автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Управление структурой, составом и свойствами покрытий при плазменной наплавке за счет технологических воздействий

На правах рукописи

Шевченко Олег Игоревич Д

УПРАВЛЕНИЕ СТРУКТУРОЙ, СОСТАВОМ И СВОЙСТВАМИ ПОКРЫТИЙ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКЕ ЗА СЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Специальность: 05.02.01 - Материаловедение в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ЕКАТЕРИНБУРГ - 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический

университет — УПИ»

Научный консультант

доктор технических наук, профессор Фарбер Владимир Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Потехин Борис Алексеевич доктор технических наук, профессор Сорокин Виктор Георгиевич доктор технических наук, профессор Батаев Анатолий Андреевич

Ведущая организация

Федеральное казенное предприятие «Нижнетагильский институт испытания металлов» г. Нижний Тагил

Защита состоится 3 марта 2006 г. на заседании диссертационного совета Д 212.285.04 в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19. тел. (343) 375 45 74, факс (343) 374-53-35

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет — УПИ».

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря.

Автореферат разослан 20 января 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета профессор, доктор технических наук

В.А.Шилов

/ ¥ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение эксплуатационной долговечности и надежности деталей машин и инструмента является комплексной задачей. Важнейшая её часть - формирование свойств материала поверхностного слоя деталей. В настоящее время особое значение имеют технологические методы восстановления рабочих поверхностей с одновременным эффектом упрочнения поверхностного слоя и повышения эксплуатационных свойств (повышения износостойкости, трещиностойкости, статической и контактно-усталостной прочности, красностойкости, коррозионной стойкости, усталостной прочности и общего упрочняющего эффекта).

Проведенный анализ условий эксплуатации инструмента горячего деформирования и деталей металлургической оснастки показал, что они выходят из строя при износе 1...3 мм на сторону. Для металлорежущего инструмента требования еще более жесткие. Это определяет применение для упрочнения и восстановления рабочей поверхности плазменно-порошковой наплавки, способной создать на поверхности слой небольшой толщины с высокими эксплуатационными свойствами.

В качестве основных присадочных материалов промышленностью выпускаются порошки систем №-Сг-С-В(-80, Ре-Сг-С(-В), быстрорежущих сталей и др., использующиеся в качестве износостойких, коррозионностойких и режущих покрытий. Нанесение покрытия при различных режимах, отличающихся интенсивностью величины термического воздействия, позволяет получать в наплавленном слое широкую гамму структурных состояний и, следовательно, свойств рабочей поверхности. Влияние параметров процесса на свойства рабочего слоя, несмотря на многочисленные публикации, изучено недостаточно. Встаёт необходимость установления закономерностей влияния режима наплавки на структуру и фазовый состав рабочего слоя. Узловым моментом является взаимосвязь структуры и технологической стойкости изделия в конкретных условиях эксплуатации.

Недостатком плазменно-порошковой наплавки легированными составами является склонность покрытий к образованию трещин. Необходимо, на основе выявления закономерностей и механизмов образования трещин, определить оптимальные режимы, которые обеспечат минимальную возможность их появления или получение бездефектного покрытия. Важным моментом является структура в районе линии сплавления, свойства которой влияют на напряженное состояние покрытия в целом.

Эффективность производства и качество продукции неразрывно связано с проблемой полного использования возможностей, которые заложены в конструкционных материалах и технологиях. В связи с этим актуально исследование влияния технологических приемов, физических методов и термической обработки с комплексным воздействием на макростроение, структуру, фазовый состав и эксплуатационные свойства покрытия. Введение в сварочную ванну модифицирующих элементов, электромагнитного и ультразвукового воздействия позволяет управлять формированием первичной структуры. Комбинация режима напла^код^ совокупность

БИБЛИОТЕКА |

новых научных результатов и технических решений, позволяющих улучшать служебные свойства изделий.

Работа выполнялась в рамках решения важной научно-технической проблемы выполнения комплексной целевой программы по созданию новых эффективных способов изготовления прокатных валков повышенной надежности и долговечности, утвержденной ГКНТ СССР № 536 от 10.12.82; межвузовской целевой научно-технической программы «Валок»; тематических планов госбюджетных работ по важнейшей тематике в Уральском государственном техническом университете - УПИ с 1986 по 2005 гг.

Цель работы. Установить влияние режимов наплавки, технологических воздействий, термической обработки и их комплексном сочетании на фазовый состав, структуру и свойства наплавленных плазменных покрытий; на этой основе решение актуальной проблемы повышения эксплуатационного ресурса инструмента горячего деформирования, деталей машин и режущего инструмента за счет нанесения рабочего слоя с высоким уровнем служебных характеристик.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- исследовать фазовый состав и строение одно-, двухслойных покрытий на основе порошков систем ЭД-Сг-ЗьВ-С, Ре-Сг-С(-В) и быстрорежущих сталей, выявить общие закономерности образования структуры, оценить влияние параметров режима;

- изучить связи структуры и состава со служебными свойствами покрытий; обосновать возможности управления составом и строением, получить покрытия с повышенными эксплуатационными свойствами, определить область рациональных режимов;

- показать специфику влияния ультразвукового воздействия, термической обработки, электромагнитного воздействия, введения добавок в сварочную ванну из технологического подслоя на первичную структуру, выделения избыточных фаз и их распределения в наплавляемом покрытии, обосновать и разработать комплекс мероприятий по получению наплавленных слоев с повышенной твердостью, трещинно- и износостойкостью;

- на основе обобщения результатов исследования разработать эффективные технологии нанесения покрытий методом плазменно-порошковой наплавки на инструмент горячего деформирования, детали металлургической оснастки и режущий инструмент.

Научная новизна.

- В результате систематических исследований установлены общие закономерности влияния технологических параметров плазменной наплавки на макро- и микроструктуру, фазовый и химический состав покрытий №-Сг-8|-В-С, Ре-Сг-С(-В) и быстрорежущих сталей.

-Установлена взаимосвязь между составом, структурой и твердостью наплавленного слоя из сплавов указанных систем, а также склонностью к образованию трещин, как при наплавке, так и в процессе горячего износа. Обосновано, что наибольшей трещино- и износостойкостью обладает дендритно- ячеистая структура, формирующаяся при максимальном тепловложении.

- Разработан и научно обоснован перспективный способ многослойной наплавки, позволивший получить благоприятный переход по структуре и фазовому составу от основы к рабочему слою, снизить склонность к образованию трещин.

- Детально изучено влияние различных воздействий (ультразвукового поля, электромагнитного перемешивания, широкослойной наплавки, введения добавок сварочную ванну из технологического подслоя), позволяющих расширить пределы целенаправленного регулирования геометрических размеров, макро- и микро строения, химического и фазового состава наплавленного металла. Предложена и экспериментально обоснована качественная модель и общие принципы, связывающие параметры управления процессом образования первичной структуры и макростроение валика в различных зонах при внешних технологических воздействиях.

- Впервые изучено влияние стоячей ультразвуковой волны на кристаллизующуюся сварочную ванну. Наибольшее воздействие на наплавленный слой обнаружено в областях максимального растяжения и сжатия (узлах колебаний), где выделяется наибольшее количество избыточных фаз, структура наиболее дисперсная, отсутствуют структурные макро неоднородности по высоте покрытия и вдоль линии сплавления, что приводит к повышению эксплуатационных характеристик.

- Дано научное обоснование перспективным технологиям применения плазменно-порошковой наплавки, позволяющим повысить служебные свойства инструмента горячего деформирования, деталей металлургической оснастки, режущего инструмента. По показателям красностойкости и износа наплавленный с ультразвуковыми колебаниями (УЗК) режущий инструмент превосходит резцы, изготовленные по традиционной технологии.

Новизна научно-технических разработок, представленных в диссертации, подтверждена четырьмя патентами Российской Федерации.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Совокупность полученных в работе научных данных по связи структуры, фазового, химического состава покрытий и их свойств реализована в виде режимов одно- и двухслойной плазменно- порошковой наплавки, обеспечивших получение рабочего слоя изделий, эксплуатируемых в условиях циклических теплосмен, металлорежущего инструмента с высокими технологическими характеристиками, а также нового способа многослойной наплавки (патент №2069479) износостойкими порошками на железоуглеродистую основу изделия.

Исследования влияния термической обработки и режимов внешних воздействий (наплавки в поле УЗК, нанесении технологических подслоев, электромагнитном перемешивании) на выделение избыточных фаз и их распределение в наплавляемом покрытии позволили сформулировать общие требования к строению покрытий. Эти рекомендации повысили качество восстановленных деталей вследствие более полного использования возможностей, заложенных в материалах и технологиях. Применение наплавки в поле УЗК позволило уменьшить число циклов термической обработки, а в некоторых случаях отказаться от многократного отпуска восстановленных изделий. На основании исследований разработаны:

- способ наплавки покрытия (патент № 2212988), с формированием в изделии стоячей ультразвуковой волны;

- способ изготовления режущих инструментов из быстрорежущей стали (патент № 2228825) и технология наплавки в поле УЗК режущей грани резцов.

Для реализации целей работы спроектированы установки (патент № 1833432) и методики, позволяющие моделировать условия наплавки и эксплуатации. Для промышленного освоения технологий разработан комплект аппаратуры и приспособлений, основу которого составляет серийное сварочное оборудование. На базе предложенных технических и технологических решений разработаны и апробированы на предприятиях машиностроения и металлургической промышленности технологические процессы плазменно- порошковой наплавки прямых проходных резцов, раскатных валков, роликов рольгангов и др., обеспечившие увеличение эксплуатационного ресурса деталей.

На защиту выносится: обобщение результатов комплексных исследований состава, структуры, одно-, двухслойных покрытий на основе порошков систем КЧ-Сг-Бьв-С. Ре-Сг-С(-В) и быстрорежущих сталей, общие закономерности образования структуры, под влиянием режима нанесения.

- связь структуры и состава со служебными свойствами покрытий обоснование возможности управления составом и строением, получения покрытия с повышенными эксплуатационными свойствами, область рациональных режимов наплавки, термической обработки, технологических воздействий и комплексном действии того и другого;

- новые способы нанесения покрытий и воздействий на сварочную ванну в процессе наплавки, обеспечивающие повышенный комплекс технологических и эксплуатационных свойств поверхностных слоев деталей и инструмента;

-механизм влияния различных областей стоячей ультразвуковой волны на структуру кристаллизующегося наплавленного слоя, особенности выделения вторых фаз, устранения макронеоднородности, эффекты на линии сплавления и резервы повышения трещиностойкости;

- корреляционные соотношения между параметрами плазменной наплавки и служебными свойствами наплавленного слоя;

- концепции достижения высокого комплекса служебных (твердость, сопротивляемость термической усталости, износостойкость при циклических теплосменах, красностойкость, для покрытий различного назначения) и сварочно-технологических (сопротивляемость образованию трещин, доля участия основного металла, геометрические характеристики) свойств наплавленных покрытий, обеспечивающий эффективное продление эксплуатационного ресурса рабочего слоя инструмента горячего деформирования, режущего инструмента, деталей металлургической оснастки;

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на 14 международных (Киев 1994; Москва 1994; Харьков 1998) и всероссийских, всесоюзных (Ташкент 1990; Новокузнецк 1991; Екатеринбург 1992, 1995; Пермь 1995, 2004; Екатеринбург 1999, Челябинск 2000; Пенза 2001; Нижний Новгород 2001; Киров 2003; Пермь 2004) научно-технических конференциях; на 4 Уральских школах металловедов- термистов (Ижевск 1998; Екатеринбург

2000; Уфа 2002; Киров 2004), а также на региональных конференциях и совещаниях.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 68 печатных работах, в том числе 4 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, восемь разделов, основные выводы, библиографический список 247 из названий, приложения, изложена на 355 страницах, содержит164 рисунка и 76 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность работы, дана её общая характеристика, сформулированы изучаемые проблемы, цель и задачи, выбрано перспективное направление решения проблемы.

В первом разделе дан критический анализ формирования покрытий при плазменно-порошковой наплавке, рассмотрены методы наплавки и напыления сплавов систем №-Сг-С-В(-80, Ре-Сг-С(-В), быстрорежущих сталей, вопросы фазового состава, структуры и служебных свойств рабочего слоя. Систематизированы данные о металлургических и технологических приемах регулирования структуры при наплавке. Особое внимание уделено воздействию ультразвуковых колебаний на структуру и свойства металлов, критически рассмотрены модели воздействия ультразвука на их формирование. На основе анализа отечественной и зарубежной литературы прослежено, как влияет фазовый состав и структура на служебные свойства покрытий.

Во втором разделе обоснован выбор объектов и методов исследования. В качестве присадочных материалов выбраны порошки систем КьСг-С-В^ (Пр-Н77Х15СЗР2, Пр-Н73Х 16СЗРЗ, Пр-Н70Х17С4Р4, Пр-Нб7Х18С5Р4-5), Ре-Сг-С(-В) (Пг-С27, Пг-ФБХ6-2), быстрорежущих сталей (Пр-10Р6М5).

Отмечено, что использование в различном сочетании тока (Г), скорости наплавки (К), а также введение предварительного подогрева (Т) позволило в широких пределах регулировать величину тепловложения, следовательно, температуру перегрева и массу сварочной ванны, длительность пребывания в жидком состоянии, долю участия основного металла, скорость охлаждения. Влияние других параметров либо предсказуемо (напряжение), либо менее значимо (расход плазмообразующего газа, диаметр сопла и др.). Уровни и интервалы варьирования факторов следует рассмотреть на двух соседних областях параметрического пространства: а) режимы с минимальным проплавлением/=120... 180 А; б) с максимальным проплавлением /=180...240А. Скорость и температура предварительного подогрева определяют проплавление менее значительно, и могут быть выбраны из интервала У=7...\7 м/ч, 7=20...300 °С; расход порошка q=\..Л кг/ч. Диапазоны режимов перекрывают все технологически возможные и целесообразные сочетания параметров.

Известно, что традиционная широкослойная наплавка, как и другие способы воздействия низкочастотными колебаниями (включая ЭМВ), преимущественно перераспределяют тепловые потоки за счет рассредоточения пятна нагрева, изменения гидродинамики ванны из-за колебательного движения дуги над её поверхностью. При наплавке в поле УЗК, кроме

изменения условий перемешивания, следует ожидать физические воздействия явления при распространении ультразвука в жидких средах и на границе жидкость - твердое тело, особенно в случае появления стоячих волн.

Установлена достаточная представительность исследования структуры и фазового состава наплавленного металла с применением методов металлографии, электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, локального рентгеноспектрального анализа. Для определения значений эксплуатационных и технологических свойств наплавленного металла проведены испытания сопротивляемости образованию трещин термической усталости, износостойкости в условиях контактного трения при повышенной температуре, красностойкости, сопротивляемости образованию трещин при наплавке. Спроектированы установки и методики, позволяющие моделировать условия наплавки и эксплуатации. Новизна решений подтверждена патентом РФ.

Для интенсификации трещинообразования применялась наплавка жесткозакрепленной пластины на массивном основании. Напряжения от усадки наплавленного металла не имели возможности релаксироваться за счет деформации основного металла. Измерение ширины раскрытия трещин в наплавленных валиках производилось на верхней поверхности валика, морфология трещин изучалась на продольных шлифах.

В основу изучения износостойкости при циклических теплосменах положена методика ИЭС им. Патона. С этой целью разработана установка, позволяющая испытывать наплавленный слой валка в условиях максимально приближенных к реальным: истирание образца по схеме вал-колодка при температуре 500-800°С. Окончательную оценку предлагаемых решений проводили по результатам производственных испытаний.

В третьем разделе на основе известных положений о направленной кристаллизации предложены качественные модели формирования различных типов первичной структуры по высоте сечения наплавляемого валика при исследованных технологических воздействиях.

Для оценки влияния режима наплавки на строение валика использован критерий концентрационного переохлаждения. Это позволило за счет варьирования тока, предварительного подогрева скорости наплавки и др. целенаправленно управлять параметрами, определяющими характер первичной кристаллизации (скоростью кристаллизации Укр> распределением температур перед фронтом ас1Т), а, следовательно, получение покрытий с заданной структурой.

На качественном уровне показано, что параметры, определяющие тип первичной структуры (длина зоны концентрационного переохлаждения Ь, максимальное значение переохлаждения ЛТтах, расстояние до области максимального переохлаждения т, концентрация примесей С0, фактическое распределение температур Тф), существенно различаются по высоте шва.

Вблизи линии сплавления на начальном этапе кристаллизации (#гас1Т -максимален; С0 - не значительна, концентрационное уплотнение еще не сформировалось, расплав «разбавлен» менее легированным металлом подложки; Ь, т—>0) концентрационное переохлаждение минимально, и как следствие - кристаллизация с плоским фронтом и формирование столбчатой

структуры (рис 1.а). На поперечном шлифе эта область выявляется в виде светлой слаботравящейся полосы, повторяющей очертания линии сплавления. При движении фронт создает перед собой концентрационное уплотнение, концентрация примеси может возрастать вплоть до образования избыточных фаз. Для высоколегированных наплавляемых покрытий, в том числе для исследованных Н67Х18С5Р4-5 10Р6М5, ФБХ-6 и др., характерно образование прерывистой зоны карбидной ликвации, также повторяющей очертания линии сплавления, образующейся в результате оттеснения примесей плоским фронтом кристаллизации, распространяющимся от подложки Формирование этой области неблагоприятно сказывается на механических свойствах покрытия.

Рис. 1. Изменение условий кристаллизации по высоте шва: а - на линии сплавления; б - центр шва; в - при наложении УЗК на сварочную ванну

Существенную роль при формировании типа первичной структуры оказывает содержание примеси. Изменение химического состава кристаллизующегося шва может быть достигнуто как выбором менее легированного состава, так и за счет проплавления основного металла.

По мере удаления от зоны сплавления (рис 1.6). С0, Ь, т увеличиваются, а gradT снижается - создаются благоприятные условия для образования дендритно - ячеистой или дендритной структуры. При больших Ъ, т, минимальном ^асИ образуется полиэдрическая структура, т.е. перед фронтом кристаллизации в зоне максимального переохлаждения возможно самостоятельное зарождение центров кристаллизации, их развитие и рост.

Низкочастотные колебания плазмотрона (широкослойная наплавка) рассредоточивают пятно нагрева, уменьшая долю участия основного металла, расплав остается наиболее легированным перемешивание в сварочной ванне не значительно. Градиент температур уменьшается из-за общего выравнивания температур сварочной ванны и большей площади прогрева основы. Скорости

наплавки и кристаллизации минимальны время существования жидкой ванны наибольшее. По этим причинам вероятно образование полиэдрической структуры с крупными частицами избыточных фаз.

При электромагнитном воздействии пятно нагрева более сосредоточено, в крупных ваннах возникают перемешивающие потоки расплава, изменяющие в свою очередь, распределение примесей перед фронтом кристаллизации. Экспериментально установлено, что в наплавленном металле происходит формирование дендритной и полиэдрической структуры, дисперсность структурных составляющих увеличивается.

УЗК, введенные в сварочную ванну, являются причиной возникновения давлений и дополнительного перемешивания, изменяющих механизм процесса кристаллизации. Кавитация и акустические потоки вызывают перемешивание жидкости, ее гомогенизацию, ускоряется протекание процессов конвективной диффузии. В первую очередь уменьшается протяженность (32) участка концентрационного уплотнения (рис 1.в). Выравнивается температура перед фронтом кристаллизации (Тф2), увеличиваются параметры т2, Ь2 При одинаковых режимах образование дендритной структуры в покрытии, наплавленном с УЗК менее вероятно.

В четвертом разделе рассмотрено формирование фазового состава и структуры после наплавки и термической обработки, описаны исследования структуры, химического и фазового состава пркрытий при различных режимах.

Установлено, что при широкослойной наплавке, покрытие Н7ЭХ16СЗРЗ является многофазной системой, состоящей из у-матрицы с ГЦК решеткой, карбоборидов М2з(С,В)б Мт(С,В)3, М3(С,В) и боридов хрома СгВ. В структуре обнаружены частицы вторых фаз и эвтектики на их основе, с характерной для каждой фазы морфологией. Типична структура с крупными выделениями избыточных фаз в основном М7(С,В)3, длина частиц стержневидной формы достигает 200 мкм, диаметр колоний эвтектики М23(С,В)6 М7(С,В)3 до 40 мкм. Значительные размеры структурных составляющих обусловлены малым перегревом, минимальной долей участия основного металла и низкими скоростями охлаждения.

