Obrabotka Metallov. 2016 no. 1(70)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (70) 2016 25 ТЕХНОЛОГИЯ Рис. 3. Характер распределения микротвердости в зоне термического влияния при раскрое композиции «сталь Ст3 + алюминий А5М» со стороны стали Ст3 уступа на границе сталь – алюминий, представ- ляющего собой своеобразную нишу, приводит к искажению и ослаблению газодинамических потоков и способствует попаданию туда части расплава стали с верхнего участка. Медленное (относительно скорости гидродинамических потоков выноса основной массы расплава из канала реза газовыми потоками) стекание вы- сокотемпературного расплава стали по каналу реза на участке алюминия за счет высокой те- плопроводности последнего приводит к появле- нию жидкой фазы и расширению канала. Таким образом, жидкая ванна расплава стали является источником тепла в этот момент времени для дальнейшего расплавления алюминия. Посколь- ку стекание расплава не может быть равномер- ным на всем протяжении канала, расплавление материала по объему также неравномерно. Это приводит к формированию подобной геометрии канала реза на участке алюминиевой составля- ющей биметалла. Постепенное охлаждение рас- плава по мере стекания по каналу реза приводит к его кристаллизации и осаждению. Характер распределения микротвердости в зоне термического влияния подтверждает пред- ставленные соображения о процессах формиро- вания канала реза в исследуемой биметалличе- ской композиции (рис. 3). Изменение микротвердости на участке низ- коуглеродистой стали имеет традиционный ха- рактер при поверхностных методах термическо- го воздействия [25, 26], а именно постепенное снижение от максимума у поверхности до ис- ходного значения на границе зоны термического влияния. При этом ширина зоны термического влияния достигает 300 мкм. Микротвердость на участке алюминия не претерпела изменений в результате воздействия низкотемпературной плазмы и соответствовала микротвердости ис- ходного материала. Смена лобовой стороны реза со стали на алюминий в рамках технологической схемы Hi- Focus plus также не обеспечивает улучшения гео- метрии и качества реза (рис. 4). Если геометрия реза на верхнем (алюминиевом) участке биме- талла, характерная для раскроя металлов с вы- сокой теплопроводностью, сформирована дей- ствием непосредственно плазменной дуги, то на нижнем (стальном) участке в окончательном формировании канала реза участвует расплав алюминия. Если в предыдущем случае натека- ние расплава стали на участке алюминия было вызвано образованием ниши на пути движения расплава и ослаблением газодинамических ус- ловий в расширенном канале реза, то в данной схеме осаждение расплава алюминия главным образом обусловлено его высокой кинематиче- ской вязкостью. Характер геометрии канала на участке стали свидетельствует о том, что его окончательное формирование определяется не действием плазменной дуги, а подплавлением от стекающих по нему элементов расплава алю- миния (рис. 5). Уменьшение зоны термического влияния на участке стали по оценкам структурного состоя- ния до 150...180 мкм свидетельствует о сниже- нии температурного градиента в случае, когда Рис. 4 . Поперечное сечение реза ком- позиции «сталь Ст3 + алюминий А5М» при раскрое пакета по техноло- гической схеме Hi-Focus plus со сторо- ны алюминия А5М