Микроструктура наплавленного слоя
О. В. Корнева
И. Н. Бадин
В статье проведен анализ микроструктуры наплавленного слоя серым чугуном. Предлагается применение белого чугуна в качестве наплавочного материала. Проанализированы микроструктуры, полученные наплавкой белого чугуна двумя способами.
Износостойкость деталей почвообрабатывающих машин повышают наплавкой стального режущего лезвия дорогостоящими высоколегированными сплавами. Нами для наплавки лемехов и стрельчатых лап применен белый нелегированный чугун, подвергнутый термоциклической обработке в процессе выплавки [1].
После проведенной наплавки лемехов плугов чугуном, полученным обычным способом, микроструктура наплавленного слоя и переходных зон, представлена на рис. 1. Видно, что часть углерода в наплавленном слое (верхняя часть снимка) выделяется в виде графита, что приводит к снижению прочности и износостойкости в поверхностном слое. На рисунке отчетливо прослеживается снижение микротвердости по сечению.
Рис.1. Изменение микроструктуры по сечению наплавленного лемеха, х100
Для повышения износостойкости необходимо, чтобы углерод выделялся не в виде графита, а шел на образование износостойкой составляющей - цементита. Согласно предложенной в работе [1] теории графитообразования, предотвратить выделение графита в чугуне или полностью его устранить можно следующими способами обработки жидкого расплава: продувкой газами, обработкой твердыми веществами и термоциклированием. Нами был выбран способ высокотемпературной термоциклической обработки (ВТЦО), как не требующий больших затрат на его проведение, обеспечивающий удаление графита и повышение предела прочности на 70-140 МПа, а твердости - на 230-260 МПа.
В процессе изготовления наплавочных электродов перед заливкой жидкого чугуна в составе: %: 3,2-3,6 C, 0,75 Si, 0,24 Mn, 0,08 S, 0,08 P, остальное - Fe - производилась трехкратная ВТЦО в интервале температур 1350-1550оС. Выделений графита в микроструктуре такого чугуна после затвердевания электродов не наблюдалось.
Нанесение износостойкого слоя на режущую часть деталей почвообрабатывающих машин (лемехи плугов, сталь53Л и стрельчатые лапы культиваторов, сталь 65Г) производилось электродуговой наплавкой и способом электроискровой наплавки вращающимся электродом [2].
В качестве примера на рис. 2 приведен общий вид лемехов до и после электродуговой наплавки.
Рис. 2. Лемехи до и после электродуговой наплавки
Первым способом можно получить практически любую толщину наплавляемого материала, осуществляя обработку за один или несколько проходов. Структура наплавленного металла приведена на рис. 3, где отчетливо прослеживается отсутствие графита, а большая часть углерода находится в цементите. То есть, износостойкость обеспечена.
Рис. 3. Микроструктура наплавленного слоя, полученного дуговой наплавкой, х300
Однако данный вид обработки ведет к сильному разогреву основного металла в прилегающей зоне и, как следствие, - к образованию крупнозернистой структуры в зоне термического влияния (рис.4).
Рис. 4. Укрупнение основного металла в зоне термического влияния, х300.
наплавленный чугун микроструктура износостойкий
Нанесение износостойкого материала электроискровым способом (до 0,1 мм) дает хорошее сцепление слоя с деталью, но не обеспечивает необходимую толщину наплавки для работы почвообрабатывающей детали в условиях интенсивного износа при контакте ее с абразивной средой почвы.
Для получения износостойкого слоя, необходимого для сезонной работы почвообрабатывающего инструмента (это слой толщиной порядка 3мм), нами был разработан и опробован способ электроискровой наплавки вращающимся электродом. После такой наплавки образуется слой скрытокристаллического белого чугуна (рис. 5).
Рис. 5. Микроструктура стрельчатой лапы после электроискровой наплавки, х300
Микроструктура, условия образования и свойства полученного покрытия нами будут рассмотрены позднее. Сцепление слоя с основным металлом хорошее, укрупнения зерен в зоне термического влияния не наблюдается вследствие того, что происходит локальный микроперенос расплавленного металла с электрода на деталь, а отвод тепла осуществляется за счет теплопроводности.
Проводился замер микротвердости стрельчатой лапы по сечению от поверхности наплавки вглубь (рис.6.).
Рис. 6. Отпечатки замера микротвердости по сечению стрельчатой лапы после электроискровой наплавки, х300
Видно, что нанесенный слой белого чугуна обладает значительно большей твердостью, чем материал подложки после традиционной термической обработки - закалки и отпуска.
Таким образом, повышение износостойкости деталей почвообрабатывающих машин предлагается производить наплавкой нелегированным белым чугуном, обладающим наследственностью не образовывать графитовые включения в процессе нанесения слоя. Толщина и качество необходимого износостойкого покрытия может быть обеспечена способом электроискровой наплавки, вращающимся электродом. После сезонной отработки почвообрабатывающего орудия, достаточно календарного времени (межсезонье) для восстановления геометрических параметров режущих лезвий деталей. Указанный способ обработки был успешно опробован при работе в сельскохозяйственных предприятиях Кемеровской области.
Литература
1. Афанасьев В.К. Прогрессивные способы повышения свойств доменного чугуна [Текст] / В.К. Афанасьев, Р.С. Айзатулов, Б.А. Кустов, М.В. Чибряков. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 1999. - 258 с.
2. Бадин И.Н. Формирование микрорельефа режущей кромки рабочих органов сельскохозяйственных машин (ножей роторных косилок) при электроискровой наплавке [Текст] / И.Н. Бадин, О.В. Корнева, Р.Н. Дубоделов // Инновационное развитие аграрного производства в Сибири : материалы третьей науч. конф. молодых ученых вузов «Агрообразования» Сибирского федерального округа. Т.1. - Кемерово, 2005 -С.47-50