РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Исследование микроструктуры и фазового состава наплавленного металла
Металлографические исследования наплавленного металла выполнялось на специально отлитых образцах из стали 110Г13Л размерами 70 х 30 х20 мм. Наплавка производилась в два слоя, при силе тока 220 А.
Травление шлифов для выявления микроструктуры производилось 10% водным раствором азотной кислоты [4, 98]. Металлографическое исследование выполнялось на микроскопе МИМ-8, путем изучения серии микроструктур по принципу панорамного обзора вглубь наплавки. Фотографирование характерных зон наплавленного металла и стали 110Г13Л велось при увеличениях от 200 до 400 крат. Изучалась общая картина наплавленного металла, наличие или отсутствие микротрещин в основном и наплавленном металлах, изменения в микроструктуре после приложения пластической деформации.
Для получения микрофотографий структур, изучение которых недоступно при использовании методов оптической микроскопии применялась электронная микроскопия высокого разрешения. Фотографирование велось с помощью растрового электронного микроскопа РЭМ-200 (при увеличении х 500 и х 5000). Большая глубина резкости изображения использовалась для выявления вида изменений в аустенитной матрице наплавленного металла под воздействием пластической деформации.
Влияние пластической деформации на структурные превращения в наплавленном металле изучалось на образцах наплавленного металла размером 10 х 20 х 20 мм, к которым прилагалась сжимающая нагрузка, соответствующая от 5 до 25 % пластической деформации. Нагрузка прилагалась на универсальной испытательной машине УИМ-50.
Рентгеноструктурный фазовый анализ наплавленного металла после воздействия контактных нагрузок проводился с целью подтверждения наличия деформационного мартенситного превращения. Исследования проводились с использованием дифрактометра общего назначения ДРОН - 4-07 в режиме непрерывного ? - 2 ? сканирования в СоК? излучении.
2.2. Определение твердости и степени деформационного упрочнения
Твердость наплавленного металла замерялась как на поверхности наплавки. так и по ее глубине. Измерение твердости осуществлялось по стандартным методикам с использованием твердомеров Роквелла, Бринелля и Виккерса.
Степень деформационного упрочнения наплавленного металла определялась на основании принципов изложенных в работах ?40, 74?. Определение степени деформационного упрочнения производилось в следующей последовательности (рис.2.1):
- замерялась начальная твердость наплавленного металла (HRC0) до испытания на деформационное упрочнение;
- с использованием твердомера Бринелля производилось вдавливание в поверхность наплавленного металла стального шарика диаметром 10 мм с нагрузкой Р1=30 кН. Далее в лунку отпечатка вводился индентор (алмазный конус) прибора Роквелла и при нагрузке 150 Н определялась твердость наклепанного первого слоя. Второе вдавливание в лунку отпечатка производилось при нагрузке Р2=7,5 кН стальным шариком диаметром 5 мм, с последующим замером твердости наклепанного слоя с использованием прибора Роквелла. Третье вдавливание в лунку отпечатка производилось при нагрузке Р3=1,875 кН стальным шариком диаметром 2,5 мм, с последующим замером твердости наклепанного слоя с использованием прибора Роквелла.
Обычно выполнялось 3-4 вдавливания, далее твердость деформированного слоя практически не изменялась. Время приложения каждой ступени нагрузки составляло 10 с. Степень деформационного упрочнения определялась по формуле:
где: ?- степень деформационного упрочнения наплавленного металла, %
HRCэn- твердость отпечатка, после ''n'' количества вдавливаний;
HRCэ0- твердость наплавленного металла до испытания.
Рис. 2.1. Схема определения степени деформационного упрочнения наплавленного металла.
Зная твердость наклепанного слоя, определялись значения механических характеристик наплавленного металла по эмпирическим зависимостям, приведенным в работе [44], выведенных с высокой степенью достоверности.
?в исх = (НВ - 342) / 1,58 (кН/см2)
?0,2 исх = (717,8 - НВ) / 6,7 (кН/см2)
KCUисх = (HB - 403,3) / 2,08 (Дж/см2)
2.3. Исследование износостойкости наплавленного металла
Для изучения износостойкости слоя наплавленного металла при абразивном изнашивании, проведены лабораторные исследования. Среди множества лабораторных установок имитирующих работу детали при абразивном изнашивании наилучшей воспроизводимостью результатов опыта, по сравнению с другими машинами (МИ-1, машина Сузуки, Х4 - Б и др.), характеризуются установки Шкода-Савина [35]. Испытание на машине Шкода-Савина состояло в определении объема углубления, образующегося в слое наплавленного металла после 3000 оборотов сверхтвердого диска при нагрузке 150 Н. Частота вращения диска 675 об/мин. С целью определения влияния пластической деформации на износостойкость наплавленного металла испытанию подвергались образцы, как в исходном состоянии, так и после пластической деформации сжатия.
Важным преимуществом выбранной схемы испытаний является простота изготовления опытных образцов, что в значительной мере повышает достоверность результатов опыта. Как показали результаты испытаний, разброс данных также не превысил 5%.
2.4. Технологические испытания наплавочного материала
Технологические свойства разработанного наплавочного материала изучались с целью исследования влияния режимов производства наплавочных работ на производительность процесса наплавки и качество наплавленного металла.
Для определения показателей процесса наплавки (коэффициент расплавления материала, коэффициент наплавки, процент выхода годного металла) для каждого режима производилась наплавка на пластину из стали 110Г13Л размерами 200 х 70 х 20 мм., с использованием серийного источника питания дуги ВДУ-504. Продолжительность наплавки 30 секунд.
Относительный р