Влияние дисперсности карбидов вольфрама на структуру, свойства и износостойкость газотермических покрытий с подслоем никеля
Величина износа - показатель, который существенным образом зависит от формы направленных карбидов вольфрама. Наплавка твёрдыми сплавами - один из наиболее эффективных методов повышения износостойкости рабочих поверхностей различных элементов узлов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.11.2018 |
| Размер файла | 4,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Долговечность изделий во многом определяется износостойкостью рабочих поверхностей различных элементов узлов, в частности, в буровых долотах долговечность их эксплуатации во многом определяется износостойкостью зубцов. Одним из наиболее эффективных методов является наплавка твёрдыми и сверхтвёрдыми сплавами. В качестве наплавленного слоя используются порошковые и прутковые материалы.
В данной работе изложены результаты исследований и испытаний образцов, полученных ацетиленокислородной наплавкой карбидосодержащего прутка: состава 60% карбида вольфрама - 40% никеля с добавками хрома, кремния; порошка состава 80% карбида вольфрама - 20% никеля с подслоем и без подслоя никеля. Ацетиленокислородная наплавка осуществлялась на образцы цилиндрической и прямоугольной формы толщиной 15 мм из стали 19ХГНМА (19ХН3МА-В).
Целесообразность применения покрытий из карбидосодержащих материалов обусловлена их высокой твердостью, сопротивляемостью абразивному износу и теплопроводностью, обеспечивающей быстрый отводу тепла вглубь материала заготовки в процессе наплавки и детали в процессе эксплуатации. Установление влияния различных факторов на свойства наплавленных материалов наплавка производилась по различным схемам: 1 - без подслоя никеля наплавлялся компактный материал в виде гибкого прутка (шнура) из композиционного материала 60WС40Ni (образцы №№ 1, 2, 9, 10); 2 - без подслоя никеля наплавлялся компактный материал в виде гибкого прутка (шнура) из композиционного материала 60WС40Ni с последующей наплавкой композиционного порошкового материала 80WС20Ni (образцы №№ 7, 8); 3 - с подслоем из порошкового никеля и компактный материал в виде гибкого прутка (шнура) из композиционного материала 60WС40Ni (образцы №№ 3, 4); 4 - с подслоем из порошкового никеля, компактного материал в виде гибкого прутка (шнура) из композиционного материала 60WС40Ni с последующей наплавкой композиционного порошкового материала 80WС20Ni (образцы № 5, 6).
В работе проведены оптические 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 материала зоготовки 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 до поверхности материала заготовки. При наплавке трехслойного покрытия (рис. 3): подслой никеля + слой 60WС40Ni (гибкий пруток)+ слой 80WС20Ni (порошок) в поверхностном слое наплавленного материала формируется композиционное мелко зернистое покрытие с равномерным распределением карбидов вольфрама.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Рис. 1. Образец №2 (без подслоя никеля - шнур): а - верх зоны наплавки; б - середина зоны наплавки; в - низ зоны наплавки (зона сплавления)
износостойкость карбид фольфрам сплав
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Рис. 2. Образец №4 (подслой никеля+шнур): а - верх зоны наплавки; б - середина зоны наплавки; в - низ зоны наплавки (зона сплавления)
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Рис. 3. Образец №5 (подслой никеля +шнур + порошок): а - верх зоны наплавки; б - середина зоны наплавки; в - низ зоны наплавки (зона сплавления)
При трехслойной наплавке глубина проплавления материала заготовки уменьшается.
Измерения микротвердости показали, что микротвердость никелевой связки изменяется в пределах 350 - 650 кг/мм2, карбидов вольфрама гибкого прутка 1350 - 2575 кг/мм2 (размер карбидов: мелких 40-120 мкм, средних 150-500 мкм, крупных 700-900 мкм); карбидов вольфрама наплавленного порошка в пределах 2128 - 2575 кг/мм2 (размер карбидов: мелких 40-100 мкм, средних 120-200 мкм, крупных 200-300 мкм); микротвердость карбидов вольфрама сферической формы наплавленного шнура 1523 - 1648 кг/мм2; карбидов вольфрама не правильной формы в пределах 1400 - 1715 кг/мм2 ((образец № 9 - разброс значений микротвердости минимальный).
