CC BY
52
□ □
УДК 621.193.722
Г.Г. Винокуров, И.И. Суздалов, М.И. Васильева, Н.Ф. Стручков
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ ПРОВОЛОК
Исследованы напыленные покрытия из порошковых проволок промышленного изготовления (НПП «Веха») и проволок, разработанных в ИФТПС, полученных при различных технологических параметрах. Проведены сравнительные исследования химического состава, структуры и микротвердости напыленных покрытий.
Введение
Повышенные эксплуатационные нагрузки при работе техники на Севере приводят к ускоренному износу деталей и преждевременному выходу их из строя. Разработка путей повышения физико-механических свойств поверхностей и прогрессивных технологий получения износостойких покрытий относится к одному из актуальных направлений современного материаловедения. При этом исследование условий получения износостойких поверхностей, разработка новых составов порошковых материалов для повышения их износостойкости и технологий для их реализации являются задачей, имеющей большое научное и практическое значение. Одним из эффективных путей повышения износостойкости поверхности -применение покрытий, получаемых с использованием высококонцентрированных потоков энергии [1, 2]. В качестве материала для напыления, кроме порошков, используются проволоки, прутки, стержни. Применение порошковых проволок (далее ПП) перспективно для упрочнения и восстановления определенного класса узлов и деталей и занимает промежуточное место с точки зрения прочности сцепления ме^ду напыленными ПП без обработки и термически обрабатываемыми (оплавляемыми) покрытиями [3].
В Институте физико-технических проблем Севера СО РАН был разработан состав порошковых проволок для газотермического напыления. Нами проведены сравнительные исследования состава, структуры и свойств, были изучены покрытия из этих ПП и проволок промышленного изготовления (НПП «Веха-1», г. Комсомольск-на-Амуре).
Материалы и методика исследований
Для выявления факторов, определяющих качество полученных покрытий, проведены:
• исследование микроструктуры полученных покрытий из ПП;
• исследование влияния технологических параметров на химический состав покрытий из ПП;
• сравнительный анализ микротвердости в зависимости от состава ПП и технологических режимов получения.
В данной работе объектом исследования являются покрытия, получаемые из ПП, разработанных в ИФТПС и промышленных проволок различных составов: САВ 21, САВ 51, САВ 40. Покрытия были получены электродуго-вой металлизацией на установке ЭДУ-500С (рис. 1). Проволока перед напылением прокалывалась при температуре 200?С в муфельной печи в течение 2 часов. В качестве подложки использовались стандартные образцы для испытания на износостойкость из стали марки Ст.3, которые проходили предварительную подготовку дробеструйной обработкой и обезжириванием. Технологические режимы нанесения приведены в табл. 1.
Рис. 1. Образцы с покрытиями из порошковых проволок, разработанных в ИФТПС и промышленного изготовления (НПП Веха-1, г. Комсомольск-на-Амуре)
U 57
Таблица 1 склонность к хрупкому разрушению. Наибольшее содержание хрома у покрытия ИФТПС приводит к повышению Технологические режимы электродуговой металлизации их поверхностной твердости И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ, так как
на поверхности образуется тонкий слой карбида.
Формирование покрытий при плазменном напылении ПП происходит наложением расплавленных частиц, состоящих из основной фазы, сформировавшейся при расплавлении оболочки и порошковой основы материала, если она близка по температурам плавления с оболочкой.
Для проведения металлографических исследований были изготовлены поперечные шлифы. Микроструктуры полученных покрытий характеризуются преимущественно сложной и неоднородной структурой. Исследования показывают, что на нетравленых шлифах исследуемых составов наблюдаются отдельные нерасплавленные частицы, которые показывают содержание в набивке тугоплавких компонентов. Наличие в составе порошковых проволок алюминия указывает на коррозионную стойкость покрытий. Границы между частицами обозначаются оксидными пленками, пористость невысокая (рис. 2).