Показано, что варьирование величины тепловложения при плазменной наплавке одиночными валиками путём изменения тока (120...240 А), скорости наплавки (7...17м/ч), температуры предварительного подогрева (20...300°С) приводит к изменениям фазового состава и структуры наплавленного слоя, причём наиболее сильное влияние оказывает ток наплавки (рис.2 а,б,в), а наиболее слабое - скорость. При этом изменяются периоды кристаллических решёток фаз. Так, при наплавке на минимальном токе 120 А период кристаллической решётки аустенитной матрицы М2 также минимален, наиболее существенное воздействие на увеличение периода кристаллической решетки аустенитной матрицы оказывает увеличение тепловложения за счет совместного уменьшения скорости наплавки до 7 м/ч и увеличения предварительного подогрева до 300°С. Наблюдается увеличение доли карбоборидных фаз М7(С,В)3 и М3(С,В) при удалении от линии сплавления (ЛС) по высоте наплавленного слоя (НС). Максимальное содержание фазы М23(С,В)б отмечено в середине НС, а у поверхности валика и на ЛС оно меньше. Введение

предварительного подогрева до 300°С и увеличение тока наплавки до 240 А, уменьшает количество карбоборидной фазы. При увеличении скорости с 7 до 17 м/ч, содержание карбоборидов М7(С,В)3 и М2з(С,В)6 так же уменьшается, в то время как содержание Мз(С,В) в НС остается неизменным. В отличие от широкослойной наплавки, фазовым анализом не было выявлено самостоятельной боридной фазы, бор входит в состав обнаруженных карбоборидов.

г д

Рис. 2. Структура покрытия Н7ЭХ16СЗРЗ хЗОО (а, б, в) и распределение химических элементов х! ООО (г, д) между фазами: режимы наплавки: а- /= 120 А, ¥= 7 м/ч, Т~ 20 °С;

6-1= 120 А, У= 7 м/ч, Т= 300 °С; в - / = 240 А, V= 7 м/ч, Г = 300 °С.

При небольшом тепловложении (7=120 А, У=\1 м/ч, Г=20°С) в наплавленном слое присутствуют карбобориды М3(С,В); М2з(СВ)6 в виде глобулей; М7(СВ)3 в виде мелких игл и стержней. Размеры частиц не превышают 10 мкм (рис. 2 а). Увеличение тепловложения, замедляющее скорость охлаждения, создаёт благоприятные условия для роста избыточных

фаз и эвтектики М2з(СВ)6 в виде розеток. Размер стержневидных и игольчатых частиц возрастает до 30...70 мкм (рис. 2 б). При наибольшем тепловложении (/=240 А, Г=7м/ч, Г=300°С) на формирование структуры существенное влияние оказывает доля участия основного металла, увеличение которой приводит к формированию в покрытии дендритно-ячеистой структуры, характерной для довтектических сплавов, состоящей из эвтектики на основе карбоборида цементитного типа (рис. 2 в). Ствол и ветви дендритов представляют собой эвтектоид высокой степени дисперсности.

Исследование распределения элементов в наплавленном слое показало, что хром, никель, железо входят в состав всех образующихся фаз (рис. 2 г). При малом тепловложении в матрице, состава (масс. %) 8 % Сг, 12 % Ре, 75 % М, 2 % 5/, образуются частицы двух фаз состава: Сг: 75 и 68 %, Ре: 2.8 и 7.4 %, Ш: 2 и 7 %, которые идентифицированы соответственно как М2з(С,В)6 и М7(С,В)3. Причем бор в основном концентрируется в М23(С,В)6, тогда как, содержание его в Ме7(С,В)3 на порядок меньше, (рис.2 д) Средний состав эвтектики у+ Ме3(С,В) близок к составу матрицы (8 % Сг, 72-79 % №), за исключением железа и кремния, которых в матрице примерно в 2 раза больше, чем в эвтектике, соответственно 7 и 12 % Ре-, 1.5 и 3.0 %

При большом тепловложении (/=240 А, У= 7 м/ч, 7'=300оС), среднее содержание железа достигает 27-30 %. В наплавленном слое формируется дендритно-ячеистая структура с эвтектикой на основе М/С,В) - (Ыц^еозп Сгщо )з(С,В) содержание хрома в которой примерно в 3 раза больше по сравнению с аналогичной эвтектикой в образце с малым тепловложением -(N¡0 77реп 1зСг0 ю)3(С,В). При этом по содержанию никеля в эвтектике цементитного типа наблюдается противоположная картина.

Сплавы системы №-Сг-С-В-81 применяются в условиях повышенных температур или интенсивного износа, которые возникают, например, при эксплуатации инструмента горячего деформирования. Это вызвало необходимость изучения структурных и фазовых изменений в наплавленном слое, происходящих при повышенных температурах. Металлографические исследования показали: при нагреве до 800 °С и последующей выдержке значительных изменений в структуре не происходит. Твёрдость покрытия составляет 44 Ь®С. Повышение температуры до 900 °С снижает твёрдость до 38 НЯС, начинается растворение эвтектоида и коагуляция эвтектики на основе карбоборида цементитного типа. Образуются цепочки частиц по границам зёрен. Размер частиц в цепочках увеличивается в среднем в 2 раза по сравнению с нагревом до 800°С. Дальнейшее повышение температуры до 1100 °С, близкой к плавлению, приводит к снижению твёрдости покрытия до 30 Н11С и укрупнению карбоборидов цементитного типа. В тоже время обособленные карбиды типа Ме7(С,В), выделяющиеся первыми при кристаллизации расплава, заметных изменений не претерпевают.

Обнаружено, что нагрев на 800 °С не приводит к изменению фазового состава покрытия, незначительно повышается содержание карбоборида типа М23(С,В)с. Увеличение температуры термообработки с 800 до 1000 °С, вызывает выделение и увеличение объемной доли самостоятельной боридной фазы (СгВ). Содержание М3(С,В) остается без изменений.

В зависимости от степени легирования и величины тепловложения в наплавленном металле системы Ni-Cr-Si-B-C может формироваться доэвтектическая или заэвтектическая структура. Для наименее легированного, Н77Х15СЗР2, а также для H73X16C3P3 при большом тепловложении в валик при наплавке, характерна дендритно-ячеистая структура. Увеличение концентрации легирующих элементов приводит к уменьшению размеров и количества дендритов на основе у-твердого раствора никеля и переходу структуры от доэвтектической к заэвтектической, признаки которой - избыточные карбиды -обнаружены в сплавах Н70Х17С4Р4 и Н67Х18С5Р4-5, даже при наплавке на максимальным тепловложением. В наиболее легированном сплаве из рассматриваемой группы Н67Х18С5Р4-5 образуются отдельные дендриты до 30 мкм на основе у-твердого раствора никеля лишь на максимальном токе при наплавке с подогревом вблизи JIC.

Показано, что для режимов с заэвтектической структурой сплавов системы Ni-Cr-C-Si-B характерно наличие тригонального карбоборида М7(С,В)з, выявляющегося в виде игл, стержней, скелетообразных дендритов. В сплаве Н77Х15СЗР2 они отсутствуют. Морфология и распределение частиц карбоборида Ме7(С,В)з в сплавах Н70Х17С4Р4 и Н67Х18С5Р4-5, одинаковые, их объемная доля выросла в 1.5 раза по-сравнению со сплавом H73X16C3P3. Размер игл и стержней стал достигать 80-100 мкм (Н70Х17С4Р4) и 145-180 мкм (Н67Х18С5Р4-5). Увеличилось в 2 раза количество дендритов, образованных карбоборидом М7(С,В)3. Изменения в структуре, связанные с выделением избыточных карбоборидов М7(С,В)3 отражаются на твердости покрытия. С присутствием в покрытии крупных игольчатых частиц М7(С,В)3 можно связать наличие значений на гистограммах распределения микротвердости, расположенных в интервале 8000...12000 МПа. Наибольшее среднее значение твердости до 60 HRC имеют покрытия Н67Х18С5Р4-5.

Особенностью наплавленных покрытий системы Ni-Cr-C-Si-B является отсутствие частиц М7(С,В)з при токе наплавки 240 А с подогревом, так и без него. При максимальном тепловложении рассматриваемый карбоборид входит в состав эвтектик. Наибольшее количество розеток эвтектики обнаружено в покрытии H73X16C3P3 при наплавке на малых токах. Они имеют форму лепестков, диаметром до 25 мкм с микротвердостью Н |00=6280...6880 МПа. На этих же режимах в сплаве Н77Х15СЗР2 эвтектика отсутствует, а в сплаве Н67Х18С5Р4-5 разветвленная эвтектика М7(С,В)3 образует сплошную светлую полосу вдоль линии сплавления шириной до 60 мкм. На средних токах (180А) закономерность формирования эвтектики сохраняется, ее объемная доля увеличивается. Во всех изученных сплавах эвтектика занимает междендритное пространство, а в Н67Х18С5Р4-5 является преобладающей структурной составляющей.

В структуре изученных составов обнаружена еще одна составляющая, выявляющаяся при травлении в виде светлых частиц правильной, в большинстве случаев, кубической формы, окруженной черной разветвленной розеткой. Исходя из характера травления и данных рентгеноструктурного анализа, это карбоборид М2з(С,В)6, окруженный эвтектикой. Наибольшее

количество этих частиц обнаружено в композиции 5XHM-H73X16C3P3. На токах 120А и 180А объемная доля карбоборида М2з(С,В)6 максимальна, увеличение тока наплавки снижает количество этих частиц примерно в 2 раза.

Закономерности формирования структуры покрытий справедливы при переходе от никелевой основы к железной (Fe-Cr-C(-B)) и для наплавки быстрорежущей стали. Порошки на железной основе являются более тугоплавкими. Необходимо увеличение тепловой мощности дуги в среднем на 15...20% для получения надежного сплавления и геометрического сходства.

Установлен следующий фазовый состав покрытия 10Р6М5 при наплавке: матрица, состоящая из a-Fe (д=0,3620 нм) и аустенита y-Fe (а=0,2857 нм); карбиды Fe3(lV,Mo)3C, (W,Mo)C, (W,Mo)2C и Ме2зСб. Увеличение термического воздействия варьированием тока наплавки от 200А до 260А привело к разбавлению наплавленного металла материалом основы. Следствием стало снижение параметров кристаллической решетки a-Fe от а=0,2857 до а=0,2845 нм, что объясняется в первую очередь уменьшением концентрации в ней атомов W и Мо. Для матрицы y-Fe период кристаллической решетки сохраняется. Вместе с тем доля аустенита уменьшается от 43,8% при наплавке на режиме с минимальным проплавлением основного металла до 35,7% - при наибольшем разбавлении расплава. Количество карбидов в наплавленном слое снижается. Понижается легированность карбидов Me¿C и Ме2зСц. Изменения параметров кристаллических решеток МеС, Ме2С не происходит.

В структуре покрытия обнаружены дендриты на основе матрицы a-Fe и y-Fe. Карбиды, в основном, располагаются по границам дендритных ячеек, незначительное их количество находится внутри дендритов. В междендритном пространстве возможно образование эвтектики на базе карбида МебС. Размеры структурных составляющих при наплавке с наименьшим термическим воздействием минимальны: дендритных ячеек - 25...40 мкм, карбидов -3...7 мкм, эвтектических колоний-16...20 мкм. Повышение тепловой мощности плазменной дуги (/=260А) и предварительный подогрев (7Ь200°С) увеличивает размеры карбидов в междендритном пространстве до 7..Л5 мкм, а внутри дендритов до 5... 7 мкм.

В пятом разделе изложены принципы формирования двухслойных покрытий, нанесенных плазменно- порошковой наплавкой. Увеличение числа слоев расширило диапазон возможных структур, позволило обеспечить плавный переход по фазовому составу для формирования структуры рабочего слоя, существенно отличающейся от основы.

Показано, что для получения двухслойного покрытия с минимальными внутренними напряжениями целесообразно формировать подслой с составом промежуточным между составом основного и наплавляемого металла. Исходя из этого: первый слой следует наносить на большом тепловложении со значительным подмешиванием металла* подложки (рис.3).

Обнаружено, что в обоих слоях покрытий, наплавленных порошком ПГ-С27, часть матричного ^твёрдого раствора на основе железа претерпевает превращение у а , причём тем более глубокое, чем меньше тепловложение при наплавке. Понижению стабильности матричного /¿-твёрдого раствора

способствует обеднение его по хрому и углероду (аг снижается с 0,3625 до 0,3599 нм) при выделении карбидов М3С, М7С3, М2зС6. При этом количество а-фазы во втором слое достигает 30% при 13-16% в первом. Изменение тепловложения при наплавке второго слоя не влияет существенно на состав и количество матричных твёрдых растворов.

х200 х500

а б

Рис. 3. Структура покрытия ПГ-С27: а - первый слой; б - второй слой

Исследования двухслойных покрытий Н73Х16СЗРЗ показали, что наряду с ГЦК матрицей на основе никеля (я=0,3532-0,3570 нм) присутствуют карбобориды: цементитного типа М3(С,В) с ромбической решёткой (а=0,450-0,495 нм, ¿=0,496-0,498 нм, с=0,675-0,716 нм), гексагональный карбоборид М7(С,В)3 («=1,168-1,191 нм, с=0,333-0,473 нм), кубический М23(С,В)6 (я= 1,0531,056 нм), а также бориды Сг2В;Сг5В3 с ОЦТ решёткой (а=0,509-0,511 нм, с=0,425-0,428 нм) и (а=0,545-0.546 нм, с= 1,066-1,071 нм). С ростом тепловложения увеличивается период решетки у -твёрдого раствора никеля от 0,3546 до 0,3563 нм, связанный с добавлением железа, и перераспределением бора и углерода между фазами в наплавленном сплаве и основном металле.

Количество карбидной и боридной фаз покрытий обоих составов максимально в металле, наплавленном на малом тепловложении, и во втором слое, когда обогащение наплавленного слоя железом из подложки мало.

Доля участия основного металла в наплавленном (\|/) пропорциональна тепловложению и изменяется в диапазоне 2...50%. Степень обогащения наплавленного слоя атомами железа из подложки является параметром, контролирующим структуру и свойства покрытия. Основным фактором, влияющим на у, является величина тока дуги, влияние температуры подогрева проявляется свыше 200°С и относительно невелико.

По данным локального рентгеноспектрального анализа параметр у коррелирует с количеством атомов железа, перешедших в наплавленный слой. В двуслойных никелевых покрытиях содержание железа может достигать в первом слое 35 %, тогда как во втором слое его содержание не превышает 10 %. Распределение легирующих элементов по глубине двухслойных покрытий, крайне неоднородно, что связано с проявлением дендритной ликвации и, в значительно большей степени, с образованием специальных карбоборидов.

Установлено, что увеличение тепловложения способствует снижению градиента концентрации Fe, Ni, Cr, Si благодаря возрастанию ширины переходной зоны. В наиболее неблагоприятных условиях наплавки (при малом тепловложении) градиент концентраций элементов на границе сплавления с основным металлом составляет для Fe 2,2 - 2,9 ат. %/мкм, для Ni 1,5 - 2.3 ат. % /мкм, для Сг 0,4 - 1,0 ат. % /мкм, для Si 0,015 - 1,500 ат. % /мкм.

Показано, что строение зон кристаллизации в покрытиях на Fe и Ni основе и размеры структурных составляющих в них подобны. Параметры наплавки и кристаллизации играют более существенную роль в структурообразовании нанесенных слоев, чем их химический состав. В покрытиях с малым тепловложением обнаружено две структурные зоны. Примыкающая к линии сплавления зона содержит дисперсные частицы вторых фаз (до 3 мкм). Во второй зоне размер структурных составляющих увеличивается: кубических частиц М23(С,В)6 до 40 мкм, частиц М?(С,В)3 призматической формы до 40 - 200 мкм, эвтектических колоний у+М23(С,В)6 до 50-140 мкм. В сплаве ПГ-С27 вторая зона содержит крупные карбиды МуС3 до 400 мкм в длину и эвтектические колонии р-М7С3 размером 40-850 мкм. С ростом тепловложения ширина зоны крупных структурных составляющих увеличивается в 1.5-4 раза. В покрытиях, наплавленных с проплавлением подложки, обнаружено 3 зоны: зона дисперсных кристаллов, прилегающая к линии сплавления; зона ориентированных дендритов длиной 120-300 мкм с не развитыми осями второго порядка; зона разориентированных дендритов, длиной 48-140 мкм с развитыми боковыми ветвями.

В шестом разделе приводятся результаты исследований технологических и эксплуатационных свойств во взаимосвязи с характеристиками структуры, фазовым составом наплавленного слоя. При всех изученных режимах наиболее сильное влияние на твердость наплавленного слоя и интервал изменения микротвердости оказывает ток наплавки (рис.4).

Совместный анализ микроструктуры и гистограмм распределения микротвёрдости по глубине наплавленного слоя показал, что чем больше распределение совпадает с нормальным, тем однороднее по структуре и фазовому составу наплавленный слой, либо дисперснее его структурные составляющие. Наибольшее значение средней микротвёрдости, например HD ioo=6222 МПа, достигается при токе Ьаплавки 180 А, тогда как его изменение в сторону больших или меньших значений приводит к уменьшению до На,00=4956 МПа (120А) и НоШ0=5236МПа (240А), хотя причины этого различны. При малом тепловложении (7=120 A; F=17 м/ч; Г=20°С) это связано с формированием дисперсной микроструктуры, за счет минимального времени

существования жидкой ванны, максимальной скорости охлаждения. Размеры структурных составляющих меньше отпечатка индентора, поэтому среднее значение микротвердости не высоко. При наибольшем тепловложении (7=240 А; К=7 м/ч; Т=300°С) определяющим фактором в формировании структуры и свойств наплавленного слоя становится доля участия основного металла, что приводит к образованию выраженной дендритно-ячеистой структуры на основе эвтектики Ме3(С,В) с невысокой микротвердостью.

л

:й X

|5

5

10

I1

2

0

Ьо 10 |§ 8 I" * 6

4

I2 2

1 2 3 4 5 6

Глубина наплавленного слоя, мм

а

80 а? 60 £ 40

с 20 0

123456789 10 Микротвёрдость, МПа, х 1000

в

80 ё? 60 2 40 с 20 0

0 1 2 3 4 5 6 Глубина наплавленного слоя, мм

123456789 10 Микротвёрдость, МПа, х 1000

б г

Рис. 4. Распределение микротвёрдости по глубине покрытий Н73Х16СЗРЗ (а, б)

и их гистограммы (в, г) а - без проплавления подложки ; б - с проплавлением подложки

Установлено, что максимальная твёрдость покрытий М-Сг^-В-С, Ре-Сг-С достигает 60 НЯС при формировании заэвтектической структуры. С увеличением \|/ твёрдость закономерно падает и, при образовании дендритной структуры, составляет 29 НЯС для покрытия на N1 основе и 44 НЯС для покрытия на основе железа. Изменение микротвёрдости по глубине наплавленного слоя повторяет распределение хрома, так как обе характеристики отражают структурную неоднородность, связанную с дендритной ликвацией или, в большей степени, с выделением крупных твёрдых частиц избыточных фаз.

Выявлено, что между величинами средней микротвёрдости и твёрдости наплавленного слоя нет прямой корреляции: наибольшему уровню твёрдости не соответствуют максимальные значения средней микротвёрдости наплавленного слоя. Наибольший вклад в увеличение твёрдости вносят дисперсные частицы карбоборидов при большом тепловложении (7=240 А, У= 1 м/ч, Г=300°С) когда они не образуются, твёрдость покрытия минимальна.

Образование трещин при плазменной наплавке является одной из основных причин, сдерживающих применение этой технологии. Установлено, что трещины шириной 80 - 240 мкм зарождаются при наплавке от ликвационных полостей, формирующихся в твёрдо - жидком состоянии. Их длина достигает 90 - 360 мкм, что составляет часть высоты наплавленного валика. Иногда трещины проходят через весь наплавленный слой (рис.5 а,б,г). Микроскопическим исследованием выявлена морфология трещин. На поверхности валика трещина имеет участок повышенной толщины 0.1 - 0.3 мм, в котором на изломе обнаружены смятые капли и пленки затвердевшей жидкости. Обнаруженная полость кристаллизуется в последнюю очередь и раскрывается, будучи в жидком состоянии. В средней части сечения валика трещина имеет толщину 0,02 - 0,06 мм и слабо ветвится. Очевидно, это участок хрупкого разрушения наплавленного металла. В области прилегающей к линии сплавления трещина может упираться в неметаллическое включение, находящееся под линией сплавления на незначительном расстоянии (0,05 мм).

