ВИВЧЕННЯ СТРУКТУРИ ЗНОСОСТІЙКОГО НАПЛАВЛЕНОГО

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

ВИВЧЕННЯ СТРУКТУРИ ЗНОСОСТІЙКОГО НАПЛАВЛЕНОГО

МЕТАЛУ

МЕТА РОБОТИ: навчитися за допомогою мікроскопа вивчати структуру наплавленого металу

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Склад легуючих елементів у наплавленому металі визначає його структуру і властивості, відповідність умовам експлуатації виробу тощо.

Зносостійкість, зазвичай, визначається структурою наплавленого металу.

Відповідно до цього зносостійкий наплавлений метал за структурними ознаками поділяється на:

1) мартенситний (М);

2) мартенситно-карбідний (крім карбідів, можуть бути довільні тверді частинки — бориди, карбонітриди, інтерметаліди та ін.)(М + К);

3) ферито-карбідний (Ф + К);

4) аустеніто-карбідний (А + К);

5) ледебурито-карбідний (Л + К);

6) змішаний, наприклад М + А, М + Л, та ін.

Структура мартенситної матриці складається переважно з мартенситу і різної кількості залишкового аустеніту, а також, голчастого трооститу. Приклад структури такого металу наведено на рис. 4.1, а.

Мікромеханізм руйнування (рис. 4.1, б)металу залежить від вмісту вуглецю — з його збільшенням він змінюється від в'язкого (0,15—0,20 % С) до змішаного квазікрихкого (0,25—0,40 % С) і далі до суто крихкого (більше, ніж 0,40 % С).

а – х340; б – х320

Рисунок 4.1 – Структура (а) і характер руйнування (б) наплавленого металу мартенситного класу (наплавлення дротом Нп-30ХГСА з подальшим об”ємним загартуванням; 45-48 HRC);

Вищу твердість порівняно з наплавленим металом мартенситного класу має метал мартенсито-карбідного класу. У цьому випадку найбільш поширеною є система легування Fе-С-Сr. Зносостійкість сплавів такої системи залежить від будови і кількості карбідів хрому, а також від властивостей твердого розчину, легованого вуглецем і хромом. Завдяки значно сильнішій, ніж у заліза, спорідненості хрому з вуглецем в структурі хромистих сталей утворюються стійкі карбіди (Fе, Сr)₃, (Fе, Сr)₇С₃, (Fе, Сr)₂₃С₆, які є зміцнювальною фазою, що забезпечує високу зносостійкість.

Зі сплавів системи Fе-С-Сr досить високу опірність тертя по абразиву має наплавлений метал У10Х5ГС (приблизно 1,0 % С, 4,5 % Сr, 0,5 % Мn, 0,5 % Sі). Він має структуру легованого аустеніту з карбідами і крупними голками мартенситу (рис. 4.2).

Значне підвищення зносостійкості сплавів системи Fе-С-Сr досягається при додатковому легуванні бором. Будова боридної фази при цьому залежить від вмісту не тільки бору (звичайно, до 1 %), а й вуглецю, змінюючись від кубічного бориду Ме₂₃(В)₆ (при 0,9—1 % С) до тетрагонального МеВС (при 2— 2,9 % С).

Рисунок4.2 -Структура наплавленого металу У10Х5ГС; х500.

Зі сплавів, які містять у собі менше, ніж 1 % С, прикладом може бути наплавлений метал 70Х4Г2С2Р, структура якого показана на рис. 4.3. Вона складається з темних зерен продуктів мартенситного розпаду аустеніту (твердість 450—550 НV) і евтектики (твердість 500—620 НV). Висока зносостійкість сплаву визначається наявністю в евтектиці твердої боридної фази, яка складається зі сполук (Fе, Мn, Сr)₂₃(ВС)₆ і Fе₂В.

а- х100; б- х600

Рисунок4.3 -Структура наплавленого металу 70Х4Г2С2Р.

Крім мартенситу матрицями зносостійкого наплавленого металу можуть бути аустеніт і ледебурит. Аустеніт має вищу в'язкість і міцність, ніж ферит.Це сприяє, з одного боку, сильнішому утриманню частинок твердої фази, а з іншого, — загальному підвищенню зносостійкості, особливо при ударно-абразивному спрацьовуванні. Крім того, аустеніт може перетворюватися на мартенсит при пластичному деформуванні, що супроводжує процес спрацьовування. Це також сприяє додатковому підвищенню зносостійкості.

Прикладом аустенітного зносостійкого наплавленого металу є високо марганцева сталь Гадфільда 110Г13Л (рис. 4.4, а). Недоліком є схильність аустеніту до розпаду при нагріванні чи охолодженні з виділенням по межах зерен карбідів цементитного типу. Такий наплавлений метал крихкий, схильний до тріщин і відколів, його не рекомендують застосовувати при підвищених температурах. Запобігання вказаним недолікам і підвищення теплостійкості аустенітного наплавленого металу здійснюється додатковим легуванням хромом і в незначних кількостях — карбідоутворювальними елементами (молібденом, ванадієм та ін.). Прикладом зносостійкого наплавленого металу аустенітно-карбідного класу є хромомарганцевий сплав 12Х12П2СФ, який успішно використовується при наплавленні прокатних валиків (рис. 4.4, б).

