Структурное состояние износостойкого наплавленного металла определяется его составом. Однако влияние может оказать и технология наплавки (тепловой режим процесса). Увеличение погонной энергии при наплавке, увеличение силы сварочного тока, уменьшение скорости перемещения наплавочного электрода (источника теплоты) приводит к увеличению длительности существования ванночки жидкого металла и уменьшению скорости охлаждения наплавленного металла. То же достигается при предварительном подогреве наплавляемого металла. Такие условия приводят к увеличению размеров кристаллизующихся фаз, например первичных карбидов (рис. 12.4). В связи с этим условия ведения процесса наплавки должны быть жестко регламентированы во избежание ухудшения свойств наплавленного металла.

12.2. РОЛЬ ЛЕГИРОВАНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА

Как уже отмечалось, износостойкий наплавленный металл является высокоуглеродистым. Введение в такой высокоуглеродистый сплав на железной основе легирующих элементов оказывает двоякое действие. С одной стороны, карбидообразующие легирующие элементы участвуют в образовании карбидной фазы и часто определяют ее характер. Ряд элементов образует бориды, карбобориды, карбонитриды. Наибольшее значение для формирования свойств наплавленного металла имеют карбиды. С другой стороны, легирующие элементы влияют на характер и свойства матрицы сплава. Влияние на характер матрицы связано главным образом с изменением устойчивости аустенита и изменением продуктов распада при его охлаждении после наплавки. Кроме того, легирующие элементы на диаграмме состояния железо — углерод сдвигают влево критические точки эвтектоидного и эвтектического превращений и способствуют образованию чугунов при меньшей концентрации углерода, чем это показано на диаграмме состояния железо — углерод. Таким образом, легирование может обеспечить получение мартенситной, аустенитной и ледебуритной матриц, а также матриц из смесей указанных фаз. Важно и то, что, регулируя легирование качественно и количественно, можно весьма благоприятную аустенитную матрицу сделать стабильно аустенитной и частично нестабильной, способной к частичному превращению в мартенсит при деформации поверхностных слоев, сопровождающей изнашивание.

Рассматривая влияние легирующих элементов на важнейшую характеристику свойств наплавленного металла — его износостойкость, не всегда удается связать изменение износостойкости с влиянием легирования отдельно на карбидную или другую твердую фазу и отдельно на матрицу сплава. В некоторых случаях по этому поводу можно сделать определенные заключения. 320

I Влияние легирующих элементов на износостойкость в результате изменения природы карбидной фазы или других твердых частиц связано с изменением их твердости и сопротивления разрушению.

Значение твердости карбидов для стойкости против абразивного изнашивания связано с условиями взаимодействия их с частицами абразива. При малых давлениях в условиях скольжения металла по абразиву (или абразива по металлу) абразив будет вдавливаться в металлическую поверхность и затем царапать ее при скольжении. Чем выше твердость карбидов, тем сильнее они будут противодействовать вдавливанию и соответственно менее глубокими будут царапины.

Из данных, приведенных ниже, видно, что для противодействия основным видам абразивных частиц уже легирование стали хромом должно повысить износостойкость:

Соединение.Ре2ССг2Сл \УС\У2С УС

Твердость, МПа.10 50012 500 17 50030 000 21 000

Соединение.Мо2СТ1С 22С№С СгВ2

Твердость, МПа.16 00032 000 28 00020 500 18 000

Соединение.'\У2ВБУВ2 гг2В2МЬВ2 Т1В2

Твердость, МПа.26 60020 800 22 50025 900 33 700

Соединение.В4СКварцКорунд

Твердость, МПа.50 00010 000—11 00023 000

Твердость карбидов железа находится на уровне твердости кварца, и они не могут оказать активного сопротивления этому абразиву. Наиболее эффективным для таких условий изнашивания должно быть легирование высокоуглеродистой стали бором, когда наличие высокого содержания углерода приведет к образованию соединения В4С. При малом содержании углерода легирование бором должно быть менее эффективным, так как в этом случае могут образоваться бориды легирующих элементов, при этом наименее эффективным является введение бора в низкоуглеродистые высокохромистые сплавы, потому что борид хрома имеет минимальную твердость по сравнению с другими боридами.

В безборидных сплавах с твердыми частицами карбидов наиболее эффективным должно быть легирование вольфрамом и титаном, дающими наиболее твердые карбиды.

При воздействии абразивных частиц на твердые составляющие сплавы (карбиды, бориды и др.) большое значение имеют свойства матрицы, в которой эти карбиды расположены. С ростом прочности матрицы будет повышаться ее сопротивление изнашиванию при трении по абразиву, что приведет к более продолжительному противодействию абразиву твердых частиц сплава, так как, если матрица будет плохо противостоять изнашиванию при ее износе, карбиды или бориды будут оголяться и вываливаться. С другой стороны, чем прочнее матрица, тем сильнее она будет сопротивляться вдавливанию карбида под действием давя-