Наибольшую склонность к образованию трещин проявляют покрытия, наплавленные с минимальным тепловложением без проплавления основного металла (среднее расстояние между трещинами составляет около 15 мм.) С увеличением тепловложения, при $/=4-6%, происходит двукратное снижение количества трещин на единицу длины валика. В покрытиях с долей участия (//=15-20% наплавленный металл с дендритной структурой трещин не имеет.

Определяющими факторами в трещинообразовании, как известно, выступают: способность металла релаксировагь напряжения и уровень этих напряжений. Показано, что релаксационная способность наплавленного металла зависит от доли пластичных фаз (например у- твердого раствора для №-Сг-ЯьВ-С), а также их дисперсности. Увеличение доли пластичных составляющих по мере возрастания тепловложения, подтверждено распределеним микротвёрдости, дисперсная эвтектическая структура хорошо релаксирует возникающие напряжения. С другой стороны возрастание тепловложения снижает также уровень растягивающих напряжений. Причем более эффективно повышение трещиностойкости за счёт увеличения температуры подогрева до 300-350°С, чем за счет роста тока наплавки. Совместное влияние двух факторов уменьшает число полостей, перерастающих в трещины при наплавке на больших тепловложениях, вплоть до их исчезновения.

Обнаружено, что зарождение трещин в процессе горячего изнашивания и циклических теплосменах происходит от рабочей поверхности валика также на ликвационных участках, кристаллизующихся последними и обогащенных примесями и неметаллическими включениями. При достижении критического размера « 0,5 мм происходит распространение трещин на всю высоту валика.

В результате испытаний в условиях горячего изнашивания и циклических теплосмен выявлена корреляция межЛу параметрами наплавки, структурой и износом наплавленного слоя. Наибольшей износостойкостью обладают два типа структуры: с дисперсными выделениями избыточных фаз и дендритно-ячеистая. Это достигается: соответственно, минимальным тепловложением (/=120 А, К=17м/ч, Т=20°С), приводящим к высокой скорости кристаллизации

и максимальным тепловложением, (7=240 А, V-! м/ч, Г=300°С). Во втором случае упрочнение обеспечивается выделением дисперсных карбоборидов (размером менее 0,2 мкм), а матрица с дендритной структурой способна релаксировать внутренние напряжения. Хотя износостойкость наплавленных слоев по указанным режимам, близка, первое покрытие, содержит большое количество трещин в наплавленном слое, как в исходном состоянии, так и после испытаний на износостойкость. К тому же, второй режим обеспечивает большую производительность, меньшую твердость покрытия, что облегчает его механическую обработку и не приводит к растрескиванию наплавленного слоя.

я» ¿гта

х165 х500

в г

Рис. 5. Поверхности разрушения и трещина в наплавленном слое: а - в очаге разрушения; б - на участке распространения трещины; в - при наплавке с УЗК; г - транскристаллитный характер движения трещины

Отсутствие подогрева и малая скорость наплавки ответственны за формирование грубой структуры наплавленного слоя, что вызывает повышенный износ наплавленного слоя за счет выкрашивания твердых избыточных фаз. Наплавка на токе 180А приводит к близким характеристикам износостойкости, но по количеству трещин в наплавленном слое эти режимы не являются оптимальными.

Дендритно- ячеистая структура является наилучшей для поверхностного слоя, полученного плазменно- порошковой наплавкой, деталей, работающих в

условиях износа при циклических теплосменах. Исходя из этого режимы, обеспечивающие максимальное из исследованных тепловложение при наплавке, были рекомендованы к промышленному опробованию.

В седьмом разделе рассмотрено влияние внешних воздействий при наплавке на фазовый состав, структуру и свойства покрытий.

Впервые показано, что наиболее интенсивное воздействие ультразвука на фазовый состав и структуру покрытий происходит в области циклических растяжений и сжатий (узле) стоячей волны, что обусловлено максимальным акустическим давлением и развитием кавитационных процессов (рис.6).

Введение ультразвуковых колебаний изменяет строение и протяженность зон кристаллизации. В области пучности колебаний стоячей ультразвуковой волны (Н73Х16СЗРЗ) повышение амплитуды колебаний от 4,8 до 18 мм приводит к уменьшению протяженности зоны ориентированных дендритов от 1/6 до 1/8 высоты валика и увеличению размеров центральной зоны до 2/3 высоты наплавленного слоя. В области узла колебаний образуются 3 зоны кристаллизации, зона ориентированных перпендикулярно линии сплавления дендритов отсутствует, следовательно, размер центральной зоны (разориентированных дендритов) увеличивается от 1/2 до 2/3 высоты валика. Образование зон кристаллизации при наплавке 10Р6М5 аналогично. С повышением амплитуды ультразвуковых колебаний от 4,8 до 18 мкм увеличиваюся размеры зоны ориентированных дендритов от 1/8 до 1/10 высоты и центральной зоны до 2/3 высоты валика.

Рис. 6. Схема создания стоячей ультразвуковой волны при наплавке: 1 - концентратор УЗК; 2 - наплавленное покрытие; 3 - подложка (изделие)

Выявлено, что введение ультразвуковых колебаний в сварочную ванну устраняет дефекты покрытия связанные с макронеоднородностью, возникающей из-за периодического поступления порций металла в хвостовую часть сварочной ванны и прерывистым характером первичной кристаллизации. В области, прилегающей к узлу колебаний, слоистая неоднородность отсутствует. В области пучности колебаний стоячей ультразвуковой волны уменьшаются размеры областей с укрупненными структурными составляющими с 8... 12 мм (при наплавке без УЗК) до 2...6 мм (при амплитуде УЗК £=18 мкм), их ширина снижается от 1...1.5 мм до 0,3...0,6 мм соответственно. Области наблюдаются в верхней части валика, где действие ультразвука ослабевает. С повышением амплитуды УЗК, тепловой мощности плазменной дуги и введении подогрева размеры областей неоднородности уменьшаются (рис. 7).

пучность колебаний 2,=тах

\пзея колебаний

Рис. 7. Макронеоднородности наплавленного покрытия: 1- крупные структурные составляющие; 2 - дисперсная структура;

3 - область карбидной ликвации; 4 - основной металл

Для высоколегированных наплавляемых покрытий, характерно выделение избыточных фаз на участке, повторяющем очертания линии сплавления (зона карбидной ликвации), в результате оттеснения примесей плоским фронтом кристаллизации, распространяющемся от подложки. Установлено, что при наплавке с УЗК в области растяжений и сжатий карбидная ликвация вблизи линии сплавления отсутствует во всем диапазоне исследуемых амплитуд. В области максимальных динамических смещений карбидная ликвация сохраняется.

Выявлено, что на расстоянии ±Х/8 ч- ±У 12 (где Л - длина ультразвуковой волны) от узла колебаний стоячей ультразвуковой волны граница сплавления покрытие-подложка имеет волнистый характер (рис. 8), причем количество волн и глубина их врезания в основной металл тем больше, чем больше амплитуда УЗК, тепловая мощность дуги (ток наплавки), температура предварительного подогрева. Увеличение протяженности границы сплавления в области вокруг узла колебаний повышает прочность сцепления покрытия с подложкой. Трещины и разрушения на данном участке отсутствуют.

а б в

Рис. 8. Поперечное сечение валиков, наплавленных порошком H73X16C3CP3,x3,5: а - без воздействия УЗК; б - в пучности; в - в узле колебаний

Введение ультразвука в сварочную ванну изменяет фазовый состав покрытия 10Р6М5. Увеличивается количество вторых фаз, причем в области узла колебаний этот эффект максимален. С повышением амплитуды УЗК до ¿¡=18 мкм периоды кристаллической решетки a-Fe и y-Fe увеличиваются, причем в районе узла колебаний более значительно (аа=0,2858 нм, лу=0,3630

нм), что свидетельствует о росте легированное™ феррита и аустенита. То есть вблизи узла колебаний, представляющем область циклических растяжений и сжатий, больше атомов внедрения находится в кристаллической решетке матричных фаз, по сравнению с областью максимальных динамических смещений (вблизи пучности УЗК) и с неозвученными покрытиями. При этом количество аустенита снижается от 43,8 до 40,1% в районе пучности и до 38,1% вблизи узла колебаний стоячей ультразвуковой волны. Количество карбидов М6С, МС и М2С повышается, а М23Сб уменьшается. Увеличение доли карбидной фазы в наплавленном слое можно объяснить ростом числа центров их кристаллизации при возбуждении ультразвуковых колебаний в расплаве.

Выявлено, что покрытие 10Р6М5 имеет дендритно-ячеистую структуру. Под воздействием ультразвука размеры дендритных ячеек уменьшаются (рис.9; 10 а,б). При £=4,8 мкм коэффициент измельчения составляет 1,3 в пучности УЗК и 1,42 - в узле колебаний. Рост амплитуды УЗК до ¿=18 мкм приводит к повышению коэффициента измельчения до 1,6. Дендриты представляют феррито-аустенитную матрицу, междендритное пространство заполнено эвтектикой. Сопоставление данных рентгеноструктурного фазового анализа, характера травления и морфологии показало, что эвтектика формируется на основе карбида М6С. С повышением тепловой мощности дуги и введением подогрева, количество продуктов распада аустенита увеличивается вследствие снижения его устойчивости. В отдельных зернах наблюдается игольчатая структура мартенситного или бейнитного типа. Наиболее крупные карбиды выявляются металлографически и имеют округлую форму.

L1, L2, мкм

200 150 100

50 ;

О

0 3 6 9 12 15 18 .5, МКМ

Рис. 9. Влияние амплитуды УЗК (£) на изменение размеров структурных составляющих в покрытиях

При наплавке покрытия ШЗХ16СЗРЗ показано, что введение УЗК приводит к увеличению периода кристаллической решетки матрицы до 0,3566 нм, что свидетельствует о повышении в ней атомов внедрения. Значительно возрастает количество боридов Сг2В, СгВ, Ре2В, Ре В, содержание карбоборида М7(С,В)3 повышается менее интенсивно. Рост количества вторых фаз в области, прилегающей к узлу колебаний стоячей ультразвуковой волны более существенный, чем вблизи пучности УЗК. Снижение интенсивности линий

Мз(С,В) и Мл(С,Ъ)6 (в некоторых случаях до уровня фона) и смещение их по углам Вульфа-Брегга в сторону больших значений показывает уменьшение содержания и легированности карбоборидов М3(С,В) и М23(С,В)6.

в г

Рис. 10. Структура покрытий 10Р6М5(а, б) х 150, Н7ЭХ16СЗРЗ(в,г) х 750 а, в - без воздействия УЗК: б, г - в области узла колебаний стоячей ультразвуковой волны

Обнаружено, что введение ультразвуковых колебаний в расплав приводит к диспергированию структурных составляющих (рис.10 в,г). С повышением амплитуды УЗК дисперсность увеличивается, причем в области циклических растяжений и сжатий эффективность воздействия выше. Наибольшее влияние ультразвук оказывает на измельчение дендритов. С введением УЗК с амплитудой <£=4,8 мкм длина главных осей дендритов уменьшается до «3 раз, в то время как величина частиц карбоборидов М23(С,В)6, М7(С,В)3 снижаются не более чем на 1/3. Повышение интенсивности амплитуды ультразвуковых колебаний до £=18 мкм приводит к дальнейшим уменьшениям размеров структурных составляющих: осей дендритов до 5 раз, эвтектических колоний и частиц карбоборидов до 2 раз. Длина цепочек на базе карбоборида М7(С,В)3 уменьшается в области пучности колебаний в «2 раза, вблизи узла - до «3-х раз.

Обнаружено интенсивное повышение \|/ при введении УЗК при наплавке с амплитудой ¿=4,8 мкм-до 38% (H73X16C3P3, /=240 А, 7"=20°С) и до 56%

(10Р6М5, /=260 А, Т=200°С). Это определено возникновением акустических течений и кавитационной эрозией подложки, интенсивность которых снижается при увеличении амплитуды УЗК. Рост амплитуды УЗК до 4=18 мкм приводит к снижению доли участия основного металла до уровня, характерного для наплавки без воздействия.

Установлено, что при наплавке покрытия Н73Х16СЗРЗ введение ультразвука с £=4,8 мкм снижает твердость наплавленного валика на 2.. .6 НЯС (по сравнению с неозвученными) вследствие увеличения содержания железа в расплаве покрытия. Повышение амплитуды УЗК до 9... 18 мкм способствует росту твердости наплавленного слоя в среднем на 4...5 НЫС, поскольку более значительным является влияние ультразвука на выделение упрочняющих фаз (боридов и карбоборидов). Это также приводит к росту средней микротвердости покрытия на 1500...2500 МПа. Выявлено, что наибольшее увеличение твердости наплавленного покрытия, проявляется в области максимальных циклических растяжений и сжатий.

Данная закономерность сохраняется и при наплавке с ультразвуком покрытия 10Р6М5. При наплавке с амплитудой УЗК £=4,8 мкм при отсутствии подогрева твердость покрытия составляет 62...63 НЯС. Дальнейший рост амплитуды УЗК до 9... 18 мкм практически не изменяет твердость покрытия. В случае наплавки с предварительным подогревом (/=180...260А) при £=18 мкм твердость покрытия увеличивается до максимального значения - 63...64 НЯС вследствие более полного распада аустенита.

При наплавке покрытия Н73Х16СЗРЗ выявлено, что введение ультразвуковых колебаний малой интенсивности (£=4,8 мкм) приводит к увеличению числа трещин и их суммарной ширины в среднем в 2 раза по сравнению с неозвученными образцами, причем наибольшее количество трещин локализуется в области максимальных динамических смещений стоячей ультразвуковой волны. В области циклических растяжений и сжатий трещины отсутствуют, что обусловлено формированием более дисперсной структуры, способной релаксировать растягивающие напряжения при усадке наплавленного слоя. Повышение интенсивности УЗК (£= 9...18 мкм) приводит к снижению количества трещин от 2 до 4 раз, а величины их суммарного раскрытия - в 2 раза по сравнению с неозвученными образцами. Наибольший эффект достигается при наплавке без предварительного подогрева.

Найдено, что существует критическое значение интенсивности стоячей ультразвуковой волны (£=4,8 мкм), ниже которого происходит разрушение покрытия. Отрыв происходит в нижней части валика, в области карбидной ликвации. Явление характерно для наплавленных слоев ПР-Н73Х16СЗРЗ и ПР-10Р6М5. На основании данных исследований были установлены параметры ультразвукового поля, которые не приводят к отрыву покрытий.

Анализ совокупности структуры', фазового состава и свойств покрытий (твердости, микротвердости, условий образований трещин и разрушений) позволил определить режимы наплавки и амплитуду УЗК, обеспечивающие формирование рабочего слоя с высокими служебными характеристиками. При наплавке порошком ПР-Н73Х16СЗРЗ они имеют значения: £=9 мкм, /=180 А,

7Ь200°С и порошком ПР-10Р6М5 - ¿=18 мкм, /=180 А, Т= 20°С и следует рекомендовать данные режимы к апробации.

Известно, что первичную структуру наплавленного валика можно регулировать, используя введение добавок в жидкую сварочную ванну. При этом усиливается процесс несамопроизвольной кристаллизации за счет увеличения числа зародышевых центров. В данной работе модифицирующие I добавки вводились через технологический подслой, наносимый на подложку

методом электроискрового легирования (ЭИЛ). В качестве материалов подслоя были выбраны вольфрам и сплав ВК-6. Покрытия обладают повышенной температурой плавления, способны выполнять экранирующую функцию, т.е. препятствовать расплавлению подложки и ограничить долю участия основного металла в покрытии.

Отмечено, что при наплавке на среднем токе (180 А) в нижней части формируется зона с дисперсными структурными составляющими, примыкающая к JTC. Её протяженность составляет 0,3-0,5 высоты валика. В целом в покрытии происходит увеличение объемной доли М2з(С,В)При увеличении тока изменения размера структурных составляющих покрытия, по сравнению с наплавкой без ЭИЛ, не происходит: уменьшается доля карбоборидов и увеличивается количество ^-твердого раствора. Твердость покрытий с барьерными слоями из ВК6 и W при наплавке с максимальным тепловложением больше, чем у покрытий без барьерного слоя в среднем -10HRC. Это обусловлено снижением доли участия с 25-30% до 19-20%, а также легированием наплавленного металла вольфрамом.

Строение зон кристаллизации в покрытиях и размеры структурных составляющих близки, макроструктура покрытий без УЗК представлена зонами (табл.1). Барьерный слой из вольфрама увеличивает трещиностойкость наплавленного покрытия на 23-37 % при наплавке без подогрева и 15% при наплавке с подогревом, в то время как для ВК6 соответственно на 10-12 и 5-7%. Этот эффект снижается с ростом тепловложения. Снижение склонности к образованию трещин связано с повышением дисперсности структурных составляющих. Однако, подслой из сплава ВК6, в сравнение W, изначально ' отличается высокой пористостью и значительным числом трещин, что

негативно сказывается на служебных свойствах наплавленного слоя.

Таблица 1

Размеры структурных составляющих в покрытий 10Р6М5, наплавленных без УЗК

Кристаллизационные зоны Размеры составляющих (мм х 10'1)

без подслоя W подслой

Дисперсные кристаллы 0,3x0,36 0,2x0,2

Ориентированные дендриты 2x0,5 1,5x0,3

Разориентированные дендриты 0,3x0,38 0,18x0,26

Введение УЗК при наплавке покрытий приводит к увеличению ширины валиков на 2-12 % и увеличению высоты валиков на 8-22 %. Наибольший эффект увеличения ширины валиков достигнут в пучности УЗ волны.

Кавитационные потоки улучшают смачивание и растекание присадочного металла по подложке, а увеличение высоты объясняется увеличением коэффициента использования порошка.

Ультразвуковые колебания, кроме диспергирования структуры наплавленных покрытий приводят в перераспределению зон (табл. 2). Наибольшее измельчение структурных составляющих отмечено в области узла колебаний стоячей ультразвуковой волны, совместное действие УЗК и наплавки на \^-подслой позволяет полностью избежать появления зоны столбчатых ориентированных дендритов.

Распределение микротвердости показывает увеличение доли твердых составляющих покрытия, как при наплавке на подслой, так и при совмещении процесса с наплавкой с УЗК. Наиболее выражено смещение максимума распределения в область высоких значений в узле колебаний стоячей волны.

Таблица 2

Доля кристаллизационных зон, в покрытиях 10Р6М5 с УЗ воздействием

Доля кристаллизационных зон, (%)

Кристаллизационные зоны Узел УЗК, Узел УЗК, Пучность УЗК,

без подслоя ■^ПОДСЛОЙ - подслой

Дисперсные кристаллы 11 11 6

Мелкие дендриты 16 24 8

Зона эвтектических прослоек 24 9 8

Разориентированные дендриты 18 56 78

Ориентированные дендриты 31 0 0

Улучшение трещиностойкости наблюдается при наплавке на промежуточный вольфрамовый слой с введением ультразвукового воздействия. При этом уменьшается суммарная ширина раскрытия трещин, а средняя ширина раскрытия трещин и среднее расстояние между трещинами увеличиваются, что связанно со снижением уровня остаточных напряжений, а также повышением предела прочности наплавленного металла.

В восьмом разделе проведены исследования по формированию параметров поверхностного слоя восстанавливаемых деталей.

В результате обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии для изучаемых факторов, показывающие влияние исследуемых факторов на ширину (в) и высоту (а) наплавленного слоя:

а = 7,3-0,012-7-0,135-К, мм; «=5,332+0,063-/-0,312- К+4,9-10"5-/-Г, мм где: а - высота валика, мм; в - ширина валика, мм; I - ток наплавки, А; V -скорость наплавки, м/ч; Т - температура предварительного подогрева, °С.

Анализ уравнений показывает, что при наплавке с максимальным тепловложением, наплавленный валик имеет наибольшую ширину. Следовательно, эти режимы являются оптимальными как с точки зрения износостойкости так и производительности процесса наплавки.

Для оценки влияния параметров наплавки на микротвердость и твердость наплавленного слоя, область параметров факторного эксперимента была разбита на два интервала монотонности по току: 1. 120...180 А; 2. 180...240 А, с

учетом того, что при больших токах на формирование структуры, а следовательно, и на твердость наплавленного слоя, начинает оказывать влияние новый фактор - доля участия основного металла в наплавленном.