Крім карбідної фази, аустенітна матриця зносостійкого наплавленого металу може містити у собі боридну і карбоборидну фази. Це досягається легуванням бором (до 5 % і більше) при одночасно високому вмісті хрому (10—20 % і більше). У цьому випадку наплавлений метал практично набуває властивостей дисперсно-зміцненого композиційного матеріалу — надтверді частинки у в'язкій і пластичній матрицях. Приклади структур таких матеріалів на залізній основі наведено на рис. 4.5.

а – 110Г13Л; б- 12Х12П2СФ; х320

Рисунок4.4 -Структура наплавленого металу з аустенітною матрицею.

а— 70Х20Р3ГСТ (порошковий дріт ПП-АН170); б, в, г — 100Х20С3Р4

(порошкова стрічка ПЛ-АН171); а, б — х320; в — х400; г — х500

Рисунок4.5 -Структура наплавленого металу з карбідною фазою.

У високовуглецевому легованому наплавленому металі матрицею (основою) може бути ледебурит — евтектика системи Fе—Fе₃С — механічна суміш аустеніту і цементиту, яка містить у собі 4,3 % С. Зі сплавів ледебуритно-карбідного класу найпоширенішими є високохромисті чавуни типу сормайт. Сплав 300Х28Н4С4 отримав назву сормайт-1,а 180Х16Н2С2 — сормайт-2. Їх використовують для відновлення і зміцнення деталей при абразивному, ударно-абразивному, гідро- і газоабразивному спрацьовуванні.

Залежно від вмісту вуглецю і легуючих елементів, наплавлений високохромистий чавун має доевтектичну (рис. 4.6, а),евтектичну (рис. 4.6, б) і заевтектичну (рис. 4.6, в, г)структури.

а — доевтектична; б — евтектична; в — заевтектична; г — заевтектична з карбоборидною фазою; а — х200; б, в — х300; г — х500

Рисунок4.6 -Структура наплавленого високохромистого чавуну.

Найбільш високу зносостійкість мають заевтектичні чавуни, у структурі яких містяться первинні карбіди хрому Сr₇С₃. Додаткове легування бором завдяки утворенню твердих карбобо-ридів (рис. 4.6, г)істотно підвищує абразивну зносостійкість високохромистих чавунів, але знижує ударостійкість. Для підвищення пластичності матриці і поліпшення міцності її зв'язку з твердими складовими збільшують вміст у сплаві нікелю (наприклад, 500Х40Н40С2РЦ).

ОБЛАДНАННЯ ТА МАТЕРІАЛИ

Мікроскоп, декілька наплавлених зразків.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Ознайомитись з обладнанням та правилами роботи на ньому.

2. Налаштувати обладнання на роботу.

3. Розглянути структуру наплавленого металу у мікроскоп.

4. Описати і схематично зобразити розглянуту структуру в табл. 4.1.

5. Зробити висновки.

Таблиця 4.1.

№	Схематичне зображення	Опис структури	Властивості структури	Примітка

Контрольні запитання

1. Що таке аустеніт?

2. Які структури зносостійкого металу Ви знаєте?

3. Яким чином аустеніт може перетворитись на мартенсит?

4. Яка з цих структур є найбільш зносостійкою: до евтектична, евтектична, заевтектична?

5. Що таке сормайт?

6. Що Ви можете сказати про метал мартенситно-карбідного класу?

7. З чого складається структура мартенситної матриці?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

ВИВЧЕННЯ СТРУКТУРИ ЗНОСОСТІЙКОГО НАПЛАВЛЕНОГО

МЕТАЛУ

Таблиця 4.1 – Структури, що досліджувались

№	Опис структури	Схематичне зображення	Властивості структури	Примітка
1	ПП-АН-180 заевтектична структура			х500
2	ПП-АН-180 заевтектична структура			х1000
3	ПП-АН-180+ Fe+0.076%Al₂O₃			х500
4	ПП-АН-180+ Fe+0.076%Al₂O₃			х1000
5	ПП-Нп-40Х13, мартенсит			х1000
6	ПП-Нп-40Х13+ Fe+0.07% TiO₂, мартенсит			х1000
7	ПП-Нп-40Х13+ з Fe+0.04% Al₂O₃, мартенсит			х1000
8	ПП-Нп-40Х13+ з Fe+0.08% Al₂O₃, мартенсит			х1000
9	25ХГ2С, бейніто-мартенсит			х320
10	25ХГ2СЗ 0.36 % Al₂O_3,бейніто-мартенсит			х320
11	25ХГ2СЗ 0.31%TiO_2,бейніто-мартенсит			х320
12	25ХГ2СЗ 0.626%SiO₂мартенсит			х320
13	Нп-30ХГСА,ферито-цементит			х1000
14	Нп-30ХГСА з додаванням 0.07%SiO₂,ферито-цементит			х1000
15	Нп-30ХГСАз додваннямFe+0.04%SiO₂,полігональний і голчатий ферит			х1000
16	Нп-30ХГСАз додаванням 0.43% вуглеволокна, мартенсит			х1000
17	Нп-30ХГСА з додаванням 0.94% вуглеволокна			х1000

Висновок _________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 312; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!