Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 142 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФЦП Покрытия, полученные из таких многокомпонент- ных СВС-композитов, могут обладать свойствами каждого из компонентов, в результате чего покрытие в целом будет иметь взаимодополняющие физико- механические характеристики. Исследование струк- туры и свойств покрытий, полученных из подобных СВС-композитов, представляет большой научный и практический интерес. Цель работы – изучить после предварительной механоактивации и СВС элементный состав и струк- туру многокомпонентных композиционных смесей типа «наплавочный порошок – смесь тугоплавких карбидов титана, кремния и/или вольфрама», необ- ходимых для электродуговой наплавки, а также ис- следовать структуру, химический состав и свойства композиционных покрытий в зависимости от нали- чия в составе наплавочной смеси TiC, WC и SiC. Методика проведения исследований В качестве исходных реагентов для создания многокомпонентной композиционной наплавочной смеси использовались порошки титана, углерода, карбида кремния и карбида вольфрама. В качестве матрицы применялся наплавочный порошок марки ПР-Н70Х17С4Р4-3. Карбид титана синтезировался из порошков титана и углерода в режиме фронталь- ного горения с локальным инициированием процес- са СВС-реакции. Механическая активация порошковых смесей про- водилась с помощьюпланетарнойшаровой мельницы- активатора АГО-2С с возможностью варьирования интенсивности размола от 10 до 100 м/с 2 . Электродуговая наплавка осуществлялась в три прохода на подложку из стали 45 трубчатым порош- ковым электродом, содержащим следующие составы СВС-механокомпозитов: – 1-й состав: 15 % ТiC + 5 % SiC + ПР- Н70Х17С4Р4-3; – 2-й состав: 15 % ТiC + 5 % WC + ПР- Н70Х17С4Р4-3; – 3-й состав: 15 % ТiC + 5 % SiC + 5 % WC + ПР- Н70Х17С4Р4-3. Выбор процентного содержания ТiC, SiC и WC в металлической матрице обу- словливается проведенными ранее иссле- дованиями [5, 6, 8], опытом российских ученых [7], а также требованиями к каче- ству наплавленного слоя. Электронно-оптический и спектральный анализ элементного состава порошковой смеси и покрытий был выполнен с помо- щью растрового электронного микроскопа Carl Zeiss EVO 50 с микроанализатором EDS X-Act «OXFORD». При проведении исследо- ваний образцов с покрытием использовался метод металлографического анализа (Carl Zeiss Axio Observer Z1). Для исследования общей структуры покрытий при- менялось химическое травление 3 %-м раствором азот- ной кислоты в этиловом спирте, а при исследовании тонкой структуры покрытий применяли химическое травление в течение 5 мин водным раствором 20 %-й красной кровяной соли К 3 [Fe(CN) 6 ] и 20 % КОН. Качество наплавленного металла оценивали ме- тодом визуально-измерительного контроля, а свой- ства покрытия – по его твердости в поперечном и продольном направлениях. Для измерения твердости использовался микротвердомер для проведения ис- пытаний по Виккерсу 402 MVD. Результаты исследований и их обсуждение Электронно-оптическое исследование структуры наплавочных смесей показало, что все три состава в результате механической активации имеют сходное строение вещества, которое условно можно разде- лить на две укрупненные категории: мелкие части- цы субмикронных размеров ярко выраженной оско- лочной формы и частицы размером до 150...200 мкм округлой формы, сформировавшиеся в результате агломерации частиц первой группы (рис. 1). Выполненный спектральный анализ многоком- понентных наплавочных смесей подтвердил наличие в их составе синтезированного карбида титана, кар- бидов кремния и вольфрама, а также основных ком- понентов матрицы – Fe, Ni и Cr (см. таблицу). Распределение карбидной фазы и микроструктуру наплавленного покрытия изучали сначала на образцах, полученных из порошков композиционной наплавоч- ной смеси состава № 1. В наплавленном металле по- крытий из порошков этого состава были обнаружены включения карбидов титана и кремния (рис. 2, а ). По данным элементного анализа установлено, что TiC в основном содержится в наплавленном металле в виде цепочек по границам зерен, а также в виде одиночных мелких включений. SiC находится в структуре наплав- ленного слоя в виде включений неправильной формы более крупного по сравнению с зернами TiC размера. а б Рис. 1. Микроструктура наплавочной смеси состава 15 % ТiC + 5 % SiC + ПР-Н70Х17С4Р4-3 в целом ( а ) и поверхности сформировавшегося агломерата ( б )