Матриця у структурі наплавленого матеріалу

Відновлення початкових розмірів зношених деталей методом наплавлення здійснюється найчастіше тоді, коли має місце зношування абразивом або в його присутності, тому при розгляді матеріалів для наплавлення будемо розглядати в основному ці види зношування.

Стосовно матеріалів які працюють в спряжених парах тертя, то для цього найчастіше використовують матеріали, які близькі по складу до основної деталі сталі або придатні до хіміко-термічної обробки.

Структура наплавленого матеріалу для випадку абразивного зношування повинна мати 2 фазові складові:

- основа (матриця);

- розміщені в матриці тверді включення 2 фази.

Матеріалами для наплавлення найчастіше є сплави на залізній основі, тобто сталі і чавуни.

У сплавах на сталевій основі матрицею можуть бути:

- ферит;

- аустеніт;

- мартенсит.

У чавунів матрицею може бути:

- ледебурит.

В наплавленому зносостійкому матеріалі матриця повинна виконувати наступні функції:

1 при абразивному зношуванні вона повинна створювати опір проникненню абразивних частинок;

2 створювати опір переміщенню власних частинок 2-ї зміцнюючої фази;

3 утримувати і не давати викришуватись твердим частинкам 2-ї зміцнюючої фази;

4 бути основним елементом сплаву, який визначає його здатність до сприйняття динамічних та ударних навантажень.

Розглянемо твердість можливих фаз матриці відносно абразивного середовища з яким матеріал може контактувати під час роботи.

При розробці зносостійкого покриття будемо враховувати наступні можливі абразиви:

1 кварцовий пісок основою якого є SiO₂ (HV до 1100): деталі, які працюють в умовах контакту з грунтом (елементи землерийної техніки) або при можливому потраплянні пилу;

2 корунд Al₂O₃ (HV до 2300): деталі, які контактують з твердими породами (елементи гірничозбагачувальної техніки, обладнання хімкомбінатів).

Твердість можливих основ матриці наплавленого матеріалу залізовуглецевих сплавів:

1 ферит: НВ≤100;

2 аустеніт: НВ≤250;

3 мартенсит: НRC»60-65.

Іншою важливою характеристикою матеріалу матриці є ударна в’язкість, яка характеризує кількість енергії необхідної для руйнування матеріалу: КСU [мДж/м²].

Ударна в’язкість можливих основ матриці наплавленого матеріалу залізовуглецевих сплавів:

1 ферит (Ф): КСU≤1,6;

2 аустеніт (А): КСU≤3,0;

3 мартенсит (М):

а) низько вуглецевий (< 0,2 % С): КСU≤0,6;

б) високо вуглецевий (> 0,2 % С): КСU»0.

Для випадку необхідної максимальної ударостійкості матеріалу найкраще підходить аустенітна матриця. Максимальне поєднання твердості і ударостійкості матеріалу забезпечить низько вуглецевий мартенсит.

Аустеніт найбільш в’язка матриця. Він добре закріплює тверді включення. При високих питомих навантаженнях або при ударах аустеніт здатний зміцнюватись за рахунок наклепу – збільшення кількості дислокацій пов’язане з процесом деформування. При наклепі твердість аустеніту у залежності від його складу і величини пластичної деформації, зростає до 400…500 HV, тобто аустеніт, як матриця наплавлюваного матеріалу може сприяти підвищенню зносостійкості.

При високому вмісті в наплавлюваному матеріалі хрому (5-10 %) і марганцю (8-15 %) аустеніт отримує здатність до перетворень при деформації в мартенсит. Такий аустеніт називають нестабільним (НА). У залежності від ступеню деформації і складу наплавлюваного матеріалу перетворення А в М може бути повним або частковим.

Часткове перетворення особливо сприятливе, оскільки сприяє збереженню ударостійкості матриці.

Досвід показує, що в наплавлюваному матеріалі з нестабільним А корисно мати у вихідному стані 30…40 % М з тим, щоб у процесі роботи і перетворення А→М його кількість збільшувалась до 60…70 % і в матриці залишалось 30…40 % А, який не зазнав перетворень, для забезпечення ударостійкості.

Найгіршими властивостями в матриці володіє ферит. У нього низька зносостійкість, а в’язкість і здатність до наклепування нижча ніж в А.

Таким чином найкращою матрицею в наплавлюваному матеріалі, який працює при абразивному або ударно-абразивному зношуванні є аустенітно–мартенситна матриця.

При великій кількості мартенситу (20-30 %) бажано, щоб він був низько вуглецевим, а решту 20-30 % аустеніту були стабільними, несхильним до перетворення.

При меншій кількості мартенситу в матриці вуглецю в ньому може бути більше, а решта аустеніту повинна бути здатна до часткового перетворення в мартенсит, для того, щоб в мартенситі залишилося ≈30 % не перетвореного А.

Приведені дані по кількості А та М в структурі наплавлюваного матеріалу є орієнтовними і можуть змінюватись у залежності від умов зношування та кількості і виду зміцнюючої фази.