Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Дефекты, возникающие при лазерной плавке




Структура наплавленных слоев

На формирование структуры существенное влияние оказывает термическое воздействие на затвердевший металл. Лазерная наплавка характеризируется чрезвычайно высокими скоростями охлаждения, превосходящими на порядок скорости получаемые при градиационных методах наплавки.

Промышленные материалы системы Ni-Cr-B-Si, легированные углеродом, при затвердевании кристализируются с выделением первичных упрочняющих карбидных и боридных, а также сложных карбоборидных фаз, γ- твердого раствора и эвтектики [ γ + Ni3B].

При лазерной наплавке на поверхности достигается температура кипения и расплавления самых тугоплавких компонентов. Скорости охлаждения могут составлять порядка нескольких тысяч градусов в секунду, что гораздо выше скоростей наплавки традиционными методами. Это приводит к измельчению первичной структуры. Так расстояние между осями второго порядка для наплавки таками высокой частоты составляет (12…20)*10^6 м, для газопламенного переплава – (6…10) 10^6 м, для лазерной наплавки – (2,5…0,5)*10^6 м.

Размеры структурных составляющих также зависят от скорости охлаждения расплавленной ванны. При лазерной наплавке, проведенной с невысокими скоростями, размер частиц упрочняющей фазы не превышает (2…4)*10^6 м, причем он иразличаются только при увеличении в 2000 раз.

Увеличение скорости наплавки приводит к существенному измельчению упрочняющих фаз, в некоторых случаях наблюдается полное растворение карбидов и боридов. Оптической микроскопией при увеличении в 2000 раз они не обнаруживаются.

Таким образом и области высокопроизводительных режимов особеностью формирония структуры при лазерной наплавки сплавом системы Ni-Cr-B-Si, легированых углеродом, является возможность позникновения квазиэвтектической структуры, содержащей вместо трех только две фазы: сильно пересыщенный γ твердый раствор на основе никеля и фазу типа борид никеля Ni3B, причем размер частиц второй фазы не превышает 5*10^6 м [3].

При лазерной плавке, в наплавленном валике могут возникать следующие дефекты: трещины, поры, отслоения, занижения по высоте, трещины после механической обработки (рис. 8).

Образование трещин в накопленных слоях – один из самых распространённых дефектов. Наличие трещин в покрытиях снижает усталостную прочность деталей более, чем в 10-20 раз, а также может служить, причиной преждевременного разрушения и выхода из строя изделия.

Рис. 8. Возможные виды дефектов в наплавленных покрытиях: а - трещины, б - отслоения, в - занижение по высоте, г - вырывы, д - вспучивания и трещины после механической обработки, е - пористость

При непрерывном режиме лазерной плавки в отдельно расположенных валиках возникают поперечные трещины, которые находятся друг от друга на расстоянии примерно 0,8мм и более, по длине наплавки (ри. 9) В наплавленном слое, который состоит из нескольких перекрывающих друг друга валиков, появляются продольные трещины, наряду с поперечными, переходящими из валика в валик. На появление трещин оказывают влияние технологические факторы. Известно, что при сварке различных сплавов (в том числе и никелевых) для борьбы с горячими трещинами часто используют изменение режима.

Рис. 9 Характер расположения трещин в наплавленном слое сплава системы Ni-Cr-B-Si

 

При импульсно-периодическом режиме наплавляемый валик формируется из перекрывающих друг друга точек, и кристаллизация происходит периодически, так как скорость охлаждения жидкого металла значительна (порядка 10^5…10^6 °C /с), а время паузы достаточно для затвердевания (t= 0,1 с)/ Трещины располагаются поперёк направления наплавки. Они возникают, по всей видимости, в предыдущей точке при выполнении последующей, о чём свидетельствует отсутствие трещин в отдельно стоящих точках и в последней точке валика.

Наиболее исследованы порошковые материалы системы Ni-Cr-B-Si. Зародыши трещин располагаются по зонам срастания дендритов, имеют длину от 20 до 140 мкм и, как правило, не выходят на поверхность наплавки. Трещины большой протяженности, идущие перпендикулярно от линии сплавления от линии к поверхности валика, пересекают как элементы первичных форм кристаллизации в виде дендритов, так и межкристаллитные, и носят прямолинейный характер.

