Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 82 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ заэвтектическом. Основной объем покрытий из эв- тектического чугуна характеризуется наличием про- странственно разветвленного каркаса эвтектических карбидов и отсутствием грубых первичных карбидов, имеющих форму протяженных шестигранников. Содержание элементов в карбидной фазе и в матрице по данным микрорентгеноспектрального анализа в точках (рис. 2, а ) представлено в табл. 2. Ванадий находится в покрытиях как в составе карби- дов, так и в составе матрицы. Содержание ванадия в матрице в среднем составляет около 1 % мас., а хро- ма – 11,8 % мас. Доля ванадия в карбидах в среднем составляет 8,6% мас., а хрома – 43,8 % мас. Процесс нанесения покрытий методом электронно-лучевой наплавки характеризуется ма- лым временем существования ванны расплава и вы- сокой скоростью охлаждения зоны формирования покрытий. Эти факторы приводят к образованию структурно неустойчивого состояния матрицы по- крытий при использовании высокоуглеродистых наплавочных материалов. В связи с этим была про- ведена последующая термическая обработка (высо- котемпературный отжиг) образцов с покрытиями. Анализ металлографических исследований по- крытий после термической обработки показал, что в покрытиях, отожженных при температурах 800 и 900 °С, видимых изменений в структуре не наблюда- ется. В отожженных при температурах 1000 и 1100 °С покрытиях наблюдается наличие значительного ко- личества ультра- и нанодисперсных вторичных кар- бидов, выделившихся из матрицы в пространстве между эвтектическими карбидами (рис. 3). Эвтектические карбидыпри такой термической об- работке не претерпели изменений, общее количество карбидов после отжига при 1000 … 1100 °С несколько выше, чем после наплавки вследствие выделения вто- ричных карбидов из пересыщенной аустенитной ма- трицы. Результаты стереометрического микроанализа покрытий показали, что объемная доля в покрытии вторичных карбидов составляет 10 … 12 %. Размеры карбидов варьируются в широких пределах от 80 нм до 3 мкм, причем основной объем вторичных карби- дов (70 … 72 %) имеет размер до 400 нм (рис. 4). Объ- емная доля наноразмерных карбидов (до 100 нм) сре- ди вторичных карбидов составляет порядка 9 … 10 %. Согласно данным рентгеноструктурного анализа, вторичные карбиды представлены соединением M 7 C 3 . Матрица покрытий представлена мартенситом (90 %) и остаточным аустенитом (10 %) (см. рис. 1, б ). Выяв- ленные в наплавленных покрытиях рентгеноструктур- ным анализом карбиды ванадия V 2 C, образовавшиеся при кристаллизации расплава, не идентифицируются в покрытиях после высокотемпературного отжига. Это обстоятельство, видимо, обусловлено растворени- ем карбида ванадия в матрице покрытий при высоких температурах в процессе отжига. Как известно [8], на- личие хрома повышает растворимость кар- бида ванадия в аустените при температуре 1000 … 1150 °С. Некоторое количество хро- ма, растворяясь в карбидах типа МС, осла- бляет межатомные связи в кристаллической решетке карбида-растворителя и облегчает диссоциацию карбидов в γ – твердом рас- творе. Положительная роль ванадия заключа- ется в том, что он, частично растворяясь в карбиде хрома, сообщает ему повышенную стойкость против коагуляции и усиливает эффект дисперсионного твердения [9]. По- этому повышение твердости после отжига Т а б л и ц а 2 Данные микрорентгеноспектрального анализа покрытий из эв- тектического хромованадиевого чугуна (к рис. 1, а ) Элементы Содержание элементов в различных точках матрицы, % мас. Содержание элементов в различных точках карбидов, % мас. 1 3 5 2 4 6 V 1,212 0,943 1,1 9,037 8,714 8,172 Cr 12,637 12,011 10,658 45,895 44,134 41,336 Fe 82,533 84,170 84,639 35,340 37,344 40,151 Общее содержание ∗ 96,386 97,124 96,397 90,272 90,192 89,659 ∗ Без учета элементов (С, Si, Mn, Ni), входящих в состав покрытия. Рис. 2. Микроструктура покрытия из хромованадиевого чугуна: а – эвтектический; б – заэвтектический Рис. 3. Область между эвтектическими карбидами хромованадиевого чугуна (РЭМ, × 20000): а – микроструктура после наплавки; б – после наплавки и последующего отжига при 1100 °C