Результаты проведения элемент-ного микроанализа. На рис.4 показаны области образца №7 (наплавка без подслоя, шнуром (60WC 40Ni) + порошок (80WC 20Ni)), в которых проводился элементный микроанализ.
Элементный 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 процентное содержание железа уменьшается практически до исходного значения, то есть подслой препятствует проникновению железа в наплавляемый карбидосодержащий материал (рис. 5).
Результаты исследования микроанализа представлены в табл. 1.
Из значений табл. 2, видно, что материала подслоя никеля входят также хром, кремний.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Рис. 4. Структура и элементный микроанализ зон наплавки образца 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 непосредственно карбидов показал, что карбиды имеют практически исходный состав, то есть при температурах ацетиленокислородной наплавки, растворение связующего никеля и других элементов в карбиде вольфрама не происходит, соответственно, свойства карбида будут определяться его собственными свойствами и свойства наплавленного материала будут определяться свойствами наплавляемого материала. В то же время при плазменной наплавке в карбидах вольфрама наблюдается растворение железа и никеля.
Сравнительные результаты испытаний на износ при АКН и плазменной наплавки представлены в табл. 3.
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 износа с плазменной наплавкой показывает, что при АКН наплавке износ наплавленного материала, содержащего одинаковое процентное карбидов вольфрама, ниже.
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
|
№ 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. Сравнительные 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 WC60%+Ni40%(шнур) + WC80%+Ni20%(порошок) |
Без подслоя никеля, WC60%+Ni40%(шнур) |
|
|
Структурный Фактор. |
Карбиды вольфрама средних размеров (100-250 мкм) с равномерном распределением |
Глобулярные карбиды вольфрама, размерами до 400 - 1100 мкм |
|
|
Средняя величина износа, мкм, (за 600 секунд трения при размере алмазного порошка 2-3 мкм и силе нагрузке FН = 10 кгс). |
22 ч23 |
15ч17 |
|
|
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 |
Список литературы
1. А.А. Паркин, С.С. Жаткин, Е.А. Минаков. Влияние структуры и свойств на износ покрытия Micro Melt NT-60 после плазменной порошковой наплавки. /Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2011. т. 13, №4(3). С. 847-852.
2. Е.А. Минаков, С.С. Жаткин, А.А. Паркин, О.С. Фураев, В.Г. Климов. Исследование локального износа покрытий Micro Melt NT-60 и Stellite 190W, полученных плазменной порошковой наплавкой./XII международная научно-практическая конференция "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике". 8-10 декабря 2011 г. Санкт-Петербург, Россия. - C.254-259.
3. А.А. Паркин, С.С. Жаткин, Е.А. Минаков. Оптимизация технологии плазменной наплавки порошковых материалов. Металлургия машиностроения. - 2011. - № 1. - С.44-49.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Применение наплавки для повышения износостойкости трущихся поверхностей в машиностроительном производстве. Технологические процессы лазерной обработки металлов. Технология нанесения покрытий лазерным оплавлением предварительно нанесенного порошка.
реферат [682,4 K], добавлен 22.02.2017Сущность технологий извлечения металлов из лома карбидов металлов, полученных путем спекания. Анализ достоинств и недостатков твердых металлокерамических сплавов. Описание основных способов извлечения вольфрама из отходов промышленного производства.
курсовая работа [744,6 K], добавлен 11.10.2010Двухкарбидные твердые сплавы. Основные свойства и классификация твердых сплавов. Метод порошковой металлургии. Спекание изделий в печах. Защита поверхности изделия от окисления. Сплавы на основе высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама и титана.
контрольная работа [17,9 K], добавлен 28.01.2011Структура и свойства антифрикционных гальванических покрытий. Влияние процессов трения на структуру гальванических покрытий Pb-Sn-Sb. Технические рекомендации по повышению износостойкости пары прения подпятник – планшайба аксиально-поршневого насоса.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 08.12.2012Изучение диаграммы W-Ni и рассмотрение сплава ВНЖ 7-3, основными компонентами которого являются вольфрам и никель. Способы получения вольфрама и его свойства. Сплавы вольфрама и никеля. Сравнение марок стали по наибольшей жаропрочности и жаростойкости.