Уравнения регрессии в натуральных выражениях имеют вид: ШС ,=57,9-0,0277+0,254-К-0,036-Т-1,5-10-3-/- ¥+■ 1,6-1 (Г4-/- 7+9,1 • 10-4-Т- V; Ноюо-266,0+0,6207-2,506-К+1,506Т+0,095-/-К-6,5-10-3-/Т-0,032-ГК;МПа тС2=68,6-0,101 -7+0,127- ¥+\, 11 • 10'3'/- V- 6,8-10"4/- Г; Нато2=509,8-0,8577+27,030К+1,034Т-0,058-7 К-0,03-10'3 7-Г-0,044Т-К,МПа

где: НЛС| и Н0юо' - твердость и микротвердость, наплавленного слоя в интервале изменения тока 120...180 А; НЯС2 и На!0о2 - соответственно твердость и микротвердость наплавленного слоя в интервале изменения тока 180...240 А.

Влияние параметров наплавки на функции отклика в изучаемых интервалах различно, что связано, как было показано ранее, с принципиальными отличиями структуры наплавленного слоя.

На основании полученных экспериментальных данных и установленных закономерностей разработаны технологические режимы восстановления и упрочнения металлургической оснастки и инструмента горячего деформирования. После отработки технологии на натурных образцах была проведена наплавка опытной партии раскатных валков линии "Вагнер 630".

Производственным испытаниям подвергались валки с различной термической обработкой и составом рабочего слоя по четырем вариантам.

1. Объемная термическая обработка: температура нагрева под закалку 1030 °С, охлаждение в масло, температура отпуска 570 С (ТО).

2. Термическая обработка по варианту 1 и азотирование при температуре 530...550°С в течение 48 часов (ТО+А).

3.Термическая обработка по варианту 1 и наплавка рабочего слоя электродом ОЗШ-З (ТО+НЭ).

4.Термическая обработка по варианту 1 и плазменная наплавка Н73Х16СЗРЗ (Пг-СРЗ) (ТО+ПН).

По результатам испытаний четырех партий валков установлено (табл.3), что плазменная наплавка изношенных валков сплавом Н73Х16СЗРЗ обеспечивает увеличение эксплуатационной стойкости не менее, чем в 1.5...2,0 раза по сравнению с азотированными валками и в 3,0...4.0 раза по сравнению с валком, восстановленным по заводской технологии

Таблица 3

Износостойкость раскатных валков "Вагнер 630"

Показатели ТО ТО+А ТО+НЭ ТО+ПН

Реальная стойкость валков, шт мин 800 1600 400 3184

макс. 1580 2000 1392 4140

Повышение износостойкости, раз 0.8..1.5 1.6..2,0 0,4.. 1,3 3,2..4,1

На основании разработанного "способа многослойной наплавки присадочными износостойкими порошками на железоуглеродистую основу изделия" предложена и опробована технология восстановления деталей металлургической оснастки, работающих в условиях циклических теплосмен:

роликов отводящего рольганга стана 650 Нижнетагильского металлургического комбината и роликов валковой подачи пресса 400тс Салдинского металлургического завода. Эксплуатация этих изделий показала увеличение износостойкости соответственно в 2 и 4 раза.

По результатам испытаний инструмента чистового точения обнаружено, что средняя стойкость до износа по задней грани й3=0,32 мм минимальна для кованых резцов со стандартной термической обработкой, что совпадает со стойкостью резцов, наплавленных без ультразвукового воздействия и без термической обработки. Воздействие ультразвуком с амплитудой £=4,8 мкм на наплавляемый металл приводит к снижению интенсивности износа и увеличению средней стойкости режущей части. Повышение амплитуды УЗК до £=9 мкм вызывает дальнейшее уменьшение износа, средняя стойкость режущей части резца максимальна (рис. 11).

няс

64

63 НЯС

62

г ^ 1 у

61 < г

60 ... ..

Тр, мин 120

80 40

0

0

4 " £, мкм

Рис. 11. Влияние амплитуды УЗК (£) на твердость (НЯС) и стойкость (время работы резцов чистового точения (Тр,))

Снижение интенсивности износа инструментов, наплавленных с ультразвуковым воздействием по сравнению с наплавленными без воздействия, обусловлено более высокой легированностью матрицы и присутствием в структуре режущего слоя дисперсных карбидов. Рост (при £=9 мкм), а затем незначительное уменьшение (при £=18 мкм) средней стойкости резцов обусловлено аналогичным изменением твердости режущей части инструмента при повышении амплитуды ультразвуковых колебаний во время наплавки.

Изготовление по опытной технологии наплавки режущей части инструмента 10Р6М5 на Медико-инструментальном заводе (г.Н.Тагил) позволило повысить стойкость резцов чистового точения. Однако отмечена низкая стойкость этих инструмента на операциях точения с ударами. Для повышения стойкости предложено провести отпуск. Наибольшее увеличение твердости до 2...3 НЯС происходит после первого отпуска (7Ь=560°С; выдержка 1 час). Второй отпуск увеличивает твердость в среднем на 0,5... 1,0 НЯС. Дальнейшее повышение кратности отпусков к росту твердости не приводит. Наибольшей твердостью после отпуска и красностойкостью обладают также покрытия, наплавленные в узле УЗК.

В режущем слое, наплавленном с ультразвуковым воздействием, структура более дисперсна по сравнению с наплавкой без УЗК. Значения

микротвердости сосредоточены в центре интервала распределения, на более узком участке. После двух кратного отпуска в режущем слое, наплавленном без УЗК, значения микротвердости смещаются в область более высоких значений, за счет выделения карбидов и распада остаточного аустенита. Интервал значений микротвердости расширяется и формируется распределение аналогичное кованой быстрорежущей стали, прошедшей стандартную термическую обработку (закалка + трехкратный отпуск).

Отпуск режущего слоя, наплавленного с ультразвуковым воздействием, приводит к смещению значений микротвердости в сторону высоких значений при незначительном уменьшении разброса. Это свидетельствует о более интенсивном выделении карбидов, меньшем отпуске мартенсита, и дисперсности структурных составляющих.

Проведенные исследования позволили реализовать технологию наплавки в ультразвуковом поле для инструмента, работающего в условиях ударных нагрузок. За базу сравнения принимались кованые резцы со стандартной термической обработкой (закалка и трехкратный отпуск) и наплавленные без УЗК и без ТО (рис. 12).

О 0,5 ! 1,5

Время работы резца, мин

Рис. 12. Стойкость резцов в условиях ударного нагружения •— базовые резцы;--без ТО;-с ТО; ш - наплавка; А - наплавка с УЗК.

Исследования износостойкости резцов показали, что кривые разделились на четыре группы по наклону участка стабильного износа и времени наступления катастрофического износа резцов. Наилучшую стойкость показали резцы группы I (режимы 5,6,7 (табл.4)). Меньшую на 50 % (по длине участка стабильного износа) износостойкость показали резцы группы II (реж. 1, 10). Резцы 2,4,9, (группа III), при одинаковом со второй группой длине участка стабильного износа, имеют большую на 38-45 % величину длины площадки износа. И, наконец, в четвертой группе резцы 3 (наплавка без УЗК и ТО), 8 (наплавка без УЗК и Без ТО) и цельнометаллический базовый, стойкость уменьшилась еще примерно на 40 - 60 % по сравнению с третьей группой.

Износостойкость внутри выделенных груш показывает, что на участке стабильного износа, среди резцов прошедших термическую обработку, режущий слой, наплавленный с ультразвуковым воздействием, проявляет лучшую стойкость, по

сравнению с наплавкой без воздействия (например кривые 1 и 5; 4 и 2). Двух кратный отпуск повышает стойкость резцов наплавленных как с ультразвуковым воздействием, так и без него (кривые 8 и 3; 9 и 2; 10и 1;7и6,рис. 12).

Таблица 4

Режимы нанесения, обработки и толщина режущего слоя (8)

X Режимы 5,мм № Режимы 6,мм

1 Наплавка + 2-х кратн. отпуск 3,1 6 Наплавка с УЗК+2-х кратн. отпуск 2,3

2 Наплавка + 2-х кратн. отпуск 1,8 7 Наплавка с УЗК 2,2

3 Наплавка + 2-х кратн. отпуск 3,7 8 Наплавка 3,5

4 Наплавка с УЗК+2-х кратн. отпуск 2,0 9 Наплавка с УЗК 1,6

5 Наплавка с УЗК+2-х кратн. отпуск 2,8 10 Наплавка с УЗК 2,8

Большая прочность крепления режущей пластины к державке резца, при ее формировании наплавкой, позволяет снизить толщину режущей пластины и улучшить ее охлаждение за счет увеличения теплоотвода в тело резца. Зависимость стойкости от толщины имеет максимум, обусловленный конкуренцией теплоотводящей способности резца и механической прочностью режущего слоя. Для каждого режима резания существует оптимальная толщина режущего слоя, обеспечивающая максимальную стойкость резца. Режущий слой, наплавленный с ультразвуковым воздействием, проявляет лучшие режущие свойства, особенно после двух кратного отпуска, поскольку имеет более дисперсную структуру и упрочняется интенсивнее в процессе отпуска.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате систематических исследований показаны направления и интенсивность влияния режимов наплавки (тока, скорости, температуры предварительного подогрева), состава наплавленного слоя и технологических воздействий (поперечных колебаний плазмотрона, электромагнитного перемешивания, ультразвуковых колебаний, модифицирующего технологического подслоя) на фазовый состав и структуру одно- и двухслойных покрытий систем МьСг-С-В-ЭК Ре-Сг-С(-В), а также составов близких к быстрорежущим сталям. Установлено, что существенное влияние на свойства рабочего слоя оказывает строение зон кристаллизации. В покрытиях, полученных с малым тепловложением, формируется зона дисперсных частиц, примыкающая к линии сплавления, и зона крупных структурных составляющих. С ростом тепловложения ширина второй зоны увеличивается до 4 раз. В покрытиях, наплавленных при максимальном тепловложении, приводящем к проплавлению подложки, обнаружено три зоны: дисперсных кристаллов; ориентированных дендритов с не развитыми осями второго порядка; разориентированных дендритов с развитыми боковыми ветвями. Строение зон обусловлено закономерностями кристаллизации и для покрытий на Бе и № основе подобно. На этой 'базе предложены качественные модели показывающие, что химический состав наплавляемого порошка вносит меньший вклад в формирование макростроения наплавленного слоя! чем технологические параметры наплавки.

2. Методами рентгеноструктурного и электронномикроскопического анализов показано, что в покрытиях систем Ре-Сг-С, №-Сг-С-В-81 образуются карбиды (карбобориды) М3С, М7С3, М23С6, а в наплавленных слоях близких по составу к быстрорежущим сталям: М6С, МС, М2С и М23С6. Уменьшение содержания Ст, С, В в наплавляемых порошках, при неизменном режиме наплавки приводит к снижению объемной доли и размеров частиц вторых фаз, появлению дендритов в матрице. При всем многообразии структурных состояний, связанных с изменением химического и фазового состава наплавленного слоя, наиболее принципиальными с позиций формирования служебных свойств являются переход от полиэдрической структуры к дендритным формам роста, а также от заэвтектической к доэвтектической структуре.

3. Установлено, что ток, скорость наплавки, предварительный подогрев в различных сочетаниях позволяют управлять фазовым составом и структурой наплавленных покрытий: от дисперсной к структуре с крупными выделениями избыточных фаз и, наконец, к дендритно-ячеистой. Среди параметров процесса наплавки наибольшее влияние на состав строение и свойства покрытия оказывает ток, а меньшее - скорость. При увеличении силы тока на режимах без проплавления происходит укрупнение структурных составляющих и появление эвтектики. При токах наплавки приводящих к проплавлению основы, специальные карбиды (карбобориды) не образуются, избыточные фазы цементитного типа и матрица обогащаются легирующими элементами и железом. Для всех композиций наплавленных слоев общей закономерностью является уменьшение количества вторых фаз и переход к доэвтектической структуре и дендритным формам роста при повышении тепловой мощности дуги совместно с предварительным подогревом. Наибольшее влияние на данные структурные переходы оказывает доля участия основного металла в наплавленном (\|/), которая пропорциональна погонной энергии процесса. Влияние подогрева на ц/ менее значимо и проявляется при температурах свыше 200°С.

4. Обоснованы режимы получения двухслойных покрытий с первым слоем, нанесенном на большом тепловложении со значительной долей участия основы. Увеличение тепловложения способствует снижению градиента концентрации Ре, №, Сг, благодаря возрастанию ширины переходной зоны. Увеличение числа слоев расширяет диапазон сочетания возможных структур, позволяет обеспечить плавный переход по фазовому составу для формирования рабочей поверхности, существенно отличающейся по структуре от изделия.

5. Выявлено, что грубая структура наплавленного слоя обладает повышенным износом за счет выкрашивания твердых избыточных фаз. Трещины, образующиеся как после наплавки, так и в процессе горячего изнашивания, зарождаются на ликвационных участках, кристаллизующихся последними и обогащенными примесями. Наибольшую склонность к образованию трещин проявляют покрытия твердостью до 60 ЖС, наплавленные с минимальным тепловложением без проплавления основного металла. В покрытиях с долей участия (¿/=15-20% наплавленный металл с дендритной структурой трещин не имеет. Повышение трещиностойкости за счёт увеличения температуры подогрева до 300-350°С более эффективно, чем

за счет роста тока наплавки. Максимальной износостойкостью в условиях горячего изнашивания и теплосмен обладают два типа структур: дендритно-ячеистая, формирующаяся при максимальном тепловложении, и с дисперсными выделениями избыточных фаз, когда тепловложение минимально. Износостойкость слоёв, наплавленных на этих режимах, близка. Покрытия, нанесенные с минимальным тепловложением, содержит повышенное количество трещин в исходном состоянии и после испытаний на износостойкость. Режимы с большим тепловложением рекомендованы как наиболее рациональные, так как обеспечивают высокую износо- и трещиностойкость наряду с хорошей обрабатываемостью ввиду малой твердости покрытия.

6. Впервые показано, что при наложении ультразвуковых колебаний наиболее интенсивное воздействие УЗК на фазовый состав и структуру покрытий происходит в области циклических растяжений и сжатий (узле) стоячей волны, что обусловлено максимальным акустическим давлением и развитием кавитационных процессов. Это приводит к формированию волнистого профиля линии сплавления, повышению прочности сцепления и трещиностойкости, устраняются дефекты связанные с макронеоднородностью по высоте покрытия и вдоль линии сплавления. Количество трещин снижается в 2...4 раза (при амплитуде УЗК ф=9 мкм.), они локализуется в области динамических смещений стоячей волны. Введение ультразвука увеличивает ((/ (в 0,25-1,75 раза при £=4,8 мкм), что связано с кавитационной эрозиейосновного металла, интенсивность которой снижается с повышением амплитуды колебаний. Максимальное диспергирование структуры отмечено при наибольшей амплитуде УЗК. Уменьшение размеров главных осей дендритов (до 5 раз -Н73Х16СЗРЗ и до 1,6 - 10Р6М5) достигается при наплавке с амплитудой УЗК <0=18 мкм. Размеры частиц и эвтектических колоний снижаются до 2 раз. Наибольший эффект от воздействия УЗК связан с увеличением доли вторых фаз (М6С, МС для 10Р6М5, и Сг2В, СгВ, Ге2В, ГеВ, М7(С,В)3 для №-Сг-$1-В-С) в покрытиях. Максимальная твердость, требуемая для режущего инструмента, достигается при наплавке в узле УЗК с амплитудой £=9...18мкм и средним по величине термическим воздействием (7=180 А,Г=20°С).

7. Показано, что первичную структуру наплавленного слоя можно регулировать через введение добавок в сварочную ванну из технологического подслоя, наносимого на подложку методом электроискрового легирования. Подслой усиливает процесс несамопроизвольной кристаллизации, увеличивая число зародышевых центров, и выполняет экранирующую функцию, ограничивая долю участия основного металла в наплавленном. Отмечено увеличение зоны дисперсных структурных составляющих до половины высоты валика. Совместное действие наплавки на подслой и наложение УЗК позволяет избежать появления зоны столбчатых ориентированных дендритов. Твердость таких покрытий при режимах со значительным проплавлением в среднем выше на 10ГО.С, трещиностойкость - на 23-37 % (при наплавке без подогрева) и на 15 % (с подогревом), причем данные эффекты снижаются с ростом тепловложения.

г

32

8. Проведенные исследования явились научным обоснованием рекомендаций по применению плазменно-порошковой наплавки, позволяющей повысить служебные свойства инструмента горячего деформирования, деталей металлургической оснастки. Предложены режимы одно- и двухслойной наплавки, обеспечивающие повышенные эксплуатационные характеристики рабочего слоя изделий, эксплуатируемых в условиях горячего изнашивания и теплосмен. Разработана технология восстановления раскатных валков линии «Вагнер 630», обеспечивающая увеличение их ресурса до 4 раз. Испытания роликов рольганга стана 650 Нижнетагильского металлургического комбината и роликов валковой подачи пресса 400тс Салдинского металлургического завода после восстановления показали повышение стойкости соответственно в 3 и 4 раза.

По показателям красностойкости и износа наплавленный с УЗК режущий инструмент превосходит резцы, изготовленные по традиционной технологии. При восстановлении режущего инструмента предложено проводить наплавку с применением УЗК в области узла стоячей волны. Стойкость инструмента чистового точения с наплавленной режущей гранью без термической обработки превосходит цельнокованый резец,испытавший традиционную термообработку, в 3 раза. Испытания резцов с наплавленной режущей частью в условиях точения с ударами, подтвердили целесообразность отпуска и увеличение стойкости инструмента в среднем в 1,8...2 раза.

Результаты диссертационной работы нашли отражение в учебном пособии ДЛЯ студентов (Гаврилова Т.М ,Трёкин Г Е , Шевченко О.И. Основы технологии машиностроения // Краткий конспект лекций для студентов немашиностроительных специальностей /под ред. О.И Шевченко.- Екатеринбург: изд. УГТУ-УПИ, 2001. 212с)

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Гершензон С.М., Батуев А.З , Шевченко О И , Другое С Н Определение критерия оптимизации процесса напыления никелевых самофлюсующихся сплавов // Теория и практика сварочного производства: межвуз. сб. научн. тр. - Свердловск: УПИ им. С.М. Кирова, 1986.-С. 87-90.

2. Шевченко О.И., Давыдов В.И., Журавлев В.И., Фарбер В.М. Исследование термических циклов при поверхностном упрочнении наплавкой II Современные методы термической, химико-термической обработки поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов: тез. докл. всесоюзн. научн.-техн конф - Ташкент, 1990. - С 73-74.

3. Патент № 1833432 по заявке 4932147 /02/014742 от 13.11.91. Шевченко ОИ, Фарбер В.М., Журавлев В.И Установка для исследования структуры и свойств зоны термического влияния.

4. Фарбер В.М., Шевченко О.И. Структура покрытий из никелевых самофлюсующихся сплавов при плазменной наплавке // Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико- термической обработки в машиностроении и металлургии: тез. докл всесоюз научн-техн конф. - Новокузнецк, 1991 -С 54-55

5. Фарбер В.М, Шевченко О И Влияние режимов наплавки на структуру наплавленного слоя Н73Х16СЗРЗ. Уральский политехи, ин-т.- Свердловск, 1991 -Деп в Черметинформации. 30.09.92 №5850. 7 с.

6. Шевченко О.И., Фарбер В.М., Журавлев В.И. Структура и фазовый состав покрытия Н73Х16СЗРЗ, полученного плазменной ппгутявкпй II Ичпрггич ^узов. - Черная металлургия. 1992 №10. С.23-26.

РОС. НАЦИОНА Л НАР 1

библиотека 1

СП«.*,*, ' Мм»

7. Шевченко О.И., Фарбер В.М., Журавлев В И., Давыдов В Н. Влияние параметров плазменной наплавки на фазовый состав и структуру покрытия Н7ЭХ16СЗРЗ Уральский политехи, ин-т,- Свердловск, 1992 - Деп. в Черметинформации 25.11.92. №5919. 8 с.

