07 марта 2016г.
Сплавы на основе интерметаллидов железо-алюминий имеют высокую твердость, высокую коррозионную стойкость и высокую жаростойкость, что позволяет их использовать при повышенных температурах, в условиях абразивного износа, а также при работе в агрессивных средах [1].
Применение интерметаллидов как конструкционных материалов, затруднено из-за свойственной интерметаллидам хрупкости, особенно при комнатной температуре [2].
Однако, интерметаллидные сплавы системы железо-алюминий могут успешно применяться для формирования поверхностных слоев деталей, от которых требуются повышенные эксплуатационные свойства, жаростойкость, коррозионная стойкость, износостойкость. Примером таких изделий являются металлические литейные формы, для литья алюминиевых сплавов, нанесение защитного покрытия на которые увеличит срок службы формы и как следствие повысит экономическую эффективность процесса литья.
Для формирования интерметаллидных покрытий системы железо-алюминий на литейных металлических формах предложено использовать двухдуговую наплавку с применением алюминиевой и стальной электродных проволок.
Исследования процессов двухдуговой наплавки покрытий системы Fe-Al проводили на опытной установке, которая позволяет осуществлять двухдуговую наплавку в автоматическом режиме [3].
В качестве электродной проволоки использовали сварочные проволоки А5 диаметром 1,2 мм и ER70S-6 (аналог Св08Г2С) диаметром 1,2 мм. Источниками питания для наплавки служили два универсальных сварочных источника Megatronic BDH-550.
Исследование химического состава наплавленного металла проводились методами растровой электронной микроскопии на комплексе сканирующего электронного микроскопа LEO 1455 VP (ZEISS, Германия) с блоками рентгеновского энергетического спектрометра INCA Energy-300 и рентгеновского волнового спектрометра INCA Wave-500 [4].
Износостойкость наплавленных покрытий при абразивном изнашивании определялась способностью его поверхностных слоев противостоять внедрению абразивных частиц [4].
Жаростойкость покрытия определялась по потере массы образцов, выдерживаемых в печи сопротивления при 9500С.
Для оценки работоспособности покрытия в контакте с алюминиевым расплавом проводили исследования смачивания, и растекания литейного сплава АК12 по интерметаллидному слою при активации поверхности универсальными рафинирующими и модифицирующими флюсами системы NaCl-NaF-Na3AlF6, применяемыми для обработки алюминиево-кремниевых расплавов [5].
Исследование процессов наплавки позволили определить режимы, при которых формируются валики со стабильными геометрическими параметрами, а также с удовлетворительным качеством покрытия (Рисунки 1, 2). Этот диапазон режимов составляет: скорость наплавки от 0,09 до 0,15 м/мин, скорости подачи проволок в пределах 3 - 5 м/мин, напряжение на дуге для стальной проволоки в пределах 23,5-27,5 В, а для алюминиевой проволоки напряжение в пределах от 14 до 17 В. При этом геометрические параметры наплавленных валиков находились в пределах: ширина - от 8,93 до 18,33 мм; высота - от 3,73 до 8,2 мм; глубина проплавления - находилось в пределах от 0,7 до 2 мм.
а) νп/п Al = 3 м⁄мин ; νп/п Fe = 3 м⁄мин ; νн = 0,15 м⁄мин ; Uд Al = 17 В; Uд Fe = 27,5 В
б)νп/п Al = 3 м⁄мин ; νп/п Fe = 4 м⁄мин ; νн = 0,09 м⁄мин ; Uд Al = 14 В; Uд Fe = 27,5 В
Химический состав покрытий в зависимости режимов наплавки изменялся
в пределах: Al 8-25%, 74-91%,
содержание примесей не превышало
1%
(Рисунок 2). По сечению
наплавленного
металла содержание компонентов
практически не изменялось (Рисунок 2).
а) νп/п Al = 3 м⁄мин ; νп/п Fe = 4 м⁄мин ; νн = 0,09 м⁄мин ; Uд Al = 17 В; Uд Fe = 27,5 В
б) νп/п Al = 5 м⁄мин ; νп/п Fe = 3 м⁄мин ; νн = 0,09 м⁄мин ; Uд Al = 14 В; Uд Fe = 23,5 В
Твердость
покрытий изменяется в пределах
28-36 HRC (Рисунок 3). С повышением содержания алюминия твердость наплавленного металла
увеличивается, что связано
с увеличением доли твердых
интерметаллидных фаз типа (Fe3 Al Сх) в структуре покрытия [4].
Величина относительной износостойкости наплавленных валиков находится
в пределах от 1,5 до 3,33 единиц. Величина износостойкости напрямую зависит
от содержания алюминия, чем выше содержание алюминия и твердость,
тем более высокое значение износостойкости будет иметь наплавленное покрытие (Рисунок
4).
Проведенные исследования жаростойкости наплавленного металла
показали, что потеря массы образцов при выдержке в течении
1000 ч при 9000С составляла не более 5%.
Таким образом,
покрытия системы железо-алюминий с содержанием алюминия от 8 до 25%, полученные двухдуговой наплавкой, обладают высокой жаростойкостью, твердостью (28-36 HRC) и износостойкостью, не смачиваются расплавленным алюминием и могут применяться для формирования рабочих
поверхностей металлических форм для литья алюминия.
Список литературы
1.
Павлова Т.С. Не упругость сплавов на основе
интерметаллида Fe3Al: дис. канд.
тех. наук: защищена 19.05.2008/ Т.С. Павлова. – Тула, 2008. - 130 с.
2.
Колачев Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: МИСИС, 1999. 416 с.
3.
Ковтунов А.И., Плахотный Д.И., Бочкарев
А.Г. Технология наплавки постоянных кокильных покрытий/ А.И. Ковтунов,
Д.И. Плахотный, А.Г. Бочкарев// Литейщик России. – 2015. №4. – с. 26-28.
4.
Ковтунов А.И. Физико-химическая кинетика взаимодействия алюминия со сталью
при формировании металла шва с заданными свойствами: дисс. док. тех. наук: защищена
/ А.И. Ковтунов – Тольятти, 2011. – 357 с.