курсовая работа [466,3 K], добавлен 01.07.2014Методы порошковой металлургии. Повышение износостойкости покрытий, полученных методом высокоскоростного воздушно-топливного напыления, из самофлюсующихся сплавов на никелевой основе путём введения в состав исходных порошков добавок диборида титана.
статья [2,3 M], добавлен 18.10.2013Получение и свойства карбидов вольфрама. Основные конструкции и параметры вольфрамового торированного карбидированного катода. Подготовка вольфрамовой торированной проволоки. Особенности изготовления решетки. Оптимизация структуры карбидного слоя.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 30.05.2012Анализ влияния термической обработки на износостойкость стали, применяемой для изготовления ножей куттера. Испытания на трение и износ, при помощи машины типа "II-I-б". Влияние температуры закалки и стадий образования карбидов на износостойкость стали.
статья [169,0 K], добавлен 22.08.2013Повышение износостойкости наплавочных материалов за счет их структурно-фазового состояния. Назначение, характеристика состава и микроструктура наплавленного металла. Влияние легирующих элементов на повышение износостойкости. Борьба с шумом и вибрацией.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 22.06.2011Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.
дипломная работа [492,5 K], добавлен 19.02.2011Достоинства порошков с никелевым покрытием. Влияние исходной концентрации сульфата аммония на микроструктуру композиционных никель-алюминиевых частиц и на технологические показатели процесса плакирования. Свойства покрытий из плакированных порошков.
статья [142,4 K], добавлен 05.08.2013Общая характеристика легированных сталей и их специфические свойства: износостойкость, жаропрочность, прокаливаемость в крупных сечениях, кислотостойкость. Распределение легирующих элементов в сталях, зависимость механических свойств от их содержания.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 17.08.2009Способы получения вольфрама из соединений. Конструкция печи для восстановления вольфрамового ангидрида, ее достоинства и недостатки. Расчет материального баланса восстановления вольфрамового ангидрида. Коэффициент теплопроводности асбестового картона.
курсовая работа [570,5 K], добавлен 02.06.2017Определение эксплуатационных свойств белых чугунов количеством, размерами, морфологией и микротвердостью карбидов. Влияние температуры отжига на механические свойства промышленного чугуна. Технологические схемы изготовления изделий повышенной стойкости.
доклад [50,8 K], добавлен 30.09.2011Изучение наиболее эффективных методов термического напыления: плазменного, газопламенного и детонационного, а также плазменной наплавки для восстановления изношенных деталей. Особенности формирования покрытий при сверхзвуковом газопламенном напылении.
реферат [1,4 M], добавлен 13.12.2017Характеристика и химический состав низколегированных и углеродистых сталей, применяемых для повышения долговечности рабочих органов машин. Свойства электродных материалов для наплавки. Технология электрошлаковой наплавки зубьев ковшей экскаваторов.
курсовая работа [509,6 K], добавлен 07.05.2014Определение и общая характеристика способа наплавки покрытий. Подготовка материалов и заготовок к наплавке. Классификация и применение электродуговой наплавки. Ее технологические особенности и расчеты. Сущность электродуговой наплавки под слоем флюса.
реферат [918,4 K], добавлен 16.03.2012Сфера применения карбидов титана и хрома. Состав и технологические характеристики исходных продуктов и композиционных порошков на их основе. Скорость окисления образцов. Микроструктура плазменного покрытия после изотермической выдержки в течение 28 часов.
статья [211,0 K], добавлен 05.08.2013Эллипсометрический метод - один из самых точных и чувствительных методов контроля поверхностей и тонкослойных структур. Анализ изменения эллипса поляризации пучка поляризованного света при его отражении от исследуемого объекта. Описание установки.
лабораторная работа [507,8 K], добавлен 31.10.2012Использование электрохимических методов в различных отраслях промышленности. Замена механической обработки твёрдых и сверхтвёрдых металлов и сплавов анодным растворением. Электрохимические методы анализа. Электроосаждение покрытий металлами и сплавами.
реферат [23,6 K], добавлен 13.09.2013
