Структура и свойства покрытия из нержавеющей стали, напыленной на Сталь 3 и оплавленной электронным пучком
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
я, получаемые с помощью плазменных технологий, часто не отвечают предъявляемым требованиям. Они могут отслаиваться, скалываться, трескаться. Во избежание подобных процессов используется комплексная обработка [16]. Например, для напыления можно использовать плазменные методы, а для устранения выше перечисленных недостатков можно переплавить материал с помощью электронного пучка.
.3.3 Электронно-лучевая обработка
Среди высококонцентрированных источников нагрева электронный пучок обладает рядом преимуществ, которые выделяют его по следующим признакам [18]:
наибольший термический к.п.д. нагрева (75% в сравнении с 15% для лазерного нагрева);
наименьшие энергозатраты среди существующих способов поверхностного термического упрочнения;
рафинирование и дегазация металла при обработке в вакууме;
отсутствие необходимости в дорогостоящих защитных или закалочных средах (аргон или гелий, масло, раствор солей);
экологическая чистота процесса за счет отсутствия вредных производственных выбросов в атмосферу;
возможность регулирования параметров электроннолучевой обработки в широком интервале режимов от нагрева до активного плавления, а за счет этого - структуры, твердости, износостойкости, шероховатости;
сравнительно с лазерной невысокая стоимость оборудования (в 2-3 раза ниже при одинаковой мощности излучения).
При сравнении источников энергии, близких по своему воздействию на сплавы было установлено, что при всех одинаковых технологических параметрах глубина слоя, упрочненного электронным пучком, в 2 раза больше, чем лазерным. При этом расход энергии для электронно-лучевого и лазерного способов упрочнения соответственно 10% и 75%. Если рассматривать мощность в пятне нагрева, то лазерный луч выгоднее применять при требуемой мощности менее 1.5 кВт, электронный пучок - при 2...5 кВт и выше [18].
Одной из разновидностей электроннолучевой обработки поверхности является создание комбинированных защитных покрытий на деталях и инструменте посредством плакирования материалов с заданными свойствами.
Этот процесс отличается тем, что на защищаемую поверхность предварительно наносится слой материала требуемого состава и свойства, а затем оплавляется в вакууме быстродвижущимся в различных направлениях, сканирующим пучком электронов. При обработке достигается улучшение адгезионных свойств защитного слоя на поверхности, а в процессе оплавления - рафинирование, дегазация и уплотнение защищающего материала. Толщина слоя плакирования определяется условиями эксплуатации детали и может находиться в диапазоне 0.1...1.5 мм [19].
Плакирование поверхности осуществляется, как правило, чередованием технологических операций нанесения на поверхность тонкого слоя вещества (0.1...0.5 мм) требуемого состава и последующее оплавление его сканирующим или профильным электронным пучком в вакууме. В качестве плакирующего материала могут быть использованы наплавочные ленточные материалы или порошковые сплавы, что является более предпочтительным по числу вариаций химического состава и геометрических размеров плакирующего слоя. При этом, как правило, используются порошковые комбинации заданного состава, обеспечивающие требуемые защитные свойства поверхности [3].
В зависимости от конфигурации детали плакирующий порошковый материал наносится на поверхность или непосредственной свободной насыпкой на равные, горизонтальные поверхности, или закрепляется каким-либо способом. Наиболее распространенными методами закрепления порошковых материалов являются газоплазменное, плазменное и газодетонационное напыление. В этом случае к поверхности детали предъявляются все требования, обычные для этих способов напыления: предварительная очистка, просушка и т.д. Дальнейшее оплавление порошкового покрытия осуществляется электронными пучками в вакууме для наиболее полного использования всех металлургических преимуществ данной среды.
Для электронно-лучевого плакирования поверхности используются чаще всего порошковые материалы, предназначенные для плазменного напыления [20].
При воздействии импульсного электронного пучка обрабатываемый слой может приобретать свойства приближенные к аморфным материалам: высокая твердость при сохранении пластичности, снижение коэффициента трения, стойкость к усталостному разрушению. Отсутствует граница резкого изменения свойств и, соответственно, слой не подвержен сколам, растрескиванию и отслаиванию.
Слой обладает также и такими свойствами [19]:
повышается химическая стойкость поверхности;
значительно (на 2-3 порядка) уменьшается износ пар трения;
существенно (в несколько раз) снижается коэффициент трения;
повышается стойкость к усталостному разрушению, поскольку отсутствуют микротрещины.
Для повышения износостойкости поверхности деталей можно использовать самофлюсующиеся порошковые материалы состава Ni-Cr-B-Si. Воздействие на них электронного пучка приводит к наиболее ощутимым изменениям свойств. Так, исследования процесса плакирования такими сплавами электронно-лучевым способом показали возможность существенного, на 3-4 HRC, повышения твердости поверхности. Отмеченные изменения в структуре и свойствах плакированного слоя объясняются созданием структуры легированного аустенита, насыщенного упрочняющими фазами - карбидами и боридами хрома, имеющими твердость более HV 2000.
При оплавлении самофлюсующихся покрытий толщиной до 1 мм происходит их сплавление с мате?/p>