8. Шевченко О.И., Фарбер В.М., Журавлев В И., Давыдов В.Н. Косикова Р.Р. Структура и твердость наплавленного покрытия из сплава Н73Х16СЗРЗ. Уральский политехи, ин-т. - Свердловск, 1992 - Деп. в Черметинформации 25.11 92. №5918.10 с

9. Зашляпин М.Ю., Шевченко О И, Фарбер В М Научные основы восстановления деталей методом плазменно-порошковой наплавки // Технология ремонта машин и механизмов' Тез. докл. конф. - Киев, Знание Украины, 1994 - С. 15

10. Зашляпин М.Ю., Шевченко О.И., Трекин Г.Е. Влияние структуры, фазового состава на служебные свойства рабочего слоя деталей при плазменно-порошковой наплавке сплава Н73Х16СЗРЗ. // Состояние и перспективы восстановления и упрочнения деталей машин - М, «ЗНАНИЕ» ЦРДЗ, 1994. С.84 - 87

11. Шевченко О.И., Фарбер В М , Трекин Г.Е Влияние высокотемпературного нагрева на структуру покрытия Н73Х16СЗРЗ, полученного плазменно- порошковой наплавкой // Известия вузов. - Черная металлургия. .-1994 №10. С.76 - 77

12. Шевченко О.И., Фарбер В.М., Журавлев В.И., Давыдов В.М., Трекин Г.Е. Взаимосвязь структуры,фазового состава и служебных-свойста рабочего слоя Н73Х16СЗРЗ валков, полученного плазменно- порошковой наплавкой. // Известия вузов. - Черная металлургия. .-1995 №8. С.57 - 61.

13. Трекин Г.Е., Шевченко О.И., Бажова Т.Ю., Фарбер В.М. Формирование и структура покрытия при двухслойной плазменной наплавке. // Современные проблемы сварочной науки и техники: матер всероссийск научн.- технич. конф - Пермь- ПГТУ, 1995. -41-С. 98-100.

14. Трекин Г.Е, Шевченко О.И., Бажова Т.Ю., Фарбер В.М. Исследование структурных зон кристаллизации покрытия при плазменной наплавке. // Там же-С.137 - 141

15. Патент 2069479. от 20.11.96 по заявке № 94043888 от 14 12.94 Бюл. изобретений 1997, № 7 // Фарбер В.М., Шевченко О.И., Трекин Г.Е., Суслова Л.Ю. Способ многослойной наплавки присадочными изностойкими порошками на железоуглеродистую основу изделия

16 Шевченко О И, Фарбер В.М, Трекин Г Е., Грехова О.И Влияние легирования порошка и режимов наплавки на структуру плазменных покрытий системы М-Сг-В-С-вУ/Известия вузов -Черная мегаллургия.-1997.-№4.-С. 47-49.

17. Шевченко О.И., Трекин Г.Е., Фарбер В.М Распределение химических элементов в структурных составляющих покрытия при наплавке никелевого самофлюсующегося сплава // Металловедение и термическая обработка - 1997. - №6 - С 5... 7

18. Шевченко О.И., Трекин Г Е., Гаврилова Т М., Фарбер В.М Твёрдость и структура плазменного покрытия ПГ-С27 // Авиционно-космическая техника и технология Труды гос. аэрокосмического ун-та - ХАИ: - Харьков, 1998. вып. 7, 42, С.486-493

19. Шевченко О.И. Роль тепловложения при формировании оптимального комплекса служебных свойств плазменных покрытий // Сварка Урала - в XXI век: Докл. научн.-технич. конф. - Екатеринбург, УГТУ, 1999. - С. 128-129

20. Шевченко О.И. Закономерности изменения свойств и структуры покрытия системы М-Сг-В-С-Э! под воздействием термического цикла сварки // Актуальные проблемыфизического металловедения сталей и сплавов. XV Уральск школа металловедов-термистов: Тез. докл. - Екатеринбург.: 2000. С.60

21. Шевченко О.И. Гаврилова Т.М., Трекин Г.Е. Влияние интенсивности ультразвукового поля на геометрические параметры покрытия при плазменно - порошковой наплавке // Сварка-контроль. Итоги XX века: Матер.всерос.научн.техн.конф.-Челябинск:ЦНТИ,2000.-С. 120-122

22. Шевченко О.И., Трекин Г.Е., Фарбер" В.М. Строение износостойких высокохромистых покрытий // Там же- С. 118-120.

23 Гаврилова Т.М, Трекин Г.Е., Шевченко О И , Фарбер В.М. Геометрические параметры и структура, наплавленного в ультразвуковом поле слоя // Известия вузов. Черная металлургия,- 2001. - № 6, -с 39-41.

24. Гаврилова Т.М., Трёкин P.E., Шевченко О.И., Лапин A.B. Формирование границ расплав - подложка при наплавке в ультразвуковом поле // Инновации в машиностроении: Сб статей-всеросс.научн -техн. конф..- Пенза: изд Приволжский дом знаний,-2001 -41 С 88-92

25. Гаврилова Т.М., Трёкин Г.Е., Шевченко О.И., Лапин A.B. Повышение прочности сцепления упрочняющих покрытий , полученных наплавкой с ультразвуковым воздействием Н Проблемы машиноведения: тез. докл. научн,- техн. конф. - Нижний Новгород- изд. Нф ИМАШ РАН, 2001. - С.20-21.

26. Шевченко О.И. Формирование структуры плазменных покрытий при наплавке // Проблемы физического металловедения перспективных материалов. XVI Уральск школа металловедов - термистов: Тез. докл. - Уфа: 2002. - С.173.

27. Шевченко О.И. Закономерности изменения свойств и структуры покрытий системы Ni-Cr-B-C-Si при наплавке и термической обработке // Сварочное производство -2002.-№9-С. 19-28.

28. Патент RU № 2212988 С2, 7 В К 9/04 Бюл. № 27 от 27.09.2003 По заявке № 2001132440/20(034535) от И. 12.2001 Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Трёкин Г.Е., Фарбер В М Способ наплавки покрытия

29. Гаврилова Т.М., Шевченко О.И, Трёкин Г.Е.. Особенности воздействия ультразвуковых волн на макроструктуру наплавленных покрытий // Современные технологии и материаловедение: Сб. науч. тр. / под ред. Ю.А. Баландина. - Магнитогорск: МГТУ, 2003. - С. 76-80

30. Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Трёкин Г Е., Фарбер В.М. Влияние ультразвука на фазовый состав наплавленных покрытий // Сварка Урала - 2003: Сб. докп международн. научн.- техн. конф.- Киров:2003. С.165-166

31. Шевченко О.И. Плазменная наплавка и ультразвук // Там же - С. 167-168.

32. Трёкин Г.Е., Гаврилова Т.М., Шевченко О И., Фарбер В.М Изготовление резцов наплавкой. // Там же - С 169-170.

33. Патент RU 2228825 С1 В 23 К 9/04// В 23 К 101:20. Бюлл. № и от 25.05.04 . По заявке № 2003103137/003153) от 03.02.2003. Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Трёкин Г.Е., Фарбер В.М Способ изготовления режущих инструментов из быстрорежущей стали

34. Shevchenko O.I. Relationships governing the change of the properties and structure of coatings of the Ni-Cr-B-C-Si system in surfacing and heat treatment // Welding International -Volume 17 .- №2.-2003. - P.139... 146.

35. Шевченко О.И. Ультразвук, как средство воздействия на структуру и свойства наплавленных покрытий // Модернизация оборудования и технологий, как условие обеспечения конкурентноспособности и безопасности производства: Тез. докл научн,- техн. конф в рамках междунар. специализир. выставки «Сварка НефтеГаз» - Екатеринбург изд. ООО «Уральский институт сварки». - 2003 - С.50-52.

36. Шевченко О.И. Особенности кристаллизации и формирование структуры при совместном воздействии ультразвука и режима наплавки // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов XVII Уральск школа металловедов-термистов: Тез. докл.- Киров: ВятГУ- 2004. - С. 166

37. Шевченко О И. Комплексное воздействие режима наплавки и ультразвука на структуру и свойства покрытий //Сварка и контроль-2004:Сб.докл. всеросс с международ, участием научн.-техн. конф. В 3 томах. - Пермь: ПГТУ, 2004. - Том 3. - С. 186-191.

38. Трекин Г.Е., Шевченко О.И., Фарбер В.М. Влияние промежуточных тугоплавких слоев на свойства плазменных покрытий H73X16C3P3// Там же - С. 156-158

39. Гаврилова Т. М., Трёкин Г.Е., Шевченко О.И., Фарбер В М.Технология изготовления и свойства наплавленного режущего инструмента // Там же - С. 93-97.

40. Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Пегашкин В.Ф., Файншмидт Е М., Трекин Г.Е.. Интенсификация процессов посредством ультразвука // Вестник УГТУ-УПИ - 2004 -№15(45).-42,-С.201-204.

41 Шевченко О.И. Формирование структуры покрытий системы Ni-Cr-B-C-Si под воздействием термического цикла плазменной наплавки // Сварка в Сибири-2005. - №1. С 34-39

Г: . " 7 Г< 9 -

42 Шевченко О.И Структура, твердость и геометрические параметры наплавленного слоя 400Х26Г2С2Н2Ф // Вестник УГТУ-УПИ. - 2004 - №16(46), С.208-216

43 Шевченко О.И.,Формирование первичной структуры и свойств покрытий по схеме «режим + воздействие» при плазменной наплавке. // Вестник УГТУ-УПИ. - 2004. - №16(46), С.216-223.

44. Шевченко О.И. Плазменная наплавка и ультразвук // Тяжелое машиностроение. -2004. - №6. - С.26-27

45. Гаврилова Т. М , Шевченко О.И., Трёкин Г.Е., Фарбер В.М. Влияние ультразвука на фазовый состав покрытий 10Р6М5 // Тяжелое машиностроение. - 2004. - №6. - С.31 -33

Подписано к печати 10.01 2006 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Гарнитура «Тайме». Ризография Усл.пл 2,00 Уч-изд л 2,78 Тираж 130 Заказ №981

Отпечатано в РИО НТИ(ф) УГТУ-УПИ 622031 Свердловская обл. Нижний Тагил, Красногвардейская, 59

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОБЛЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ФОРМИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКЕ. (Аналитический обзор)

1.1 Плазменная наплавка и ее применение

1.2 Фазовый состав и структура покрытий системы Ni-Cr-C-B-Si при различных способах нанесения.

1.3 Связь состава, структуры и износостойкости покрытий Fe-Cr-C(-B)

1.4 Сплавы для наплавки на базе быстрорежущих сталей

1.5 Образование трещин в наплавленных покрытиях

1.6 Кристаллизация металла сварочной ванны, металлургические и технологические приемы регулирования структуры

1.7 Выводы

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТАВА СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛА НАПЛАВЛЕННЫХ ПОКРЫТИЙ, СФОРМИРОВАННОГО ПРИ РАЗЛИЧНОМ ТЕРМИЧЕСКОМ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

2.1 Материалы исследования

2.2 Схемы и разработка режимов термического и технологических воздействий на покрытия

22.1 Термическое воздействие на металл при наплавке одиночными валиками

2.2.2 Двух- и многослойное нанесение покрытий

2.2.3 Особенности термического воздействия при широкослойной наплавке

2.2.4 Управление формированием структуры за счет электромагнитного воздействия

2.2.5 Управление формированием структуры за счет ультразвуковой обработки покрытия при наплавке 43 2.2.5 Модифицирование структуры наплавленного металла из технологического подслоя, наносимого методом электроискрового легирования

2.3 Методы исследований структуры и состава

2.3.1 Металлографические исследования и твердость

2.3.2 Рентгеноструктурные исследования

2.3.3 Локальный рентгеноспектральный микроанализ

2.4 Разработка установок для испытания покрытий на трещино-, износостойкость и моделирования термического воздействия на основной металл

2.5 Испытания резцов на стойкость

2.6 Выводы

3. ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЕРВИЧНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПРИ НАПЛАВКЕ И МАКРОСТРОЕНИЕ МЕТАЛЛА ШВА

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ПОКРЫТИЙ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКЕ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

4.1 Влияние режима наплавки на фазовый состав и структуру покрытий H73X16C3P

4.1.1 Фазовый состав и структура покрытий, полученных при широкослойной плазменной наплавке.

4.1.2 Фазовый состав и структура покрытий наплавленных одиночными валиками

4.1.3 Распределение легирующих элементов в наплавленной композиции

4.2 Влияние повторного высокотемпературного нагрева на структуру наплавленного слоя

4.3 Формирование структуры однослойных покрытий системы Ni-Cr-C

B-Si под воздействием термического цикла наплавки

4.3.1 Структура покрытия Н77Х15СЗР

4.3.2 Структура покрытия Н70Х17С4Р

4.3.3 Структура покрытия Н67Х18С5Р4

4.3.4 Влияние химического состава порошка на структуру покрытий системы Ni-Cr-C-B-Si

4.4 Влияние термического воздействия плазменной дуги на фазовый состав и структуру покрытия 10Р6М

4.5 Выводы

5. СТРУКТУРА, СОСТАВ И ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ЖЕЛЕЗНОЙ И НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ, НАНЕСЕННЫХ ПЛАЗМЕННО- ПОРОШКОВОЙ НАПЛАВКОЙ.

5.1 Особенности фазового состава двухслойных покрытий

5.2 Зоны кристаллизации наплавленных покрытий, формирование структуры первого слоя v

5.3 Структура покрытия при двухслойной наплавке

5.4 Распределение элементов в двухслойном наплавленном покрытии

5.5 Выводы

6. НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СЛУЖЕБНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

6.1 Влияние режимов наплавки на твёрдость рабочего слоя H73X16C3P

6.2 Исследование твердости подслоя и двухслойных покрытий

6.3 Образование трещин в наплавленных покрытиях

6.4 Износостойкость покрытий в условиях циклических теплосмен

6.5 Выводы

7. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ НАПЛАВКЕ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ 201 7.1 Влияние ультразвукового поля на параметры наплавленного валика

7.1.1 Формирование границы расплав-подложка в ультразвуковом поле

7.1.2 Влияние параметров наплавки и ультразвукового поля на проплавление основного металла

7.1.3 Формирование зон кристаллизации при затвердевании наплавленного слоя в ультразвуковом поле

7.1.4 Макронеоднородность покрытий, кристаллизующихся в поле ультразвука

7.1.5 Карбидная ликвация вдоль границы сплавления 238 7.2 Особенности фазового состава и структуры покрытий при наплавке в ультразвуковом поле

7.2.1 Влияние ультразвука на фазовый состав и структуру покрытия 10Р6М

7.2.2 Особенности фазового состава и структуры покрытия H73X16C3P3 при наплавке в ультразвуковом поле

7.3. Свойства покрытий при наплавке в ультразвуковом поле

7.3.1 Влияние термического воздействия и интенсивности ультразвука на твердость покрытия

7.3.2 Специфика образования трещин в покрытиях 281 $ 7.4 Влияние технологического подслоя на структуру и свойства покрытий

7.5 Структура и свойства покрытий при электромагнитном воздействии на сварочную ванну

7.6 Выводы

8. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФОРМИРОВАНИЮ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ 300 8.1 Восстановление прокатного инструмента и деталей 300 металлургического оборудования

8.1.1 Характер износа раскатных валков горячего деформирования

8.1.2 Влияние режима наплавки на геометрические размеры рабочего слоя

8.1.3 Промышленное опробование технологии восстановления раскатных валков стана "Вагнер 630", восстановленных плазменной наплавкой

8.1.4 Восстановление деталей металлургической оснастки

8.2 Разработка колебательной системы и технологии наплавки режущего инструмента

8.2.1 Конструкции ультразвуковых концентраторов и расчет волновых характеристик ультразвукового поля

8.2.2 Геометрические параметры наплавленных покрытий

8.2.3 Разработка технологии наплавки режущего инструмента чистового точения и её промышленное опробование

8.2.4 Влияние отпуска на твердость и красностойкость резцов

8.2.5 Стойкость наплавленных покрытий резцов, работающих в условиях точения с ударами

8.3 Выводы

Актуальность проблемы. Повышение эксплуатационной долговечности и надежности деталей машин и инструмента является комплексной задачей. Важнейшая её часть - формирование свойств материала поверхностного слоя деталей. В настоящее время особое значение имеют технологические методы восстановления рабочих поверхностей с одновременным эффектом упрочнения поверхностного слоя и повышения эксплуатационных свойств (повышения износостойкости, трещиностойкости, статической и контактно-усталостной прочности, красностойкости, общего упрочняющего эффекта).

Проведенный анализ условий эксплуатации инструмента горячего деформирования и деталей металлургической оснастки показал, что они выходят из строя при износе 1.3 мм на сторону. Для металлорежущего инструмента требования еще более жесткие. Это определяет применение для упрочнения и восстановления рабочей поверхности плазменно-порошковой наплавки, способной создать на поверхности слой небольшой толщины с высокими эксплуатационными свойствами.

В качестве основных присадочных материалов промышленностью выпускаются порошки систем Ni-Cr-C-B(-Si), Fe-Cr-C(-B), быстрорежущих сталей и др., использующиеся в качестве износостойких, коррозионностойких и режущих покрытий. Нанесение покрытия при различных режимах, отличающихся интенсивностью величины термического воздействия, позволяет получать в наплавленном слое широкую гамму структурных состояний и, следовательно, свойств рабочей поверхности. Влияние параметров процесса на свойства рабочего слоя, несмотря на многочисленные публикации, изучено недостаточно. Встаёт необходимость установления закономерностей влияния режима наплавки на структуру и фазовый состав рабочего слоя. Узловым моментом является взаимосвязь структуры и технологической стойкости изделия в конкретных условиях эксплуатации.

Недостатком плазменно-порошковой наплавки легированными составами является склонность покрытий к образованию трещин. Необходимо, на основе выявления закономерностей и механизмов образования трещин, определить оптимальные режимы, которые обеспечат минимальную возможность их появления или получение бездефектного покрытия. Важным моментом является структура в районе линии сплавления, свойства которой влияют на напряженное состояние покрытия в целом.

Эффективность производства и качество продукции неразрывно связано с проблемой полного использования возможностей, которые заложены в конструкционных материалах и технологиях. В связи с этим актуально исследование влияния технологических приемов, физических методов и термической обработки с комплексным воздействием на макростроение, структуру, фазовый состав и эксплуатационные свойства покрытия. Введение в сварочную ванну модифицирующих элементов, электромагнитного и ультразвукового воздействия позволяет управлять формированием первичной структуры. Комбинация режима наплавки и воздействий дает совокупность новых научных результатов и технических решений, позволяющих улучшать служебные свойства изделий.

Работа выполнялась в рамках решения важной научно-технической проблемы выполнения комплексной целевой программы по созданию новых эффективных способов изготовления прокатных валков повышенной надежности и долговечности, утвержденной ГКНТ СССР № 536 от 10.12.82; межвузовской целевой научно-технической программы «Валок»; тематических планов госбюджетных работ по важнейшей тематике в Уральском государственном техническом университете - У ПИ с 1986 по 2005 гг.

Цель работы. Установить влияние режимов наплавки, технологических воздействий, термической обработки и их комплексном сочетании на фазовый состав, структуру и свойства наплавленных плазменных покрытий; на этой основе решение актуальной проблемы повышения эксплуатационного ресурса инструмента горячего деформирования, деталей машин и режущего инструмента за счет нанесения рабочего слоя с высоким уровнем служебных характеристик.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- исследовать фазовый состав и строение одно-, двухслойных покрытий на основе порошков систем Ni-Cr-Si-B-C, Fe-Cr-C(-B) и быстрорежущих сталей, выявить общие закономерности образования структуры, оценить влияние параметров режима;

- изучить связи структуры и состава со служебными свойствами покрытий; обосновать возможности управления составом и строением, получить покрытия с повышенными эксплуатационными свойствами, определить область рациональных режимов;

- показать специфику влияния ультразвукового воздействия, термической обработки, электромагнитного воздействия, введения добавок в сварочную ванну из технологического подслоя на первичную структуру, выделения избыточных фаз и их распределения в наплавляемом покрытии, обосновать и разработать комплекс мероприятий по получению наплавленных слоев с повышенной твердостью, трещинно- и износостойкостью;

- на основе обобщения результатов исследования разработать эффективные технологии нанесения покрытий методом плазменно-порошковой наплавки на инструмент горячего деформирования, детали металлургической оснастки и режущий инструмент.

Научная новизна.

- В результате систематических исследований установлены общие закономерности влияния технологических параметров плазменной наплавки на макро- и микроструктуру, фазовый И химический состав покрытий Ni-Cr-Si-B-C, Fe-Сг-С(-В) и быстрорежущих сталей.

