Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 61 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ – оплавление обрабатываемой поверхности лу- чом лазера; – механическая обработка упрочненной поверх- ности. Твердосплавные пластины ВК20 представляли собой бруски размером 35×5×5 мм. На боковую по- верхность 35×5 мм наносилась порошковая смесь ВК6 с применением технологии шликерного литья. Оплавление смеси ВК6 на поверхности твердого сплава ВК20 осуществлялось с использованием ла- зерного технологического комплекса «Сибирь-2» производства Института теоретической и приклад- ной механики СО РАН (ИТПМ). Комплекс представ- ляет собой прокачной СО 2 -лазер, излучение которого непрерывно и обладает длиной волны 10,6 мкм. Важной особенностью лазерной установки яв- ляется устройство резонатора, разработанного в ИТМП, позволяющее сохранять высокое качество излучения при его высоких мощностях. Образец за- креплялся на рабочем столике, перемещающемся в процессе обработки относительно лазерного луча. Для уменьшения степени окисления спекаемой по- верхности оплавление осуществлялась в за- щитной атмосфере инертного газа – гелия. Оплавление производилось при мощностях лазерного луча: 1; 1,5 и 3 кВт, при скоро- стях передвижения образцов относитель- но лазерного излучения 0,5; 1; 1,5 м/мин. Диаметр лазерного пучка составил 0,2 мм в фокусе излучения, настроенном на глубину 2 мм от поверхности образца. Для проведения металлографических ис- следований использовали световой микроскоп Сarl Zeiss AXIO Observer A1m и растровый электронный микроскоп Carl Zeiss EVO50, оснащенный микроа- нализатором EDS X-Act (Oxford Instruments). Для оценки диффузионных процессов при оплавлении лазерным излучением использовали функции карти- рования и определение химического состава вдоль линии. Металлографические исследования на световом микроскопе проводились в диапазоне увеличений от 40 до 1500 крат с использованием метода светлополь- ного освещения. Объектами исследования служили металлографические шлифы, приготовленные по стандартным методикам, включающим такие опера- ции, как механическое шлифование и полирование, а также химическое травление. Результаты и обсуждение Микроструктурные исследования поверхностных слоев композиции «ВК6-ВК20» после оплавления ла- зерным лучом свидетельствуют об образова- нии четырех типов зон в поверхностном слое. На рис. 1 представлено характерное строение этих участков. Четко выделяется исходная структура сплава ВК20. Размер частиц карби- да вольфрама составляет 3...8 мкм. Далее сле- дует область, имеющая трехфазное строение и состоящая из частиц карбида вольфрама, фазы (Co,W) 3 C и материала связки на основе кобальта. Появившаяся в процессе обработки фаза (Co,W) 3 C расположена преимуществен- но между частицами карбидов вольфрама. Такая форма образования фазы (Co,W) 3 C является нежелательной, так как приводит к уменьшению объемной доли связующего ком- понента, что способствует снижению предела прочности материала при поперечном изгибе. Область материала, оплавленная в процессе обработки, состоит из двух участков: зоны, имеющей крупнозернистое двухфазное стро- ение (рис. 1, а , б ), а также участка, имеющего мелкозернистое строение и состоящего как минимум из трех фаз (рис. 1, в , г ). Размер ча- Состав порошковых смесей Марка порош- ковой смеси Массовая доля % Сред- ний размер по Фишеру, мкм Угле- род общий Углерод свобод- ный, не более Кобальт Кисло- род, не более Железо, не более ВК6 5,45-5,70 0,1 5,7-6,2 0,4 0,2 – а б в г Рис. 1. Фотографии микроструктур композиции ВК6-ВК20 обработанных лазером: а – переходная зона между зонами, имеющих мелкое и крупное строение; б – зона крупных частиц карбида вольфрама; в – переходная зона между областью с крупным строением и многофазной областью; г – многофазная зона