Obrabotka Metallov 2010 No. 3

¬®¬°¨ ª£°©©¬ ª°£®¦©¬ £¢£«¦£ композита неизбежно происходит взаимодействие компонентов спекаемого твердосплавного покрытия и основного металла. В результате это может привести к уменьшению содержания упрочняющей карбидной фазы и одновременно к отклонению химического со- става металлической связки от оптимального. В процессе нагрева системы «вольфрамокобаль- товая смесь – сталь» происходит взаимодействие упрочняющей фазы покрытия (WC) с основным метал- лом (Fe) и, как следствие, частичное растворение WC с образованием карбида типа Ме 6 С ((Fe,W) 6 C), су- щественно снижающего механические свойства по- верхностного слоя. В работе [2] отмечается, что получение классиче- ской двухфазной структуры покрытия (WC-связка), обладающей лучшими свойствами, возможно при следующих условиях. 1. Увеличение скорости нагрева и уменьшение времени спекания. Реализация этого подхода воз- можна при использовании высокоэнергетических ме- тодов оплавления (вакуумное спекание, электронно- лучевое или лазерное оплавление). 2. Уменьшение скорости диффузии углерода из зоны реакции в основной металл путем: – применения в качестве упрочняемого металла легированной стали (Р6М5, Р18, 20Х23Н18); – применения барьерных покрытий, полученных предварительной обработкой упрочняемой стали (азотирование, хромирование). 3. Увеличение количества углерода в зоне реак- ции (например, путем предварительной цементации основного металла или введением свободного угле- рода в спекаемую порошковую смесь). 4. Снижение температуры спекания. Реализа- ция этого предложения возможна при введении в спекаемую зону бора. Легирование бором приводит к снижению температуры появления жидкой фазы от 1350 °С (температура образования жидкой фазы при спекании ВК6) до 1175 °С за счет образования эвтектик Co – Co 2 B и Fe – Fe 2 B. Выявление общих закономерностей межфазного взаимодействия тугоплавких фаз с металлическим расплавом имеет большое научное и прикладное зна- чение. Управление структурой, а следовательно, и свойствами наплавленных слоев возможно за счет ле- гирования спекаемой системы «вольфрамокобальто- вая порошковая смесь – сталь» углеродом или бором. Материалы и методы исследования Объектом исследования служила низкоуглероди- стая, конструкционная сталь 20. В качестве оплавля- емых твердосплавных смесей использовали порош- ковую смесь карбида вольфрама и кобальта с содер- жанием кобальта 6 % (частицы фракции 1 … 3 мкм). На плоские образцы стали 20 (размером 2х20х100 мм) детонационным методом наносилась порошковая смесь ВК6. Напыление проводили при следующих технологических параметрах: длина ствола – 800 мм; расстояние до образца – 200 мм; детонирующий газ – С 2 Н 2 + 1,05 О 2 ; заполнение ствола 34 %; ско- рость полета частиц – 596 м/c. Легирование порошковой смеси покрытия прово- дили путем введения углерода (графит порошковый ГОСТ 23463-79) в количестве 0,5, 1, 5, 10 % по массе и бора аморфного коричневого (с массовой долей не менее 94 %), в количестве 0,5, 1, 4, 8 % по массе. Смесь перемешивалась в шаровой мельнице. Предварительное борирование стали 20 осу- ществляли в лабораторных электропечах СНОЛ – 1,6.2,5.1/11-И3. В герметичный контейнер уклады- вались плоские образцы стали 20, пересыпанные на- сыщающей средой, состоящей из порошка карбида бора B 4 C + (2-4) % NH 4 Cl. Температура борирования составляла 850 °С, а время насыщения 6 ч. Жидкофазное спекание проводили в вакуумной электропечи СГВ 2.4.2/15. Нагрев спекаемых образцов осуществляли при скорости 1 °С/с до появления жидкой фазы. Далее производилась выдержка в течение 5 с и охлаждение со скоростью 0,5 °С/с. Для проведения металлографических иссле- дований использовали световой микроскоп Сarl Zeiss AXIO Observer A1m и растровый электрон- ный микроскоп Carl Zeiss EVO50, оснащенный ми- кроанализатором EDS X-Act (Oxford Instruments). Исследования проводили в диапазоне увеличений от 40 до 2000 крат. Объектами исследования служили металлографические шлифы, залитые в эпоксидную смолу и приготовленные по стандартным методикам, включающим в себя такие операции, как механиче- ское шлифование и полирование, химическое или электрохимическое травление. Микротвердость исследуемых объектов опреде- ляли в соответствии с ГОСТ 9450–71. Для проведения испытаний по Виккерсу использовали микротвердо- мер Wolpert Group Model 402MVD при нагрузке на индентор 100 г. Статистическую обработку проводи- ли по результатам 7–15 измерений. Определение фазового анализа полученных по- крытий проводили на рентгеновском дифрактометре ARL X’TRA при углах от 20 до 100°, с шагом скани- рования 0,05°. Результаты и обсуждение Металлографические исследования покрытий, полученных детонационным способом, выявили структуру, характерную для покрытий полученных детонационным напылением (рис. 1). Фазовый анализ сформированных покрытий выявил наличие частиц