Фрактографические исследования поверхности трещин позволяют определить характер разрушения, и установить в каком состоянии находится металл во время образования трещины. Для этого в материале подложки производится надрез под трещиной, перпендикулярно валику, затем образец доламывается. После долома на сканирующем электронном микроскопе осуществляется фрактографический анализ изломов (рис. 10).

Рис. 10 Фрактограммы поверхности трещин в металле валика из сплава системы Ni-Cr-B-Si.

а - поверхность очага разрушения, б - участок развития трещины

 

Стенки поперечных трещин имеют участки со следами обособленной кристаллизации жидкой фазы, площадь которых составляет около 2…3 % от площади всей поверхности разрушения (рис 10,а). В этой области ярко выражены группы дендритов с осями первого и второго порядков. Следовательно, разрушение металла наплавки происходило при наличии жидкости в междендритных промежутках. Очевидно, в процессе разрушения металла валика зерна были разделены сравнительно тонкой пленкой жидкой фазы, последние порции которой затвердели уже после образования несплошности, что позволяет классифицировать их как трещины кристаллизационной природы. Поверхность остальной части наплавленного металла отличается от очага горячей трещины (рис. 10,б), что свидетельствует о распространении трещины в твердой форме фазе. Характер разрушения чмешанный, пластичный (в виде соединенных между собой гребней отрыва), проходящий по дендритам и хрупкой (по междендритным прослойкам). Таким образом, топография поверхности трещин говорит о том, что они имеют кристализационную природу.

Опыт сварки никелевых сплавов с использованием концентрированных источников нагрева дает положительные результаты повышения стойкости против образования кристаллизационных трещин. Высокие скорости охлаждения уменьшают процессы ликвацин, способствуя сужению температурного интервала хрупкости (ТИХ) за счет смещения его нижней границы в высокотемпературную область. При этом повышается деформационная способность металла, а также снижается максимальные значения продольных и поперечных деформаций в оплавленном металле, что резко повышает технологическую прочность.

Скорость наплавки оказывает неоднозначное влияние на склонность металла валика в образованию трещин.

Увеличение мощности лазерного излучения приводит к увеличению склонности наплавляемого металла к появлению трещин.

На коэффициент образования трещин оказывает влияние массовый расход подаваемог опорошка. С повышением расхода порошка растет высота наплавленного слоя, а так же разност ьтемператур предыдущего и последующего валика, чт оприводитк увеличению упругопластических деформаций растяжения металаа в ТИХ и, как результат, возрастанию значений коэффициента трещинообразования. При этом повышается так же уровень остаточных напряжений, способствуя распространению трещин в низкотемпературной зоне. В то же время со снижением расхода подавляемого порошка при постоянной плотности мощности лазерного излучения происходит дополнительный подогрев металла основы в процессе наплавки в ТИХ и, следовательно, уменьшению коэффициента трещинообразования.

Предварительный подогрев наплавляемой детали уменьшает вероятность образования трещин. Повышение температу подогрева самог опорошка ведет к уменьшению количества трещин.

Другим распространенным дефектом являются поры в наплавленных валиках. Для того чтобы устранить поры и избежать образования трещин, производят прокалку присадочных материалов в сушильных шкафах при температуре 150…200 °С в течении 2-3 часов. Высота слоя порошка должна составлять не более 20…30 мм, его рекомендуют периодически перемешивать. Хранение прокаленного порошка после просушки допускается в плотно закрытой таре не более 10 часов при влажности воздуха менее 65-70% и температуре 19…26 °С.

На порообразование оказывает влияние и гранулометрический состав порошка. Следует отметить, что он него зависит так же производительность процесса наплавки, коэффициент использования присадочного материала, технологическая прочность и поглощательная способность. Обычно применяют порошковый материал с диаметром частиц 40…160 мкм, позволяющий существенно уменьшить или полностью исключить порообразование в наплавленных валиках. Для получения порошка необходимой грануляции он должен быть предварительно просеян для разделения его на фракции по крупности частиц. Просев выполняется на механизированных установках или вручную с помощью специальных сит [5].




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-06-27; Просмотров: 3836; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.017 сек.