Прогрессивные технологии восстановления и упрочнения деталей машин

всего удовлетворяет чистое железо, а также кобальт и его сплавы, использование которых в производстве затруднено из-за их высокой стоимости. Поэтому оптимальным решением при выборе материалов для ЭМН должно явиться компромиссное сочетание вышеуказанных требований. Следовательно, для выбора материалов с наиболее благоприятным сочетанием требуемых свойств должны рассматриваться порошковые материалы на основе железа, упрочненные твердыми фазами карбидного или интерметаллидного типа.

Удовлетворительная текучесть такого порошка обеспечивается округлой и гладкой поверхностью частиц. Исходя из особенностей технологии нанесения покрытия, размер частиц порошков должен находиться в пределах 200...350 мкм, что обеспечивается рассевом порошка.

Экспериментально установлено, что в качестве материалов, перспективных для осуществления ЭМН, рекомендуется использовать следующие (табл. 5.1): сталь 45, упрочненная бором; ферросплавы; двухкомпонентные сплавы на основе железа; быстрорежущие стали; высокоуглеродистые эвтектические сплавы.

Порошковая борированная сталь 45 чаще всего близка по составу к материалу широкого спектра упрочняемых деталей, имеет хорошие магнитные свойства, не содержит дефицитных легирующих элементов, поэтому может быть использована для восстановления изношенных поверхностей. В качестве упрочняющего элемента содержит бор.

Ферросплавы на основе бора и хрома не являются дефицитными материалами, выпускаются в достаточном количестве металлургической промышленностью, содержат элементы, образующие с железом и углеродом износостойкие карбиды и интерметаллиды.

Порошковые сплавы железо-ванадий и железо-титан имеют минимальное количество компонентов. Ванадий и титан с углеродом могут образовывать устойчивые твердые карбиды, что позволяет в перспективе создавать более сложные сплавы с высокой износостойкостью.

Порошки быстрорежущих сталей широко используются для нанесения износостойких покрытий не только ЭМН, но и другими методами. Они стандартизованы, имеют постоянный химический и гранулометрический состав, сохраняют высокую твердость и износостойкость в сформированных покрытиях

141

до температур 600—620°С, что очень важно в связи с непостоянством температурного режима на поверхности сопряженных и трущихся деталей.

Сплавы типа С-300 используются для нанесения покрытий газоплазменным способом. Их особенностью является низкая температура плавления, однородная дисперсная структура и высокая износостойкость.

Морфология и микроструктура отдельных частиц порошков имеют большое значение, т. к. характеристики порошка наряду с химическим и гранулометрическим составом определяют свойства покрытий. При наплавке не весь порошок оседает в виде покрытия на поверхность заготовки. Определенная часть порошка, проходя через рабочую зону установки и подвергаясь тепловому воздействию, не взаимодействует с поверхностью заготовки и остается неиспользованной. С точки зрения экономичности процесса возможно повторное использование порошка, прошедшего через рабочую зону.

Частицы порошка углеродистой стали, полученные путем распыления расплава стали 45 водой с последующим борированием их поверхности, имеют размер не более 250 мкм и представляют собой почти правильные сфероиды (рис. 5.1, в). Их микроструктура состоит из феррита и перлита и по соотношению структурных составляющих практически соответствует марке стали 45, однако в процессе распыления происходит некоторое снижение содержания углерода. На поверхности частиц располагается слой боридов, придающих их поверхности чешуйчатое строение (рис. 5.1, г). При нанесении покрытия из такого порошка возможно упрочнение его боросодержащими фазами.

Порошковые частицы высокохромистого сплава имеют округлую сфероидальную или эллипсовидную форму, иногда каплевидную форму, что характерно для относительно крупных частиц при распылении расплава водой (рис. 5.2, в). На поверхности частиц видны оксиды в виде чешуек и специфический рельеф в форме дендритов, образующийся при быстром охлаждении (рис. 5.2, г). Микроструктура порошка — аустенит и карбиды М7С3 гексагональной формы в виде эвтектических колоний и избыточных образований игольчатой формы (рис. 5.2, а, б). Присутствие большого количества карбидной фазы (до 40%) свидетельствует о высоком содержании углерода в сплаве. Микротвердость карбидов составляет 17 800—22 000 МПа при средней (интегральной) твердости частиц 6000 МПа, что обусловлено присутствием в структуре

142

х 800

Рис. 5.1. Фотографии частиц порошка стали 45, полученных из расплава распылением водой и борированием поверхности:

а, б — микроструктура частиц.

143

мягкой составляющей — аустенита. Такая структура обеспечивает материалу высокую износостойкость и способность к упрочнению наклепом в процессе эксплуатации за счет частичного превращения метастабильного аустенита в мартенсит. В то же время данный порошок не обладает достаточными магнитными свойствами и требует дополнительной переработки для использования в процессе электромагнитной наплавки.

Частицы порошка ферробора, полученного механическим измельчением в шаровой мельнице, в исходном состоянии имеют угловатую осколочную форму (рис. 5.3, в). Размер частиц 200—300 мкм, их микроструктура неоднородна, что присуще ферросплаву, который содержит до 9% бора. Большая часть порошковых частиц имеет мелкую дендритно-ячеистую структуру (рис. 5.3, а), состоящую из а — твердого раствора и эвтектики на основе бора и железа. Отдельные частицы имеют структуру, состоящую из мягкого а — твердого раствора (830 МПа) и крупных включений боридов, имеющих твердость 12 000 МПа (рис. 5.3, б). Твердость частиц с эвтектической структурой составляет более 8250 МПа. Различие в структуре отдельных порошковых частиц отрицательно влияет на равномерность свойств упрочненной поверхности при нанесении покрытий. Порошок ферробора имеет хорошие магнитные свойства и, благодаря этому, используется в процессе электромагнитной наплавки. После пребывания в рабочей зоне установки частицы порошка сохраняют свою первоначальную форму, но на их поверхности появляются следы оплавления и разрушения поверхностной оксидной пленки (рис. 5.3, г). Наплавленный слой при использовании порошка ферробора будет достаточно хрупким из-за высокого содержания боридных фаз.

Основное назначение распыленных водой сплавов железа с ванадием и титаном — это использование их в качестве полирующего ферроабразивного материала. Эти же порошковые материалы при незначительной корректировке по химическому составу могут быть использованы как наплавочные. Предпосылкой к этому, наряду с хорошими магнитными свойствами, является образование при быстром охлаждении мартенситной структуры с достаточно высокой твердостью и возможное упрочнение твердого раствора интерметаллидными фазами на основе ванадия и титана. При небольших добавках углерода дополнительными упрочняющими фазами становятся карбиды титана и ванадия.

147