Изучение микроструктуры и свойств износостойких наплавочных сплавов

Применение износостойких наплавочных сплавов позволяет получать биметаллические детали, основа которых изготовляется из дешевых конструкционных материалов, а рабочие поверхности, контактирующие с абразивной средой, упрочняются путем поверхностной наплавки высоколегированными сплавами, причем масса наплавленного металла обычно не превышает нескольких процентов от общей массы детали. Это позволяет достичь значительного экономического эффекта за счет многократного увеличения срока службы упрочняемых деталей.

Для противодействия воздействию абразивной среды наплавленный металл на основе железа должен прежде всего иметь твердую фазу в микроструктуре (карбиды, бориды, нитриды хрома, титана, ванадия, вольфрама, ниобия, молибдена). Частицы хрупкой твердой фазы должны быть связаны менее твердой и более пластичной матрицей. В то же время матрица должна непосредственно противодействовать изнашиванию.

Наиболее износостойкой является мартенситная матрица, однако сплавы на ее основе отличаются высокой хрупкостью и непригодны для работы при наличии ударных нагрузок. Вязкая матрица из метастабильного аустенита позволяет обеспечить хорошее закрепление карбидов, а при воздействии ударных нагрузок она способна претерпевать мартенситное превращение, что способствует повышению ее износостойкости.

Наибольшее распространение получили железоуглеродистые износостойкие наплавочные сплавы типа высоколегированных белых чугунов. Основным легирующим элементом (в пределах 12¸30 %) в них является хром, который образует более твердые по сравнению с цементитом карбиды хрома Cr₇C₃ и Cr₂₃C₆, а также легирует твердый раствор, замедляя распад аустенита.

В зависимости от микроструктуры различают доэвтектические и заэвтектические белые чугуны. Доэвтектические  высокохромистые  чугуны  имеют  микроструктуру «дендриты первичного аустенита + ледебурит». За счет высокой степени легирования аустенит стабилен при комнатной температуре. Дендриты первичного аустенита отличаются округлой формой и имеют пониженную микротвердость, что облегчает их идентификацию в микроструктуре.

Заэвтектические чугуны имеют структуру «ледебурит + первичные карбиды». Карбидная фаза имеет ограненную форму и идентифицируется по более высокой микротвердости. Эти сплавы отличаются наивысшей стойкостью к абразивному изнашиванию. Однако при ударных нагрузках наблюдается хрупкое выкрашивание.