Основной характеристикой, влияющей на износостойкость материала, является его твердость. Поэтому для исследования влияния режима напыления фактором, отражающим износостойкость, выбрана микротвердость основной структурной составляющей. В зависимости от формирующегося состава и структуры меняется микротвердость исследованных покрытий. Установлено, что наибольшую микротвердость имеют образцы САВ 51 и ИФТПС (табл. 3).
Таблица 2
Химический состав покрытий из порошковых проволок, %
Порошковый материал САВ 21 САВ 40 САВ 51 ИФТПС
С 0,63 0,37 0,6 0,4
0,7 0,26 0,02 0,05
Мп 0,41 0,1 0,58 0,48
Сг 4,4 2,14 0,045 12,3
N1 11,9 8,09 -- --
А1 7,65 9,67 5,77 6,37
V 0,13 0,026 -- 0,022
Си 0,05 13,3 0,008 0,007
Мо 0,3 0,3 0,1 0,23
Со 0,6 0,15 0,04 --
Т1 0,3 0,012 0,54 0,61
0,57 0,11 -- 0,12
№> 0,02 -- -- --
Бе 72,34 65,47 92,297 79,411
Металлографические исследования микроструктур проводили на микроскопе «№ЮРНОТ-32».
Среднее значение химического состава покрытий получено по трем значениям спектрального анализа каждого образца на установке «ЗреСгороП - Б».
Микротвердость измеряли на установке ПМТ - 3М при нагрузке 100 г. Средние статистические значения микротвердости обработаны в программной среде МаШСа±
Обсуждение результатов
Химический состав покрытий из ПП приведен в табл. 2. Как показывает обзор и анализ литературных данных по исследованию порошковых покрытий, с увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость, повышается порог хладноломкости. У покрытий присутствие никеля указывает на более высокий температурный запас вязкости и меньшую
Порошковый материал Ток, А Напряжение, В Дистанция, мм Толщина, мм
САВ 21 220 38 130 0,5-0,7
САВ 51 200 38 130 0,5-0,7
САВ 40 180 38 130 0,5-0,7
ИФТПС 280 38 130 0,5-0,7
в) г)
Рис. 2. Микроструктуры покрытий из порошковых проволок методом электродуговой металлизации, х1000: а - САВ 21, б - САВ 51, в - САВ 40, г - ИФТПС
Таблица 3
Микротвердость покрытий из ПП (при нагрузке на индентор100 г)
№ образца 1 (САВ 21) 40 (ИФТПС) 4 (САВ 51) 26 (САВ 40)
d измеренная, дел. 76,31 64,90 58,50 71,26
А мм 0,02289 0,01947 0,01755 0,02137
Н, кг/мм2 (табл.) 356,6 489 607 408,9
Н, кг/мм2 (расч.) 353,93 489,18 602,07 406,06
Н, МПа 3468,51 4793,96 5900,28 3979,38
Средние статистические значения микротвердости, обработанные в программной среде МаШСа^ показали, что микротвердость покрытий из ПП распределена неоднородно. В зависимости от формирующегося состава и структуры меняется средняя микротвердость и стандартное отклонение (табл. 4). В состав ПП САВ 51 и разра-
ботки ИФТПС входят оксиды А1203 и Ті02, что способствует повышению их микротвердости и указывает на преимущество перед другими покрытиями. Наименьшую среднюю микротвердость имеет покрытие из проволоки САВ 40, в состав которого входит Си.
и 59
Таблица 4
Статистические характеристики микротвердости покрытий
(нагрузка на индентор 100 гр.)
№ образца 1 (САВ 21) 40 (ИФТПС) 4 (САВ 51) 26 (САВ 40)
Среднее значение, МПа 3617,2 5038,7 5503,7 4142,0
Стандартное отклонение, МПа 782,3 727,4 562,9 923,3
Максимальное значение, МПа 6924,7 6924,7 6924,7 3668,9
Минимальное значение, МПа 2334,6 3495,9 3789,1 2667,8
Покрытия из ПП САВ 51 и разработки ИФТПС обладают меньшим разбросом микротвердости (рис. 3), следовательно более однородной структурой, а покрытие из ПП САВ 40 обладает наибольшими отклонениями микротвердости, что, видимо, обусловлено наличием фаз Бе, N1, Си.
