднородность. С помощью рентгеноструктурного фазового анализа на установке «Дрон-3» в Си излучении с никелевым фильтром в покрытии из ГТГ-12Н-01, за исключением зоны оплавления и поверхностного слоя, обнаружены карбидо боридные фазы: Ме₇С₃, Ме₂₃С₆, Ме₂₃В₆, Ме₇С и др. с микротвердостью больше 9200МПа, а также эвтектики с (6500...8000) МПа. результате оплавления плазменных покрытий из сплавов системы Сr-Fе-В-A1-С при 1050...1100°С существенно увеличивается плотность износостойкого слоя, слоистость отсутствует, мелкодисперсная фаза карбидов и боридов (идентификация по результатам микротвердости) равномерно распределена по объему рабочего слоя. Граница раздела фаз размыта, наблюдается интенсивная диффузия углерода из покрытия в основу, твердость покрытия после термообработки 55...57 НRС. При этом в зависимости от величины и длительности нагрева могут формироваться сплавы с преимущественным содержанием той или иной структурной состав­ляющей покрытия. Образование эвтектики происходит тогда, когда скорость ее возникновения выше скорости образования отдельных фаз у-твердого раствора и Ni₃В. В противном случае быстро развивающийся процесс образования указанных отдельных фаз не позволяет расти эвтектическим колониям. По мере увеличения температуры нагрева в области линии солидус сплава и времени выдержки при этой температуре размер эвтек­тических колоний, формирующихся при охлаждении, увеличивается, и их строение может представлять собой единое разветвленное образование, пронизывающее почти весь объем покрытия.

Увеличение содержания эвтектической составляющей в структуре покрытия сопровождается значительным ростом его твердости при одновременном небольшом снижении прочности (рис. 3.8).

Объемное содержание упрочняющих фаз и колоний эвтектики в изучаемых покрытиях сильно возрастает после нагрева до температур в области линии солидус системы Ni-Ni₃В (рис. 3.8 а,б).

Рис. 3.1-3ависимость предела прочности композиции оплавленное покрытие ПГ-12Н-01 – сталь ЗО (1) и твердости этого покрытия (2) от содержания эвтектики

<3__ат . МКМ С* . мкм

^Топл.' *^С

В то же время с увеличением длительности выдержки при температуре оплавления покрытий происходит интенсивный рост колоний эвтектики при относительно малом росте частиц упрочняющих фаз (рис. 3.33).

Рис. 3.2 Влияние температуры нагрева при оплавлении покрытий ПГ- 12Н-01 на изменение размеров колоний эвтектики (1) и упрочняющих фаз (2)

Рис. 3.3- Зависимость объемного содержания упрочняющих фаз в покрытии ПГ-12Н-01 от температуры (1) и времени (2) оплавления.