Прогрессивные технологии восстановления и упрочнения деталей машин

При электромагнитной наплавке действие разрядного тока, проходящего через порошок, продолжается сотые доли секунды, однако частицы порошка успевают нагреться до температуры 1700...1800°С и расплавиться. Быстрое затвердевание капель расплава, сопровождаемое теплоотводом вглубь холодной основы, позволяет сравнить характер фазовых превращений в поверхностном слое с процессами электроискрового или лазерного легирования металлических поверхностей, при которых в момент затвердевания наплавляемого металла скорость охлаждения локально может достигать 105 град/с.

При нанесении покрытий электромагнитной наплавкой на поверхности заготовки формируется упрочненный слой, состоящий из двух основных зон — наплавленного слоя и примыкающей к нему со стороны основы зоны термического влияния, обычно соизмеримой с ним по толщине. Структура и толщина упрочненного слоя (при прочих равных условиях) определяются составом наплавляемого порошка.

Свои особенности имеют структура и фазовый состав покрытия, полученные наплавкой порошковых материалов. На рис. 5.10 представлены микроструктура и топография поверхности, полученной при наплавке порошком сплава Fe-10%V. Наплавленный слой представляет собой конгломерат очень мелких металлических пластин, по фазовому составу являющийся пересыщенным твердым раствором ванадия в а-железе. Вблизи границы с основой покрытие имеет столбчатое дендритно-ячеистое строение, ориентированное в направлении максимального теплоотвода, т. е. перпендикулярно к поверхности заготовки (рис. 5.10, а). В межосевых промежутках структура металла равноосна с малым количеством микропор, количество и размер которых убывает в направлении, перпендикулярном осям первого порядка. Наружная часть покрытия, формирующаяся на «теплой» основе, имеет равноосное ячеистое строение с меньшим количеством микропор (рис. 5.10, б). На границе раздела покрытие—основа на глубине до 40 мкм происходит полная фазовая перекристаллизация материала основы с образованием дислокационного мартенсита (рис. 5.10, в). Под этой частью зоны термического влияния располагается зона неполной закалки, структура которой представляет собой рекристаллизованный феррит и участки перлита, превратившегося в мартенсит или троостомартенсит. Твердость термоупрочненного слоя меняется от 8000 до 2700 МПа.

170

часть покрытия имеет дендритно-столбчатое строение, пористость ориентируется вдоль осей дендритов (рис. 5.11, б). Структура покрытия представляет собой смесь мартенсита и остаточного аустенита, соотношение которых определяет его твердость. Возможно присутствие некоторого количества дисперсных карбидов. Пористость составляет 6—8%.

Сплав С-300 имеет температуру плавления примерно 1280°С, что на 150—200°С ниже, чем у предыдущих сплавов. Его структура — это эвтектика из а — фазы и сложных карбидов на основе хрома, ванадия и бора. Низкая температура плавления обеспечивает сплаву С-300 при одинаковых режимах наплавки более высокий перегрев расплавленных порошковых частиц и большую неоднородность покрытия.

На поверхности заготовки после формирования покрытия образуется упрочненный слой, состоящий из двух примерно равных по толщине зон (рис. 5.12, а, в). Само покрытие имеет ярко выраженное дендритно-столбчатое строение вблизи основы и ячеистое строение во внешнем слое (рис. 5.12, б). Между покрытием и, основой четко обозначена поверхность раздела, под которой располагается зона термического влияния, меняющая структуру от однофазной (зона полной закалки) до двухфазной (зона неполной закалки). Однофазная структура представляет собой дислокационный мартенсит, а двухфазная — такой же мартенсит и рекристаллизованный феррит. Глубже этого слоя располагается зона из рекристаллизованного феррита и перлитоподобной составляющей, образовавшейся в результате нагрева перлита до температуры, незначительно превышающей точку АС], с последующим охлаждением. Пористость покрытия достаточно велика и достигает 10%. На рис. 5.13, а, б приведены данные о распределении хрома в упрочненном слое и топография поверхности, снятая в характеристическом излучении хрома. Они свидетельствуют о слабом развитии процесса диффузии легирующих элементов из покрытия в основу. В то же время, очевидно, успевает пройти диффузия углерода из высокоуглеродистого покрытия в поверхностный слой основы с образованием при быстром охлаждении высокоуглеродистого мартенсита.

175