Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 62 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ стиц карбида вольфрама в крупнозернистой зоне находится в диапазоне от 20 до 50 мкм. В многофазной области присутствуют два типа выделений: пластинчатой формы (дли- ной 20 и толщиной 2–3 мкм) и глобуляр- ной формы с диаметром 5–7 мкм. Также в многофазной области встречаются крупные частицы карбида вольфрама и дендритные колонии эвтектики Co-(Co,W) 3 C. Наличие отмеченных соединений под- тверждается данными микрорентгеноспек- трального и фазового анализов. На рис. 2 представлено распределение химических элементов в исследуемой области. Вокруг крупных частиц карбида вольфрама четко прослеживается область с повышенным со- держаниемвольфрама, что говорит обинтен- сивном протекании диффузионных процес- сов при лазерном оплавлении. Установлено, что крупные карбиды имеют следующий химический состав: 92,41 % W, 5,3 % C и 0,78 % Cо. Материал связки содержит 13,44 % С; 60,4 % Со; 17,3 % W и 7,1 % О. Химический состав фазы пластинчатой и глобулярной формы одинаков и состоит из 94,18 % С, 2 % W и 1,36 % Со, т.е. в процессе оплав- ления лазерным излучением в поверхностном слое произошло выделение углерода в виде графитных включений двух типов: пластинчатой и глобулярной формы. Вероятно, в процессе нагрева имеет место протекание химического взаимодействия между ком- понентами вольфрамокобальтовой порошковой сме- си по реакции 3Co + 3WC ↔ (Co;W) 3 C + 2C. (1) В отличие от условий нагрева и охлаждения при воздействии лазерного излучения спекание в ваку- умной печи, охлаждение при котором происходит с невысокой скоростью, приводит к протеканию дан- ной реакции в обратном направлении с распадом сложного карбида (Co;W) 3 C на WC и Со. Поскольку обработка лучом лазера характеризуется высокими скоростями нагрева и охлаждения, то продукты реак- ции (1) не успевают вступить в химическое взаимо- действие в обратном направлении. Это способствует сохранению фазы (Co;W) 3 C и С до комнатных тем- ператур с выделением углерода в виде графитных включений глобулярной и пластинчатой формы. Установлено, что технологические режимы ока- зывают значительное влияние на размер образую- щихся зон. Так, например, увеличение скорости пе- ремещения образца относительно лазерного луча от 0,5 до 1,5 м/мин приводит к уменьшению толщины переходного слоя от 80...100 мкм до 20 мкм. Таким образом, при малых скоростях обработки происходит значительный разогрев всего образца, что снижает скорость охлаждения и, как следствие, протекание реакции (1) в обратном направлении и образова- ние двухфазной структуры, состоящей из крупных частиц карбида вольфрама и материала связки на основе кобальта. В процессе охлаждения выделение вольфрама происходит преимущественно на мелких, нерастворенных частицах карбидов вольфрама, что приводит к значительному увеличению их размеров до 50 мкм. При воздействии лазерного луча на поверхность образца материал в доли секунды нагревается до вы- соких температур, что способствует образованию значительного градиента температур, а это, в свою очередь, вызывает появление термических напряже- ний. Появившиеся напряжения будут тем выше, чем больше мощность лазерного луча и скорость переме- щения образца относительно излучения. В процессе обработки лазерным лучом образованные напряже- ния превосходят прочность обрабатываемого мате- риала, что приводит к появлению микротрещин. Так, например, обработка композиции «ВК6-ВК20» со скоростью обработки 1,5 м/мин и мощностью лазер- ного луча 3 кВт приводит к появлению микротрещин в переходном слое. Уменьшение скорости переме- щения обрабатываемой поверхности относительно лазерного луча ведет к разогреву практически всего объема изделия до температуры 700...850 °С, сниже- нию температурного градиента и уменьшению коли- а б в г Рис. 2. Распределение химических элементов в поверхности микрошлифа: а – фотография исследуемого участка; б – распределение углерода; в – распределение кобальта; г – распределение вольфрама