-Установлена взаимосвязь между составом, структурой и твердостью наплавленного слоя из сплавов указанных систем, а также склонностью к образованию трещин, как при наплавке, так и в процессе горячего износа. Обосновано, что наибольшей трещино- и износостойкостью обладает дендритно-ячеистая структура, формирующаяся при максимальном тепловложении.

- Разработан и научно обоснован перспективный способ многослойной наплавки, позволивший получить благоприятный переход по структуре и фазовому составу от основы к рабочему слою, снизить склонность к образованию трещин.

-Детально изучено влияние различных воздействий (ультразвукового поля, электромагнитного перемешивания, широкослойной наплавки, введения добавок в сварочную ванну из технологического подслоя), позволяющих расширить пределы целенаправленного регулирования геометрических размеров, макро- и микростроения, химического и фазового состава наплавленного металла. Предложена и экспериментально обоснована качественная модель и общие принципы, связывающие параметры управления процессом образования первичной структуры и макростроение валика в различных зонах при внешних технологических воздействиях.

- Впервые изучено влияние стоячей ультразвуковой волны на кристаллизующуюся сварочную ванну. Наибольшее воздействие на наплавленный слой обнаружено в областях максимального растяжения и сжатия (узлах колебаний), где выделяется наибольшее количество избыточных фаз, структура наиболее дисперсная, отсутствуют структурные макро неоднородности по высоте покрытия и вдоль линии сплавления, что приводит к повышению эксплуатационных характеристик.

- Дано научное обоснование перспективным технологиям применения плазменно-порошковой наплавки, позволяющим повысить служебные свойства инструмента горячего деформирования, деталей металлургической оснастки, режущего инструмента. По показателям красностойкости и износа наплавленный с ультразвуковыми колебаниями (УЗК) режущий инструмент превосходит резцы, изготовленные по традиционной технологии.

Новизна научно-технических разработок, представленных в диссертации, подтверждена четырьмя патентами Российской Федерации.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Совокупность полученных в работе научных данных по связи структуры, фазового, химического состава покрытий и их свойств реализована в виде режимов одно- и двухслойной плазменно- порошковой наплавки, обеспечивших получение рабочего слоя изделий, эксплуатируемых в условиях циклических теплосмен, металлорежущего инструмента с высокими технологическими характеристиками, а также нового способа многослойной наплавки (патент №2069479) износостойкими порошками на железоуглеродистую основу изделия.

Исследования влияния термической обработки и режимов внешних воздействий (наплавки в поле УЗК, нанесении технологических подслоев, электромагнитном перемешивании) на выделение избыточных фаз и их распределение в наплавляемом покрытии позволили сформулировать общие требования к строению покрытий. Эти рекомендации повысили качество восстановленных деталей вследствие более полного использования возможностей, заложенных в материалах и технологиях. Применение наплавки в поле УЗК позволило уменьшить число циклов термической обработки, а в некоторых случаях отказаться от многократного отпуска восстановленных изделий. На основании исследований разработаны:

-способ наплавки покрытия (патент№2212988), с формированием в изделии стоячей ультразвуковой волны;

- способ изготовления режущих инструментов из быстрорежущей стали (патент № 2228825) и технология наплавки в поле УЗК режущей грани резцов.

Для реализации целей работы спроектированы установки (патент № 1833432) и методики, позволяющие моделировать условия наплавки и эксплуатации. Для промышленного освоения технологий разработан комплект аппаратуры и приспособлений, основу которого составляет серийное сварочное оборудование. На базе предложенных технических и технологических решений разработаны и апробированы на предприятиях машиностроения и металлургической промышленности технологические процессы плазменно-порошковой наплавки прямых проходных резцов, раскатных валков, роликов рольгангов и др., обеспечившие увеличение эксплуатационного ресурса деталей.

На защиту выносится: обобщение результатов комплексных исследований состава, структуры, одно-, двухслойных покрытий на основе порошков систем Ni-cr-si-B-c, Fe-Cr-C(-B) и быстрорежущих сталей, общие закономерности образования структуры, под влиянием режима нанесения.

- связь структуры и состава со служебными свойствами покрытий, обоснование возможности управления составом и строением, получение покрытий с повышенными эксплуатационными свойствами, области рациональных режимов наплавки, термической обработки, технологических воздействий и комплексном действии того и другого;

- новые способы нанесения покрытий и воздействий на сварочную ванну в процессе наплавки, обеспечивающие повышенный комплекс технологических и эксплуатационных свойств поверхностных слоев деталей и инструмента;

-механизм влияния различных областей стоячей ультразвуковой волны на структуру кристаллизующегося наплавленного слоя, особенности выделения вторых фаз, устранения макронеоднородности, эффекты на линии сплавления и резервы повышения трещиностойкости;

-корреляционные соотношения между параметрами плазменной ^ наплавки и служебными свойствами наплавленного слоя;

- концепции достижения высокого комплекса служебных (твердость, сопротивляемость термической усталости, износостойкость при циклических теплосменах, красностойкость, для покрытий различного назначения) и сварочно-технологических (сопротивляемость образованию трещин, доля участия основного металла, геометрические характеристики) свойств наплавленных покрытий, обеспечивающих эффективное продление эксплуатационного ресурса рабочего слоя инструмента горячего деформирования, режущего инструмента, деталей металлургической оснастки;

Автор выражает глубокую благодарность профессору д.т.н. Фарберу В.М за становление автора как специалиста, помощь в постановке задач и обсуждении результатов к.т.н. Трекину Г.Е., Гавриловой Т.М. за помощь в проведении исследований; профессору д.т.н. Зудову Е.Г сотрудникам кафедр

Термообработки и физики металлов», «Сварочного производства и упрочняющих технологий» за ценные советы и помощь в работе.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате систематических исследований показаны направления и интенсивность влияния режимов наплавки (тока, скорости, температуры предварительного подогрева), состава наплавленного слоя и технологических воздействий (поперечных колебаний плазмотрона, электромагнитного перемешивания, ультразвуковых колебаний, модифицирующего технологического подслоя) на фазовый состав и структуру одно- и двухслойных покрытий систем Ni-Cr-C-B-Si, Fe-Cr-C(-B), а также составов, близких к быстрорежущим сталям. Установлено, что существенное влияние на свойства рабочего слоя оказывает строение зон кристаллизации. В покрытиях, полученных с малым тепловложением, формируется зона дисперсных частиц, примыкающая к линии сплавления, и зона крупных структурных составляющих. С ростом тепловложения ширина второй зоны увеличивается до 4 раз. В покрытиях, наплавленных при максимальном тепловложении, приводящем к проплавлению подложки, обнаружено три зоны: дисперсных кристаллов; ориентированных дендритов с не развитыми осями второго порядка; разориентированных дендритов с развитыми боковыми ветвями. Строение зон обусловлено закономерностями кристаллизации и для покрытий на Fe и Ni основе подобно. На этой базе предложены качественные модели, показывающие, что химический состав наплавляемого порошка вносит меньший вклад в формирование макростроения наплавленного слоя, чем технологические параметры наплавки.

2. Методами рентгеноструктурного и электронномикроскопического анализов показано, ЧТО В покрытиях систем Fe-Cr-C, Ni-Cr-C-B-Si образуются карбиды (карбобориды) М3С, М7С3, М23Св, а в наплавленных слоях близких по составу к быстрорежущим сталям - МбС, МС, М2С и М23С6. Уменьшение содержания сг, с, в в наплавляемых порошках, при неизменном режиме наплавки, приводит к снижению объемной доли и размеров частиц вторых фаз, появлению дендритов в матрице. При всем многообразии структурных состояний, связанных с изменением химического и фазового состава наплавленного слоя, наиболее принципиальными с позиций формирования служебных свойств являются переход от полиэдрической структуры к дендритным формам роста, а также от заэвтектической к доэвтектической структуре.

3. Установлено, что ток, скорость наплавки, предварительный подогрев в различных сочетаниях позволяют управлять фазовым составом и структурой наплавленных покрытий: от дисперсной к структуре с крупными выделениями избыточных фаз и, наконец, к дендритно-ячеистой. Среди параметров процесса наплавки наибольшее влияние на состав строение и свойства покрытия оказывает ток, а меньшее - скорость. При увеличении силы тока на режимах без проплавления происходит укрупнение структурных составляющих и появление эвтектики. При токах наплавки приводящих к проплавлению основы, специальные карбиды (карбобориды) не образуются, избыточные фазы цементитного типа и матрица обогащаются легирующими элементами и железом. Для всех композиций наплавленных слоев общей закономерностью является уменьшение количества вторых фаз и переход к доэвтектической структуре и дендритным формам роста при повышении тепловой мощности дуги совместно с предварительным подогревом. Наибольшее влияние на данные структурные переходы оказывает доля участия основного металла в наплавленном (\|/), которая пропорциональна погонной энергии процесса. Влияние подогрева на \|/ менее значимо и проявляется при температурах свыше 200°С.

4. Обоснованы режимы получения двухслойных покрытий с первым слоем, нанесенном на большом тепловложении со значительной долей участия основы. Увеличение тепловложения способствует снижению градиента концентрации Fe, Ni, Cr, si благодаря возрастанию ширины переходной зоны. Увеличение числа слоев расширяет диапазон сочетания возможных структур, позволяет обеспечить плавный переход по фазовому составу для формирования рабочей поверхности, существенно отличающейся по структуре от изделия.

5. Выявлено, что грубая структура наплавленного слоя обладает повышенным износом за счет выкрашивания твердых избыточных фаз.

Трещины, образующиеся как после наплавки, так и в процессе горячего изнашивания, зарождаются на ликвационных участках, кристаллизующихся последними и обогащенными примесями. Наибольшую склонность к образованию трещин проявляют покрытия твердостью до 60 HRC, наплавленные с минимальным тепловложением без проплавления основного металла. В покрытиях с долей участия у/==15-20% наплавленный металл с дендритной структурой трещин не имеет. Повышение трещиностойкости за счёт увеличения температуры подогрева до 300-350°С более эффективно, чем за счет роста тока наплавки. Максимальной износостойкостью в условиях горячего изнашивания и теплосмен обладают два типа структур: дендритно-ячеистая, формирующаяся при максимальном тепловложении, и с дисперсными выделениями избыточных фаз, когда тепловложение минимально. Износостойкость слоев, наплавленных на этих режимах, близка. Покрытия, нанесенные с минимальным тепловложением, содержат повышенное количество трещин в исходном состоянии и после испытаний на износостойкость. Режимы с большим тепловложением рекомендованы как наиболее рациональные, так как обеспечивают высокую износо- и трещиностойкость наряду с хорошей обрабатываемостью ввиду малой твердости покрытия. ;

6. Впервые показано, что при наложении ультразвуковых колебаний наиболее интенсивное воздействие УЗК на фазовый состав и структуру покрытий происходит в области циклических растяжений и сжатий (узле) стоячей волны, что обусловлено максимальным акустическим давлением и развитием кавитационных процессов. Это приводит к формированию волнистого профиля линии сплавления, повышению прочности сцепления и трещиностойкости, устраняются дефекты, связанные с макронеоднородностью по высоте покрытия и вдоль линии сплавления. Количество трещин снижается в 2.4 раза (при амплитуде УЗК £=9 мкм.), они локализуется в области динамических смещений стоячей волны. Введение ультразвука увеличивает \|/ (в 0,25-1,75 раза при £=4,8 мкм), что связано с кавитационной эрозией основного металла, интенсивность которой снижается с повышением амплитуды колебаний. Максимальное диспергирование структуры отмечено при наибольшей амплитуде УЗК. Уменьшение размеров главных осей дендритов (до 5 раз -H73X16C3P3 и до 1,6 - 10Р6М5) достигается при наплавке с амплитудой УЗК 4=18 мкм. Размеры частиц и эвтектических колоний снижаются до 2 раз. Наибольший эффект от воздействия УЗК связан с увеличением доли вторых фаз (М6С, МС для 10Р6М5, и Cr2B, СгВ, Fe2B, FeB, М7(С,В)з для Ni-Cr-Si-B-C) в покрытиях. Максимальная твердость, требуемая для режущего инструмента, достигается при наплавке в узле УЗК с амплитудой 4=9.18мкм и средним по величине термическим воздействием (/=180 А,Г=20°С).

7. Показано, что первичную структуру наплавленного слоя можно регулировать через введение добавок в сварочную ванну из технологического подслоя, наносимого на подложку методом электроискрового легирования. Подслой усиливает процесс несамопроизвольной кристаллизации, увеличивая число зародышевых центров, и выполняет экранирующую функцию, ограничивая долю участия основного металла в наплавленном. Отмечено увеличение зоны дисперсных структурных составляющих до половины высоты валика. Совместное действие наплавки на подслой и наложение УЗК позволяет избежать появления зоны столбчатых ориентированных дендритов. Твердость таких покрытий при режимах со значительным проплавлением в среднем выше на 10 HRC, трещиностойкость - на 23-37 % (при наплавке без подогрева) и на 15 % (с подогревом), причем данные эффекты снижаются с ростом тепловложения.

8. Проведенные исследования явились научным обоснованием рекомендаций по применению плазменно-порошковой наплавки, позволяющей повысить служебные свойства инструмента горячего деформирования, деталей металлургической оснастки. Предложены режимы одно- и двухслойной наплавки, обеспечивающие повышенные эксплуатационные характеристики рабочего слоя изделий, эксплуатируемых в условиях горячего изнашивания и теплосмен. Разработана технология восстановления раскатных валков линии «Вагнер 630», обеспечивающая увеличение их ресурса до 4 раз. Испытания роликов рольганга стана 650 Нижнетагильского металлургического комбината и роликов валковой подачи пресса 400 тс Салдинского металлургического завода после восстановления показали повышение стойкости соответственно в 3 и 4 раза.

По показателям красностойкости и износа наплавленный с УЗК режущий инструмент превосходит резцы, изготовленные по традиционной технологии. При восстановлении режущего инструмента предложено проводить наплавку с применением УЗК в области узла стоячей волны. Стойкость инструмента чистового точения с наплавленной режущей гранью без термической обработки превосходит цельнокованый резец,испытавший традиционную термообработку, в 3 раза. Испытания резцов с наплавленной режущей частью в условиях точения с ударами, подтвердили целесообразность отпуска и увеличение стойкости инструмента в среднем в 1,8.2 раза.

Результаты диссертационной работы нашли отражение в учебном пособии ДЛЯ СТудеНТОВ (Гаврилова T.M., Трёкин Г.Е., Шевченко О.И. Основы технологии машиностроения // Краткий конспект лекций для студентов немашиностроительных специальностей /под ред. О.И. Шевченко.- Екатеринбург: изд. УГТУ-УПИ, 2001.212с).

1. Сидоров А.И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. М.: Машиностроение, 1987. - 192 с.

2. Малаховский В.А. Плазменные процессы в сварочном производстве. М.: Высшая школа, 1988. - 72 с.

3. Lavigne D., Have P.V.D., Maksymovwicz М. Automatic plasma ark welding // Joining materials. 1988.V.7, P.19-25.

4. Grain E. The plasma ark process-rewiew.//Welding journal 1988.V.2,P.19-25.

5. Вайнерман A.E., Шоршоров M.H., Веселков В.Д., Новосадов B.C. Плазменная наплавка металлов. Л.: Машиностроение, 1969. -192 с.

6. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б.Е. Патона. М.: Машиностроение, 1974. - 520с.

7. Эмантраут М.М., Комаров В.А., Влияние полярности на формирование слоев при плазменно-порошковой наплавке на сталь // Сварочное производство. 1986. №5. С.3-4

8. Зубков, Н.С. Тютяев, В.А., Зубкова, Е.Н Изготовление наплавленного металлорежущего инструмента Тверь: ТГТУ, 1998. — 124 с.

9. Ощепков Ю.П., Ощепкова Н.В. Особенности структурообразования сплавов системы Ni-Cr-B-C-Si при индукционной наплавке. // Металловедение и термическая обработка. 1979. №10. С.14-17.

10. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Справочник / Борисов Ю.С. и др.- Киев: Наукова думка, 1987. 540 с.

11. Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. М.: Машиностроение, 1981. - 192 с.

12. Трение, изнашивание, смазка: Справочник. Кн. 1.- М.: Машиностроение, 1978. -228-232с.

13. Линник В.А., Пекшев П.Ю. Современная техника газотермического нанесения покрытий. М.: Машиностроение, 1985. - 128 с.

14. Лившиц Л.С., Гринберг Н.А., Куркумелли Э.Г Основы легирования наплавленного металла.- М.: Машиностроение, 1969.-188 с.

15. Лившиц JI.C. Металловедение для сварщиков. М.: Машиностроение, 1979.253 с.

16. Knotek О., Lungscheieler Е. On the structure of Ni-Cr-B-Si hardfacing alloy and their bonding raction // J. Vac. Sci Technol.-1974.- №4. p.798-801.

17. Холек X. Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов.- М.: Металлургия, 1988.-320 с.

18. Металлография железа. /Под ред. Ф.Н. Тавадзе. М.: Металлургия, Т1. 1972. 246 с.

19. Лякишев М.П. Борсодержащие стали и сплавы. -М:. Металлургия, 1986

20. Фомичев О.Н.,Катор В.Ф.ДСушпелева А.К.//Неорганические материалы.1976 №121. С.128.

21. Гольдшмидт Х.Д. Сплавы внедрения.- М.: Мир, 1971 Т.1.424 с.

22. Гольдшмидт Х.Д. Сплавы внедрения.- М.: Мир, 1971 Т.2. 464 с.

23. Медовар Б.Н. Аустенитно-боридные стали и сплавы для сварных конструкций.-Киев: Наукова думка, 1970.

24. Дорошенко JI.K., Боршова A.JL, Григоренко Г.М. Процессы плавления и кристаллизации покрытий из никелевых самофлюсующихся сплавов. // Автоматическая сварка. 1990.-№10. - с. 22-27.

25. Кормачева Э.С., Мищенко Л.Г., Сальникова С.С. Структура и свойства антикоррозионных износостойких покрытий выполненных плазменной наплавкой порошками.//Сварочное производство. 1987. №2, С.4-5.

26. Сбриджер А.Г. Структура и свойства покрытий из самофлюсующихся сплавов // МиТОМ. 1987. - №4. - С.42-44

27. Ощепков Ю.П., Ощепкова Н.В. Металлографическое исследование самофлюсующихся твердосплавных порошков // Автоматическая сварка.-1976.- №11. С.32-35.

28. Антонова И.А., Синай Л.М. Структура и фазовый состав сплавов Ni-Cr-Si-B // Неорганические и органические покрытия. Л.: Наука. 1975. С.418-428.

29. Антонова И.А., Синай Л.М., Негода Л.Г. Условия формирования и структура покрытия Ni-Cr-Si-B на стали // Порошковая металлургия. 1974. №8. - С.54-58.

30. Отрадинский Ю.А., Матвеева B.C., Козлова В.Г. Исследование микроструктуры самофлюсующихся твердых сплавов системы Ni-Cr-B-Si-C. // Ремонт деталей износостойкой наплавкой и сваркой.- М.:-МДНТП. 1972. с.22-27.

31. Карманова Э.С., Мищенко Л.Г., Самнова С.С. Структура и свойство антикоррозионных износостойких покрытий выполненных плазменной наплавкой порошками.//Сварочное производство. 1987. №2. С.4-5.

32. Архипов В.Е., Биргер Е.М. Технологические особенности лазерной порошковой наплавки.//Сварочное производство.-1986.-№3.-с.8-9.

33. Бунин К.П., Малиночка Я.Н., Таран Ю.Н. Основы металлографии чугуна.- М.: Металлургия. 1969,- 416 с.

34. Бунин К.П.,Таран Ю.Н.Строение чугуна. М.: Металлургия.-1972. 416 с.

35. Влияние температуры расплава на структуру быстрозакаленных сплавов эвтектического состава./Архаров В.И., Доровских Е.Г., Пушенко Е.И. и др. // Расплавы.-1990.-№1,-С. 119-122.

36. Структура и свойства быстроохлажденного сплава А1-8% масс. Fe в зависимости от температурной обработки расплава./ Бродова И.Г., Есин В.О., Коршунов И.П. и др. // Расплавы. 1990. №1 С.16-20.

37. Разность и электросопротивление расплавов Al-Si и влияние их структурного состояния на строение литого металла. / Коржавина О.А., Бродова И.Г., Никитин В.И. и др. // Расплавы. 1990. №1 С. 10-17.