Рис. 3. Гистограмма микротвердости покрытий из порошковых проволок: а - САВ 21, б - ИФТПС, в - САВ 51, г - САВ 40
И.А. Голиков, А.Г. Колесник, В.И. Чернышев, В.И. Попов.
Математическая модель области Б2 высокоширотной ионосферы с учетом теплового режима
Выводы
1. Электродуговой металлизацией на установке ЭДУ-500С получены покрытия из ПП промышленного изготовления (HI III «Веха») и проволок разработки ИФТПС.
2. Химический состав покрытий из ПП показывает, что наибольшее содержание углерода наблюдается у САВ 21 и САВ 51. Наибольшее содержание хрома у покрытия ИФТПС приводит к повышению их поверхностной твердости и износостойкости.
3. Металлографические исследования показали, что покрытия из ПП разработки ИФТПС обладают более однородной слоистой микроструктурой. В переходной зоне (по направлению к основе) выявлены выступы протуберанцев, возникшие в результате термической деформации поверхности.
4. Сравнительные исследования микротвердости показали, что наибольшую микротвердость имеют образцы
САВ 51 и ИФТПС. Средние статистические значения микротвердости, обработанные в программной среде MathCad, показали, что покрытия из ПП САВ 51 и разработки ИФТПС обладают меньшим разбросом микротвердости.
Литература
1. Болотина Н.П., Ларионов В.П., Милохин С.Е., Шевченко В.Г. Влияние составов порошковых проволок на основе железа на структуру и износостойкость плазменно-напыленных покрытий // Физика и химия обработки материалов. 1990. № 2. С. 6569.
2. Клубникин B.C. О достижениях в термическом напылении покрытий // Пленки и покрытия 2001 (Труды 6-й Межд. конф.). СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001. С. 15-22.
3. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985. 238 с.
G.G. Vinokurov, I.I. Suzdalov, M.I. Vasilieva, N.F Struchkov
The investigation of structure and properties of gas-thermal coatings from powder wires
The coatings from powder wires by industrial manufacturing (Hilli «Bexa») and wire made in IPTPN, received at different technological parameters have been investigated. The comparative researches of chemistry structure, structure and microhardness coatings have been led.
УДК 621.373.3
НА. Голиков, А.Г. Колесник, В.И. Чернышев, В.И. Попов
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБЛАСТИ *2 ВЫСОКОШИРОТНОЙ ИОНОСФЕРЫ С УЧЕТОМ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА
Статья посвящена разработке и численной реализации математической модели высокоширотной ионосферы на основе системы трехмерных параболических уравнений магнитной гидродинамики в переменных Эйлера, в географической системе координат с учетом несовпадения геомагнитного географического полюсов и теплового режима высокоширотной ионосферы. Предлагается алгоритм для численного решения системы моделирующих уравнений на основе метода суммарной аппроксимации в сочетании с методом прогонки путем последовательного решения системы уравнений с итерациями. Полученная численная модель позволяет описывать крупномасштабную структуру высокоширотной ионосферы при различных гелиогеофизических условиях с учетом теплового режима высокоширотной ионосферы.
Теоретическое исследование высокоширотной ионосферной плазмы предполагает построение математической модели, адекватно описывающей крупномасштабную структуру области Б ионосферы. В области высоких широт формируются и существуют множество ионосферных аномалий, не получившие еще полного теоретического объяснения. Если на средних широтах для параметров заряженной компоненты ионосферного газа одномерное приближение дает удовлетворительное описание, то при
переходе к высоким широтам, где важную роль в формировании структуры ионосферы играет перенос плазмы в горизонтальном направлении, это приближение не применимо. Поэтому в данном случае необходимо решить систему трехмерных моделирующих уравнений, учитывающих как вертикальный, так и горизонтальный перенос ионосферной плазмы.
В данной работе предлагается математическая модель области Б2 высокоширотной ионосферы с учетом тепло-