38. Структурные исследования быстрозакристаллизованных Al-Sc сплавов./ Бродова И.Г., Поленц И.В., Коржавина О.А. и др.// Расплавы. 1990. №5. С. 73-80.

39. Условия формирования метастабильных фаз при кристаллизации сплавов Al-Zr. / Бродова И.Г., Замятин В.М., Попель П.С. и др. // Расплавы. 1988, вып.6. С. 23-27.

40. Закономерности формирования литой структуры переохлаждённых Al-Ti сплавов./Бродова И.Г., Поленц И.В., Есин В.О. и др. // ФММ.-1992. №1. С. 84-89.

41. Морфологические особенности структуры и свойства заэвтектического силумина./Бродова И.Г., Попель П.С., Есин В.О и др.// ФММ 1988. Т.65. №6. С.1149-1154.

42. Мирошниченко И.С.Закалка из жидкого состояния.-М.: Металлургия, 1982. 168 с.

43. Чалмерс Б. Теория затвердевания. М.: Металлургия,-1968. 228с.

44. Грезев А.И., Сафонов А.И. Трещинообразование и микроструктура Cr-B-Ni-сплавов, наплавленных с помощью лазера. // Сварочное производство. 1986.- №3.-С. 6-8.

45. Поздеев Г.А., Олейник В.А., Розенберг Н.Г. Плазменная наплавка композиционных сплавов на основе Ni-Cr-B-Si сплавов. // Сварочное производство. 1988.-№9.- С. 7-8.

46. Сбриджер А.Г. Сопротивление усталости деталей с покрытием из самофлюсующихся сплавов.// Сварочное производство. 1988.- №7- С.2-4.

47. Величко О.А., Аврамченко П.Ф., Молчан И.В., Паламарчук В.Д. Лазерная наплавка цилиндрических деталей порошковыми материалами.// Автоматическая сварка. -1990.-№1.- С.59-61.

48. Спиридонов Н.В.,Кардапонова М.А.,Девойно А.Г.//Трение и износ.-1988.-Т.9 №1.С.60-65

49. Протасевич В.А., Спиридонов Н.В., Самодева Т.Н., Опекунова Т.Э // Технологич. управление триботехническими характеристиками узлов машин. Кишинев, 1985, С.55-57.

50. Пантелеенко Ф.И., Ворошин Л.Г., Любецкий С.Н.// Влияние структуры защитных покрытий на их износостойкость.//Трение и износ.- 1991.- Т.12.- № 2.-С.310-314.

51. Энгель Л., Клигеле Г. Растровая электронная микроскопия. Разрушение. Справочник. М., Металлургия,- 1986.- 229 с.

52. Лившиц Л.С., Дегтярев А.И., Платонова С.И., Рыжонкова Е.Г. // Структура и свойства износостойких покрытий полученных способом плазменно-дуговой технологии. // Трение и износ. 1990.-Т.1,- № 2.- С.259

53. Лабунец В.Ф., Ворошин Л.Г., Киндрачук М.В.// Износостойкие боридные покрытия. Киев.- Наукова думка,- 1989.- 216 с.

54. Шрон Ф.З., Эренбург Б.С., Малыгина А.А. Трещины в зоне сплавления теплоустойчивой перлитной стали и аустенитного высоколегированного шва. // Сварочное производство. 1990.- №3- С. 10-11. >

55. Наплавка деталей металлургического оборудования. Справочник / Шехтер С.Я., Шварцер А.Я. М.: Металлургия.- 1981,- 160 с.

56. ГОСТ 21448-75. Порошки из сплавов для наплавки. Технические условия.// М.:-Изд-во стандартов,- 1976,- 9 с.

57. Кусков Ю.М., Фрумин И.И., Ксендык Г.В. Износостойкость и термическая выносливость наплавленного хромистого чугуна // Автоматическая сварка 1978 №6 С.64-67.

58. Ксендык Г.В., Новикова Д.П., Кусков Ю.М Структурные изменения хромистого чугуна при термоциклировании. // Автоматическая сварка 1978 №1 С.27-30.

59. Юзвенко Ю.А., Махненко В.И., Шекера В.Н., Шимановский В.П. Образование трещин при наплавке высокохромистого чугуна на сталь. Автоматическая сварка 1971 №9 С.15-19.

60. Рыжков Ф.Н., Воротников В.Я., Замулина И.Н. Трещиностойкость твердых наплавленных сплавов // Сварочное производство 1994 №2 С. 15. 16.

61. Bers Н., Fischer A., Theisen W. Bruhzahigkeit hartphasenreicher Fe-Basis Auftraglegirungen // Zeitschritft fur Metallkunde. 1987 №5 Bd. 78 s. 381 .386.

62. Чугун: Справ./Под ред. А.Д. Шермана и А.А. Жукова.// М.: Металлургия, 1991.576с.

63. Износостойкость хромистых чугунов, предназначенных для электрошлаковой наплавки ковшей роторных экскаваторов/ Самойленко JT.B., Шварцер А .Я., Стойко В.П., Сапронов Ю.А. Сварочное производство 1972 №6 С.36.38.

64. Данильченко В.В. Износостойкий наплавленный металл системы C-Cr-Fe// Сварочное производство 1992 №1 С. 22.23.

65. Металловедение и термическая обработка стали: Справочник. В 3-х т. 2-е изд. / Под редакцией М.Л.Бернштейна и А.Г.Рахштадта.- М.: Металлургия, 1961. Т. 1 747 с.

66. Maratray F. // Memoires scientifiqes de la metallurgie. 1971 V. 68 №2 P.67.74.

67. Maratray F. // AFS transaction. 1971 V.79. P. 121.124.

68. Кремнев JI.C. От стали P18 к безвольфрамовым низколегированным сталям. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1986, № 7, С.27-30,35-43.

69. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. 5-е изд. М.: Металлургия, 1983. 527 с.

70. Специальные стали: Учебник для вузов. / М.И. Гольдштейн, С.В.Грачев, Ю.Г. Векслер. 2-е изд., перераб. и доп. М.: МИСИС,1999. - 408 с.

71. Пахомова Н.А., Артингер И., Банных О.А., Ермишкин В.А. Структурные изменения в стали Р6М5 при поверхностном оплавлении электронным лучом. //, Металловедение и термическая обработка металлов. 1989, № 10, С. 13-15.

72. Таран Ю.Н., Нижниковская П.Ф., Снаговский Л.М.и др., Эвтектика вольфрамомолибденовой быстрорежущей стали.//Металловедение и термическая обработка металлов.1979.№ 10, С. 46-49.

73. Мошкевич Л.Д., Тишаев С.И., Евлампиева Н.Е., Курасов А.Н. Закономерности формирования эвтектических карбидов в быстрорежущих сталях. // Сталь № 10. С. 62-67.

74. Горчакова А.С. Влияние углерода на фазовый состав, структуру и свойства порошковой быстрорежущей стали Р6М5. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1984, № 3, С. 24-26.

75. Попандопуло А.Н., Калинина В.И., Смирнов А.А. Структура и свойства литых вольфрам-молибденовой и молибденовых быстрорежущих сталей. // Известия вузов. Черная металлургия. 1985, №9, С. 118-121.

76. Озерский А.Д., Фишмайстер X., Олссон Л., Панова Г.А. Структура быстрорежущей стали при больших скоростях затвердевания. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1984, № 3, С. 19-24.

77. Зубков Н.С., Малушин Н.Н., Дониях А.Г. Повышение износостойкости валков стана холодной прокатки плазменной наплавкой. // Автоматическая сварка. 1983. № 7. С. 7071.

78. Дзугутов М.Я. Пластичность и деформируемость высоколегированных сталей и сплавов. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1990. 303 с.

79. Н.В. Рогов, А.В. Пастухов, А.Г. Илюхин, В.В. Лойко. Выбор состава порошков быстро-режущих сталей для наплавки инструмента. // Сварочное производство. 1992. № 10. С. 30-31.

80. Микроструктура быстрорежущей стали W6Mo5Cr4V2(M2) после лазерного оплавления. / Liu Ning, Cui Кип, Deng Zonggang, Cheng Benpei, Kong Jie. // Jinshu xuebao = Acta met. sin. 1992. -28, № 8, P. A333-A336.

81. Вострецов Г.Н., Малушин H.H. Оценка релаксационной способности наплавленного теплостойкого металла Р2М8 при мартенситном превращении. // Известия вузов. Черная металлургия. 1992. № 2. С. 94.

82. Сафонов Е.П. Исследование и разработка технологии наплавки металлорежущего инструмента повышенной надежности. :Автореф. дис. канд. техн. наук. Липецк, 1998. 19 с.

83. Корабельников A.M., Терентьев В.А., Горковенко В.В. Об изменениях структуры и ликвационной неоднородности наплавленной стали Р2М8 при повторном нагреве. // Известия вузов. Черная металлургия. 1992. № 2. С. 52-54,

84. Самогутин С.С.,Соляник Н.Х.,Пуйко А.В.Свойства инструментальных сталей при плаз-менном упрочнении с оплавлением поверхности. // Сварочное производство. 1994. №Ц. С. 20-24.

85. Наплавка режущего инструмента безвольфрамовой быстрорежущей сталью. /. Ковалев Г.Д, Гопенюк Н.А., Горпенюк Б.Н., Гапченко М.Н.// Сварочное производство. 1991. № 3. С. 28-30.

86. Бусалаева Е.Н., Станишевская М.П., Кирдей О.А. Исследование структуры наплавленных штампов после отжига. В кн.: Термическая и химико-термическая обработка сталей и титановых сплавов. Пермь, 1987. С. 30-34.

87. Бородинов В.А. Разработка и внедрение ресурсосберегающей технологии изготовления инструмента из быстрорежущей стали методом наплавки в вакууме: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Харьков, 1997.- 22 с.

88. Легирование наплавленной быстрорежущей стали Р2М8Ю азотом при плазменной наплавке порошковой проволокой. / Игушев Ф.В., Терентьев В.А., Вострецов Г.Н., Водопьянова В.П. //Автоматическая сварка. 1990. № 4, С. 71-72.

89. Плазменно-порошковая наплавка быстрорежущих сталей. / Бартенеев И.А., Гладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., Сом. А.И.// Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавка деталей оборудования и энергетики. Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1980. с. 23-28.

90. Макаров Э.Л. Проблемы свариваемости высокопрочных легированных сталей /В кн. Прогрессивная технология конструкционных материалов.// МВТУ, труды №341, 1980, с. 153-161.

91. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. М.: Машиностроение, 1981. -248 с.

92. Лившиц Л.С., Хакимов А.Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. М.: Машиностроение, 1989.-336с.

93. Wilken K.,Kleistner Н. The classification and evaluation of hot craking test for weldments.//Welding in the world. 1990. V28, №7/8, P. 126-143

94. Петров Г.Л., Тумарев А.С.Теория сварочных процессов.-М.:Высшая школа, 1967.252 с.

95. Бочвар А.А. К вопросу о "горячих" (кристаллизационных) трещинах // Сварочное производство. 1960. №10. С. 5 6

96. Влияние модуляции сварочного тока на структуру и трещиностойкость высоколегированных аустенитных швов / Липодаев В.Н., Снисарь В.В., Елагин В.П., Сидорук B.C., Гордань Г.Н., Цвигун А.Ф. // Автоматическая сварка. 1991. № 2. С. 22 26.

97. Lin Wangen. Модель описывающая образование ликвационных трещин в зоне термического влияния. // Экспресс-информация, серия "Сварка" 35. ВИНИТИ, 1993. С. 2 -14

98. Dhooge A., Vinckier А. Трещины от повторного нагрева (обзор литературы за 1981 1990 гг.),. //Экспресс - информация серия "Сварка". ВИНИТИ, 1993. №21. С. 2 - 34.

99. Гололобов Б.А., Николаев К.Г. Трещины при сварке корпусных сталей. -Л.: Судостроение, 1969. 255 с

100. Боровушкин И.В. Петров Г.Л Влияние водорода на образование околошовных трещин закаливающихся сталей // Сварочное производство 1960 №10 с 14. 16

101. Окерблом Н.О. Сварочные деформации и напряжения. М., Машгиз, 1948. - 120 с

102. Шоршоров М.Х.Металловедение сварки стали и титана.Киев,Наукова думка, 1965.-230 с

103. Мороз Л.С. Механика и физика деформации и разрушения материалов. Л.: Машиностроение, 1984. - 224 с

104. Грезев А.Н.,Полтев Г.Л.,Кондратьев И.П. Особенности образования трещин при лазер-ной наплавке никельхромборкремниевых сплавов // Сварочное производство. 1989. №9 С.10-12

105. Сафонов А.Н., Шибаев В.В., Григорьянц А.Г., Овчаров А .Я. Трещинообразование при лазерной наплавке Cr-B-Ni порошковых сплавов.// Известия вузов. Машиностроение. 1984.- №2.- С.90-94.

106. Сафонников А.И. Исследование свариваемости низколегированной стали 14ХНМДФР в углекислом газе. Сварочное производство, 1990. №10. С.40-41

107. Фрумин И.И., Кондратьев И.А. Порошковая проволока ПП-25Х5ФМС для наплавки прокатных станов. Автоматическая сварка, 1968. №10.С.56-58

108. Якушин Б.Ф., Мисюров А.И., Фирсова Р.И. Закономерности развития высокотемпературных деформаций. / В кн. Прогрессивная технология конструкционных материалов. // МВТУ, труды №248, 1977, с. 4-19.

109. Филиппов М.А. Плотников Г.Н. Разработка новых сталей для износостойких отливок на основе метастабильного аустенита // Сталь 1996 №6 С. 62.64.

110. Филиппов М.А., Литвинов В.С , Немировский Ю.Р. Сталь с мётастабильным аустенитом. М.: Металлургия , 1988-257 с.

111. Бернштейн М.Л., Рахштадт А.Г. Методы испытаний и исследования. Справочник. М.: Металлургия, 1975. - 352 с.

112. Тушинский Л.И., Потеряев Ю.П. Проблемы материаловедения в трибологии. Новосибирск, Наука, 1991. 63 с. |

113. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

114. Голиков И.Н., Масленников С.Б. Дендритная ликвация в сталях и сплавах. М.: Металлургия, 1977. - 244 с.

115. Физическое металловедение: Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми свойствами / Под ред. Кана Р.У., Ханзена П.М. М.: Металлургия, 1987 Т 2. - 624 с.

116. Оно А. Затвердевание металлов. М.: Металлургия, 1980. - 152 с.

117. Мовчан Б.А. Границы кристаллитов в литых металлах и сплавах. Киев, Техника, 1970.-212 с

118. Теория сварочных процессов: Учеб. для вузов / В.Н Волченко, В.М.Ямпольский, В.А. Винокуров и др. Под ред. В.В.Фролова. М.: Высш. шк., 1988 559с.

119. Малинкин И.В., Черныш В.П. Выбор режима электромагнитного перемешивания сварочной ванны.// Автоматическая сварка. 1970. №7. с. 14-16.

120. Повышение стойкости аустенитных швов против образования горячих трещин / Фатушный В.Г., Каховский Ю.Н., Савченко B.C. и др. // Автоматическая сварка. 1973. №11. с.39-43.

121. Гаген Ю.Г., Мартынюк Т.А. Влияние параметров продольного магнитного поля на структуру и механические свойства сварных соединений газонефтепроводов.// Автоматическая сварка. 1978. №3, с. 37-38.

122. Черныш В.П.,Пахаренко В.А.,Кузнецов В.Д. Влияние режима электромагнитного перемешивания на химическую микронеоднородность швов.//Автоматическая сварка. 1981 .№2.с.75-76.

123. Villafuerte J.C. Kerr H.W. Электромагнитное перемешивание и измельчение зерна сварных швов, выполненных из нержавеющей стали при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом.// Экспресс -информация серии "Сварка". ВИНИТИ. 1991. №35

124. Черныш В.П., Кузнецов В.Д., Малинкин И.В. и др. Сварка коррозионностойких аустенитных сталей с применением электромагнитного перемешивания ванны.// Сварочное производство. 1973. №5, с. 12-14.

125. Блинков В.А., Ступаченко М.Г., Синдюкаев Н.П. и др. Влияние магнитного поля на структуру и свойства сварных соединений высокопрочных сталей. // Сварочное производство. 1975. 11, с. 11-12.

126. Бардокин Е.В., Ливенец В.И., Окишор В.А. и др. Структура и свойства металла шва при сварке в продольном электромагнитном переменном поле низкой частоты.// Сварочное производство. 1975. 11, с. 12-14. р-.

127. Макаров В.Н., Груздев Б.Л. Влияние внешнего магнитного поля на структуру и свойства соединений никелевых жаропрочных сплавов.//Автоматическая сварка. 1973. №9. с. 72-73.

128. Макаров В.Н., Меерсон Н.Г. Сварка жаростойких никелевых сплавов с наложением знакопеременного магнитного поля.// Сварочное производство. 1974. №11, с. 29-30.

129. Макаров В.Н. Влияние частоты реверсирования магнитного поля при сварке никелевых жаростойких сплавов малых толщин.// Автоматическая сварка. 1974. №7. с. 69-70.

130. Болдырев A.M., Ткаченко Ю.С., Толоконников Н.П. и др. Изменение структуры металла шва при сварке дугой, колеблющейся в поперечном магнитном поле.// Автоматическая сварка. 1989. №5. с. 70-71.

131. Абралов М.А., Абдурахманов Р.У., Иулдашев А.Т. Влияние электромагнитного воздействия на свойства и структуру сварных соединений сплава 01420.// Автоматическая сварка. 1977. №5. с. 21-24,29.

132. Ситявин Ю.И., Зубриенко Г.Л., Эйдельштейн А.Е. и др. Влияние управляющего магнитного поля на структуру и герметичность сварных швов сплава АМгб.// Сварочное производство. 1978. №9., с. 33-35.

133. Черныш В.П., Сыроватка В.В., Грищенко А.Ф. и др. Структура и свойства металла швов на сплаве АМгб при сварке с электромагнитным перемешиванием.// Автоматическая сварка. 1972. №11. с. 16-19.

134. Болдырев A.M., Дорофеев Э.Б., Антонов Е.Г. Управление кристаллизацией металла при сварке плавлением.// Сварочное производство. 1971. №6. с. 35-37.

135. Рыкалин Н.Н.Расчеты тепловых процессов при сварке. М. Машгиз,1951. 296 с.

136. Королев Н.В. Расчеты тепловых процессов при сварке, наплавке и термической резке. Екатеринбург, изд. УГТУ 156 с.

137. Спиридонов А.А., Васильев Н.Г. Планирование эксперимента. Свердловск: Изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1975.- 152 с.

138. Фрумин И.И. Автоматическая электродуговая наплавка.- Харьков: Металлургиздат, 1961. 421 с.

139. Турык Э., Зееман М. Влияние термического цикла наплавки на" структуру и свойства сталей для прокатных валков. В кн.: Новые процессы наплавки и свойства переходной зоны.- Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1984. - с 63-68.

140. Шоршоров М.Х. Белов В.В. Фазовые превращения и изменение свойств стали при сварке: Атлас, М.: Наука, 1972. 220с.

141. Казимиров А.А., Недосека А .Я., Лобанов А.И., Радченко Ш.С. Расчет температурных полей в пластинах при электросварке плавлением. Киев: Наукова Думка, 1968-898с.

142. Силин Л.Л., Баландин Г.Ф., Коган М.Г. Ультразвуковая сварка. / Под ред. Н.Н. Рыкалина. М.: Машгиз, 1962. 252 с

143. Концентраторы инструменты для ультразвуковой обработки, способы их крепления. М.: НИИМАШ, 1965.- 55 с.

144. Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1980.237 с.

145. БутуровичИ. ХанДыкКим. Расчет криволинейных концентраторов. В кн.: Машиностроение. Труды ЛПИ № 309, Л.: Машиностроение, 1969. 121 с.

146. Хорн Ф. Атлас структур сварных соединений. М.: Металлургия, 1977 - 282с.

147. Лившиц Б.Г. Металлография. М.: Машиностроение, 1971,- 216с.

148. Макара А.А. Атлас макро- и микроструктур сварных соединений. Москва-Киев, Госуд. научн.-техн. из-во машиностроительной литературы, 1961. - 162с.

149. Беккер М., Клемм X. Способы металлографического травления / Справочник. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1988.- 400с.

150. Коваленко B.C. Металлографические реактивы.- М.: Металлургия. 1981. 121 с.

151. Абрамов О.В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле. М.: Металлургия, 1972. 256 с

152. Горелик С.С., Расторгуев Л.И., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронографический анализ металлов (приложение). М.: Металлургиздат, 1963. - 87 с.

153. Горелик С. С., Расторгуев Л. Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электроннооптический анализ.: Учебное пособие для вузов,- 3-е изд., доп и перераб. М.: МИСИС. 1994. 328 с

154. Кристаллография, рентгеноскопия и электронная микроскопия. / Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л. Н. М.: Металлургия, 1982. 632 с.

155. Ламзин А.Г. Метод испытания материалов, работающих в условиях циклических теплосмен./ В кн.: Трение и изнашивание при высоких температурах.//- М.: Наука, 1973.-с.15-16.

156. Хасуй А., Моригаки О. Наплавка и напыление,- М.: Машиностроение 1985.-240 с.

157. Нарита К. Кристаллическая структура и свойства неметаллических включений в стали.-М.:Металлургия,1969.-с.

158. Фарбер В.М., Шевченко О.И. Влияние режимов наплавки на структуру наплавленного слоя H73X16C3P3. Уральский политехи, ин-т.- Свердловск, 1991 -Деп. в Черметинформации. 30.09.92 №5850. 7 с. %

159. Грехова О.И., Шевченко О.И. Особенности формирования дендритной структуры в плазменных покрытиях системы Ni-Cr-Si-B-C. // Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов Екатеринбург, изд. УГТУ - 1995 - С. 76.

160. Шевченко О.И., Фарбер В.М., Трекин Г.Е., Грехова О.И. Влияние легирования порошка и режимов наплавки на структуру плазменных покрытий системы Ni-Cr-B-C-Si // Известия вузов,- Черная металлургия.-1997.-№4.-С. 47-49.

161. Бажова Т.Ю., Шевченко О.И. Зоны кристаллизации покрытий Fe-Cr-C-B и Ni-Cr-С-В при плазменно-порошковой наплавке. // Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов. -Екатеринбург УГТУ 1995 - С.74.

162. Трекин Г.Е., Шевченко О.И., Бажова Т.Ю., Фарбер В.М. Формирование и структура покрытия при двухслойной плазменной наплавке. // там же С. 98 - 100.

163. Шевченко О.И. Закономерности изменения свойств и структуры покрытий системы Ni-Cr-B-C-Si при наплавке и термической обработке // Сварочное производство.-2002.-№9 с. 19-28.

164. Гаврилова Т.М., Трёкин Г.Е., Шевченко О.И., Фарбер В.М. Геометрические параметры и структура, наплавленного в ультразвуковом поле слоя // Известия вузов. Черная металлургия.- 2001. № 6, -с 39-41.

165. Васильев Н.П. Об анизотропии износостойкости наплавленного металла // Сварочное производство. 1980 №5 С.21

166. Розенберг М.Г., Поздеев В.А. Определение основных параметров и режимов плазменно-порошковой наплавки. // Сварочное производство. 1989. №12 С.4-6.

167. Thier Н., Killing R. Properties of nickel-chomium-boron alloys for hardface welding. // Schweiss. und Schneid, 1987, №12, E205-E206, P.623.626.

168. Aihva W., Zengyi Т., Beidi J. Laser beam cladding of seating surfaces on exhaust valves. // Welding journal, 1991, №4, P.106s-109s

169. Ламзин А.Г., Рубенчик Ю.И. Влияние структуры наплавленного металла на износ при циклических теплосменах.//Автоматическая сварка, 1971 №1, С.55.57.

170. Ламзин А.Г., Рубенчик Ю.И. Механизм износа наплавленного металла с различной структурой при тепловых ударах // Автоматическая сварка, 1971 №3, С.40.42.

171. Абрамов О.В., Хорбенко И.Г., ШвеглаШ. Ультразвуковая обработка металлов. Под ред. О.В. Абрамова. М.: Машиностроение, 1984.280 с.

172. Северденко В.П., Клубович В.В., Степаненко А.И. Ультразвук и пластичность. Минск.: Наука и техника, 1976. 448 с.

173. Матаушек И. Ультразвуковая техника. М.: Металлургиздат, 1963. 512 с.

174. Ультразвуковая технология. Под ред. Б.А. Аграната. М.:Металлургия,1974. 504 с.

175. Ультразвук. Под. ред. И. П. Голямина. М.: Советская энциклопедия, 1979.400 с.

176. Хорбенко И.Г. Ультразвук в машиностроении.- М.'.Машиностроение, 1974. 280с.

177. Пилюшенко B.JI., Смирнов А.Н., ПеттикЮ.В., ОлексаР.П. Влияние низкочастотной обработки на формирование и качество слитков. // Сталь. 1992. № 8. С.17-22.

178. Пумпянская Т.А., Сельменских Н.И., Пумпянский Д.А., Андриянова Л.Н., Дерябина В.И. Термическая обработка, структура и свойства порошковых быстрорежущих сталей 10Р6М5-МП и Р6М5К5-МП. //МиТОМ. 1991. № 8. С.27-29.

179. Попова Л.Е., Попов А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-растворах в сплавах титана: Справочник термиста. М.: Металлургия, 1991.- 503 е.

180. МежидовВ.Х., Эльдарханов А.С. Влияние параметров вибраций на периодические кристаллические структура, образованные кавитацией. //ФИХОМ. 1986. № 5. С. 152-155.

181. МежидовВ.Х., МусаевУ.О. Характер кавитационных процессов, протекающих на кристаллическом фронте при действии ультразвука. // Проблемы стального;слитка. Киев.: Институт проблем литья АН УССР, 1988. С 192-193.

182. МежидовВ.Х., АрсановМ.А., Кудрин И.В. Воздействие ультразвуковой кавитации на фронт кристаллизации при наличии в расплаве нерастворимых примесей. // Физика и химия обработки материалов. 1991. № 5. С 140 144.

183. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. М.: Машиностоение, 1986. 192 е., ил.

184. Биронт B.C. Применение ультразвука при термической обработке металлов. М.: Металлургия, 1977. 168 с

185. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. // Г.Л. Амитан, И.А. Байсупов, Ю.М. Барон и др. / Под общ. ред. В.А. Волосатова. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. 719 е., ил.

186. Журавлев В.И. Разработка режимов термической обработки при восстановлении валков из заэвтектоидных сталей: дисс. канд. техн наук.// Свердловск. УПИ 1990 - 183 с.

187. Эксплуатация валков обжимных и сортовых станов / Н.М. Воронцов, В.Т. Жадан, В.Я. Шнееров и др. М.: Металлургия, 1973 -288 с.

188. Тылкин М.А. Повышение долговечности деталей металлургического оборудования. М.: Металлургия, 1971. - 608 с.

189. Кащенко Ф.Д., Фрумин И.И., Гордань Г.Н. Особенности износа прокатных валков и вопросы разработки наплавочных материалов. // Современные способы наплавки и их применение. Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1982. - с. 24-29.

190. Grounos М. New developments in rolling mill roll materials // Iron and Steel Eng. -1972.- V5.,-p.73-78.

191. Патент № 1833432.1Певченко О.И., Фарбер B.M., Журавлев В.И Установка для исследования структуры и свойств зоны термического влияния.

192. Восстановительная наплавка и упрочнение роликов рольгангов /Короткое В.А, Баскаков Л.Б., Толстов И.А., Бердников А.А. //Сварочное производство. 1991. №1. С. 31 33.

193. Панов В.И. Трещины в комбинированных многопроходных швах // Сварка при изготовлении изделий тяжелого машиностроения. Свердловск. НИИТЯЖМАШ 1991. С. 98 -102. S:

194. Патент 2069479. от 20.11.96 по заявке № 94043888 от 14.12.94 Бюл. изобретений 1997, № 7 // Фарбер В.М., Шевченко О.И., Трекин Г.Е., Суслова Л.Ю. Способ многослойной наплавки присадочными изностойкими порошками на железоуглеродистую основу изделия.

195. Гистлинг A.M., Барам А.А. Ультразвук в процессах химической технологии. Ленинград.: Госхимиздат. 1960. 96 е., ил.

196. Приспособления для электрофизической и электрохимической обработки. / Под общ. ред. В.ВЛюбимова. М.: Машиностроение, 1988. 176 е.: ил.

197. Гаврилова Т.М., Трекин Г.Е., Шевченко О.И. Основы технологии машиностроения: Краткий конспект лекций для студентов немашиностроительных специальностей. ISBN 5-321-00068-9. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 212 с.

198. Шевченко О.И., Трекин Г.Е., Гаврилова Т.М., Фарбер В.М. Твёрдость и структура плазменного покрытия ПГ-С27 // Авиционно-космическая техника и технология Труды гос. аэрокосмического ун-та-ХАИ: Харьков, 1998. вып. 7,42, С.486-493

199. Трекин Г. Е., Шевченко О.И., Гаврилова Т. М. Особенности образования трещин и структура плазменных покрытий. // «Фундаментальные проблемы» физического металловедения перспективных материалов». Тезисы докладов. Ижевск Екатеринбург.: 1998. С. 184- 185.

200. Трекин Г. Е., Шевченко О.И., Гаврилова Т. М., Фарбер В. М. Твердость плазменного покрытия ПГ-С27. // «Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов». Тезисы докладов. Ижевск Екатеринбург, 1998. С. 260-261.

201. Гаврилова Т. М., Шевченко О.И., Трекин Г. Е. Исследование карбидной ликвации в покрытии 10Р6М5 при плазменно-порошковой наплавке. // «СВАРКА УРАЛА-2001». Тезисы докладов. Нижний Тагил, 2001. С. 143-144.

202. Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Трёкин Г.Е., Фарбер В.М. Повышение однородности структуры наплавленного покрытия воздействием ультразвука. // «Проблемыфизического металловедения перспективных материалов». Тезисы докладов. Уфа, 2002. С. 201.

203. Трёкин Г.Е., Шевченко О.И., Гаврилова Т.М., Фарбер В.М. Формирование структуры плазменных покрытий при наплавке на промежуточный слой. «Проблемы физического металловедения перспективных материалов». Тезисы докладов. Уфа, 2002. С. 236.

204. Патент RU № 2212988 С2, 7 В К 9/04 Бюл. № 27 от 27.09.2003 По заявке № 2001132440/20(034535) от 11.12.2001 Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Трёкин Г.Е., Фарбер

205. B.М Способ наплавки покрытия

206. ТрекинГ.Е., Шевченко О.И., Давыдкин И.Н. Красностойкость наплавленного металла 10Р6М5 после наплавки в ультразвуковом поле и последующего отпуска.//Материалы научн. техн. конф. «Наука-Образование-Производство» Н.Тагил, НТИ (ф) УГТУ-УПИ.2004, с. 83 84.

207. Гаврилова Т. М., Шевченко О.И., Трёкин Г.Е., Фарбер В.М. Влияние ультразвука на фазовый состав покрытий 10Р6М5 // Тяжелое машиностроение. 2004. - №6. - С.31-33

208. Трёкин Г.Е., Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Фарбер В.М. Изготовление резцов наплавкой. // Сварка Урала 2003: Сб. докл. международн. научн.- техн. конф.- Киров:2003.1. C. 169-170.

209. Шевченко О.И., Фарбер В.М., Журавлев В.И. Структура и фазовый состав покрытия H73X16C3P3, полученного плазменной наплавкой // Известия вузов. Черная металлургия. 1992 №10. С.23-26.

210. Шевченко О.И., Фарбер В.М., Журавлев В.И,, Давыдов В.Н. Влияние параметров плазменной наплавки на фазовый состав и структуру покрытия H73X16C3P3 Уральский политехи, ин-т.- Свердловск, 1992 Деп. в Черметинформации 25.11.92. №5919. 8 с.

211. Шевченко О.И., Фарбер В.М., Журавлев В.И., Давыдов В.Н. Косикова P.P. Структура и твердость наплавленного покрытия из сплава H73X16C3P3. Уральский политехи, ин-т. Свердловск, 1992 — Деп. в Черметинформации 25.11.92. №5918.10 с.

212. Зашляпин М.Ю., Шевченко О.И., Фарбер В.М. Научные основы восстановления деталей методом плазменно-порошковой наплавки // Технология ремонта машин и механизмов: Тез. докл. конф. Киев, Знание Украины, 1994. - С. 15

213. Шевченко О.И., Фарбер В.М., Трекин Г.Е. Влияние высокотемпературного нагрева на структуру покрытия H73X16C3P3, полученного плазменно- порошковой наплавкой. // Известия вузов. Черная металлургия. .-1994 №10. С.76 - 77

214. Шевченко О.И., Трекин Г.Е., Фарбер В.М. Распределение химических элементов в структурных составляющих покрытия при наплавке никелевого самофлюсующегося сплава // Металловедение и термическая обработка. 1997. - №6 - С.5.7

215. Шевченко О.И. Роль тепловложения при формировании оптимального комплекса служебных свойств плазменных покрытий // Сварка Урала в XXI век: Докл. научн.-технич. конф. - Екатеринбург, УГТУ, 1999. - С.128-129 £

216. Шевченко О.И. Формирование структуры покрытий системы Ni-Cr-B-C-Si под воздействием термического цикла плазменной наплавки // Сварка в Сибири-2005. №1. С.34-39

217. Трекин Г.Е., Шевченко О.И., Фарбер В.М. Влияние силы тока и температуры предварительного подогрева на твёрдость покрытия, наплавленного порошком ПГ-С27 // Сварка Урала в XXI век Тез. докл. - Екатеринбург - изд УГТУ - 1999. - с. 126-127.

218. Шевченко О.И., Трекин Г.Е., Фарбер В.М. Строение износостойких высокохромистых покрытий // Сварка контроль. Итоги XX века: Матер, научн.-техн. конф -Челябинск: изд. ЦНТИ, 2000,- С. 118-120.

219. Шевченко О.И. Формирование структуры плазменных покрытий при наплавке // Проблемы физического металловедения перспективных материалов. XVI Уральск, школа металловедов термистов / Тез. докл. - Уфа: 2002. - С. 173.

220. Трекин Г. Е., Шевченко О.И., Кайстро А.А. Фарбер В.М Металлографическое исследование структуры плазменного покрытия ПГ-ФБХ-6 СВАРКА УРАЛА 2001 // Тез. докл. 20-й научн.-техн. конф. сварщиков Урала, - НТИ УГТУ-УПИ. - 2001.-c.145 . 146

221. Шевченко О.И. Формирование структуры плазменных покрытий при наплавке XVI Уральская школа металловедов термистов «Проблемы физического металловедения перспективных материалов». Тезисы докладов. Уфа: 2002 с. 173

222. Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Трёкин Г.Е. Особенности воздействия ультразвуковых волн на макроструктуру наплавленных покрытий // Современные технологии и материаловедение: Сб. науч. тр. / под. ред. Ю.А. Баландина. Магнитогорск: МГТУ, 2003.-С. 76-80

223. Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Трёкин Г.Е., Фарбер В.М. Влияние ультразвука на фазовый состав наплавленных покрытий // Сварка Урала 2003: Сб. докл. международн. научн,- техн. конф.- Киров:2003. С. 165-166 5»

224. Шевченко О.И. Плазменная наплавка и ультразвук // Сварка Урала 2003: Сб. докл. международн. научн.- техн. конф.- Киров:2003. С. 167-168. f

225. Патент RU 2228825 С1 В 23 К 9/04// В 23 К 101:20. Бюлл. № 14 от 25.05.04 . По заявке № 2003103137/003153) от 03.02.2003. Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Трёкин Г.Е., Фарбер В.М Способ изготовления режущих инструментов из быстрорежущей стали

226. Shevchenko O.I. Relationships governing the change of the properties and structure of coatings of the Ni-Cr-B-C-Si system in surfacing and heat treatment // Welding International. -Volume 17 .-№2.-2003.-P.139. 146.

227. Шевченко О.И. Комплексное воздействие режима наплавки и ультразвука на структуру и свойства покрытий //Сварка и контроль-2004:Сб.докл. всеросс.с международ, участием научн.-техн. конф. В 3 томах. Пермь: ПГТУ, 2004. - Том 3. - С. 186-191.

228. Трекин Г.Е., Шевченко О.И., Фарбер В.М. Влияние промежуточных тугоплавких слоев на свойства плазменных покрытий H73X16C3P3// там же. С. 156-158

229. Гаврилова Т.М., Шевченко О.И., Пегашкин В.Ф., Файншмидт Е.М., Трекин Г.Е. Интенсификация процессов посредством ультразвука // Вестник УГТУ-УПИ. 2004. -№15(45). - 42.-С.201-204.

230. Шевченко О.И Структура, твердость и геометрические параметры наплавленного слоя 400Х26Г2С2Н2Ф // Вестник УГТУ-УПИ. 2004. - №16(46), С.208-216

231. Шевченко О.И Формирование первичной структуры и свойств покрытий по схеме «режим + воздействие» при плазменной наплавке. // Вестник УГТУ-УПИ. 2004. -№16(46), С.216-223.

232. Шевченко О.И. Плазменная наплавка и ультразвук // Тяжелое машиностроение. — 2004. №6. - С.26-27

233. Трекин Г.Е., Шевченко О.И. Механизм образования трещин при наплавке сплавов типа Ni-Cr-B-C-Si. Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов. Труды научно-технической конференции. Екатеринбург, -УГТУ, - 1995. - С. 73

234. Шевченко О.И., Трекин Г.Е., Особенности образования трещин и структура плазменных покрытий//Сварка Урала-в XXI век.Тез. докл. Екатеринбург - УГТУ -1999. - С. 130.

235. Материал рабочего слоя глотав-я ВЕЙ1К0В 1 i » 4Х5Ш) t • I • ! ? • oaii-з ! ПГСР-3 T •

236. Директор РМЗ НТМК, к. т. н.

237. Начальник лаборатории сварки и наплавки РМЗ НТМК, к. т. н.

238. Аспирант УШ им. С. М. Кирова1. О. И. Шевченко1. А. К Толстобров1. М. И. Аршанскийjl

239. Плазменная наплавка H73XI6C3P3 1356,2 тонн/мм износа

240. Без покрытия 184,95 tqhh/mm износа

241. Испытания показали целесообразность применения плазменной * наплавки нижних- роликов валковой подачи , а также деталей работающих в аналогичных условиях. /

242. Н. В. Теляшов А.П. Толмачев П. А. Пэтехин1. О.И. Шевченко

243. Начальник техотдела (Ji Начальник ЦРС Зам.нач. ЦРС Ответств.испол1. УТВЕРЖДАЮ:

244. Зам. генерального директора OAOJtHjvlK по реконструкции1. Аршанский 1997 г.ч '/' ч * ь л * ■ 11. АКТо проведении промышленных испытаний Деталей прокатного оборудования с плазменным Ni-Cr-B-C-Si покрытием

245. Мы, нижеподписавшиеся, составили настоящий акт о том, что в период с 1995 по 1997 г. в Крупносортном цехе ОАО НТМК были проведены промышленные испытания опытной партии (5 шт.) роликов рабочего рольганга (черт. № 2607.68.184).

246. Упрочнение опытных роликов (основной материал 38ХГН) производилось методом плазменной наплавки порошком ПР-Н73Х16СЗРЗ в два слоя на участке наплавки ООО РМЗ «Никоммаш» по технологии, разработанной совместно со специалистами кафедры СПУТ НТИ УГТУ-УПИ.

247. В результате проведенных испытаний установлено, что упрочнение рабочих поверхностей роликов двухслойным Ni-Cr-B-C-Si покрытием позволяет повысить их срок эксплуатации по сравнению с неупрочненными роликами в 1,8-1,9 раза.

248. Зав.кафедрой СПУТ НТИ УГТУ-УПИ, к.т.н.,1. Е.Н. Сафонов

249. Доцент кафедры СПУТ НТИ УГТУ-УПИ, к.т.н.1. О.И. Шевченконженер-исследователь кафедры СПУТ НТИ УГТУ-УПИysss, Г.Е. Трекин

250. Директор ООО РМЗ «Никоммаш»1. J.1. А.С. Веселов

251. Начальник лаборатории сварки и наплавки ООО РМЗ «Никоммаш», к.т.н. ^Jn //Г1. А К. Толстобров

252. Ме&п дик крупносортного цеха ОАО НТМК1. Е.В. Ленков

253. УТВЕРЖДАЮ: *кй>р ОАО «НТМИЗ» Витько1. ШЩ ° У^З^реля 2002 г.

254. АКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЙ;'.-результатов научно-исследовательской^работы. '/