ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Для поверхностного упрочнения большой номенклатуры деталей машиностроительного назначения применяется наплавка порошковыми проволоками на желез-хромовой основе, обеспечивающих получение металла покрытий с высокой прочностью и коррозионной стойкостью. В то же время при работе в условиях абразивного износа стойкость покрытий на железохромовой основе недостаточна в связи с малым количеством упрочняющих фаз в структуре наплавленного металла. Высокие эксплуатационные свойства наплавленного металла можно получить комбинированием твердорастворного упрочнения и упрочнение частицами второй фазы в матрице на основе железа. Одним из таких эффективных методов упрочнения металла является наплавка порошковой проволокой, легированной соединениями бора. Однако все выполненные исследования относятся только к металлу покрытий в состоянии после наплавки. Твердость металла таких покрытий высока, что затрудняет его механическую обработку режущим инструментом. Цель работы: выбор рациональных параметров термической обработки наплавленных покрытий на основе хромистой стали с карбидно-боридно-нитридным легированием. В работе исследовали влияние режимов термической обработки на микротвердость, микроструктуру и фазовый состав металла покрытия, наплавленного высокохромистой порошковой проволокой, легированной комплексном боридных соединений, состава: 15% Cr + 0,5% B₄C + 0,5% BN + 2,5% + TiB₂ + 1,0% ZrB₂. Методами исследования является металлография, замеры микротвердости, рентгенофазовый анализ и просвечивающая электронная микроскопия. Результаты и обсуждение. Показано, что отпуск при температуре 800 °С с выдержкой два часа обеспечивает твердость наплавленного металла в пределах 32…37 HRC, приемлемую для осуществления его механической обработки. В микроструктуре металла покрытия, прошедшего отпуск, отмечается распад структурных составляющих, уменьшение количества боридной эвтектики и упрочняющих фаз и увеличение их размера. Установлено, что для восстановления высокой твердости металла после отпуска с последующей механической обработкой целесообразно проведение закалки с температуры 1020 °С, обеспечивающей твердость в пределах 53…58 HRC. Такая термообработка приводит к стабилизации значений микротвердости на высоком уровне, несколько даже превышающем уровень твердости металла покрытий после наплавки. Показано, что это обусловлено образованием композиционной структуры с мартенситной матрицей, эвтектической составляющей на базе борида хрома и железа Fe_1,1Cr_0,9B_0,9, и дисперсных включений частиц карбонитридов, карбидов и нитридов большей частью Ti₂CN и Cr₇С₃ и интерметаллидов Cr₄TiZr размером от 0,4 до 6,5 мкм. Установленные рациональные параметры термической обработки могут быть использованы в технологии нанесения износостойких покрытий при наплавке порошковыми проволоками, легированными боридными соединениями.

1. Рябцев И.А. Наплавка деталей машин и механизмов. – Киев: Екотехнологiя, 2004. – 159 с.

2. Юзвенко Ю.А., Кирелюк Г.А. Наплавка порошковой проволокой. – М.: Машиностроение, 1975. – 45 с.

3. Коротков В.А. Исследование свойств высоколегированных наплавок // Сварочное производство. – 1997. – № 10. – С. 30–32.

4. Соколов Г.Н. Способы наплавки и плакирования металлов / Волгоградский государственный технический университет. – Волгоград: ВолгГТУ, 2002. – 80 с.

5. Современные наплавочные материалы для уплотнительных поверхностей арматуры АЭС и ТЭС / В.С. Степин, Е.Г. Старченко, Ю.С. Волобуев, М.Ю. Егоров // Арматуростроение. – 2006. – № 2. – С. 55–56.

6. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Боросодержащие стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1986. – 192 с.

7. Влияние бора на структуру и свойства литой аустенитной стали 25Х8Г8Т / М.Б. Арнаутова, А.Р. Бекетов, Б.В. Арнаутов, В.В. Ожегов // Литейное производство. – 2007. – № 5. – С. 38–42.

8. Raghavan V. B–Cr–Fe–Ti (Boron–Chromium–Iron–Titanium) // Journal of Phase Equlibria. – 2003. – Vol. 24, N 5. – P. 459–460. – doi: 10.1361/105497103770330163.

9. High boron iron-based alloy and its modification / L. Zhong, C. Xiang, L. Yan-xiang, H. Kai-hua // Journal of Iron and Steel Research, International. – 2009. – Vol. 16, N 3. – P. 37–42. – doi: 10.1016/S1006-706X(09)60041-8.

10. Effect of titanium on the ductilization of Fe–B alloys with high boron content / Y. Liu, B. Li, J. Li, L. He, S. Gao, T.G. Nieh // Materials Letters. – 2010. – Vol. 64, iss. 11. – P. 1299–1301. – doi: 10.1016/j.matlet.2010.03.013.

11. Формирование композиционной структуры износостойкого наплавленного металла с боридным упрочнением / А.А. Артемьев, Г.Н. Соколов, Ю.Н. Дубцов, В.И. Лысак // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2011. – № 2. – С. 44–48.

12. Eremin E.N. Using boride compounds in flux-cored wires for depositing maraging steel // Welding International. – 2013. – Vol. 27, N 2. – P. 144–146. – doi: 10.1080/09507116.2012.695546.

13. The perfomances of TiB₂-contained iron-based coatings at high temperature / X. Wang, H. Shun, C. Li, X. Wang, D. Sun // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 201, iss. 6. – P. 2500–2504. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.04.025.

14. Eremin E.N., Losev A.S., Akimov V.V. The properties of chromium steel overlaying used as a hardening coating for stop valve sealing surface // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 152. – P. 582–588. – doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.659.

15. Effect of the boride-nitride hardening on the structure and properties of chromium steel deposited with a flux-cored wire / E.N. Eremin, A.S. Losev, S.A. Borodikhin, K.Ye. Ivlev // AIP Conference Proceedings. – 2017. – Vol. 1876. – P. 020071-1–020071-6. – doi: 10.1063/1.4998891.

16. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. – М.: МИСИС, 1999. – 408 с.

17. Насосно-компрессорные трубы высокой коррозионной стойкости / А.В. Иоффе, Т.В. Тетюева, М.А. Выбойщик, Е.А. Трифонова, Е.С. Луценко // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2010. – № 1. – С. 24–31.

18. Azimi G., Shamanian M. Microstructure and wear properties of Fe-Cr-C and Fe-Cr-Si-C clads on carbon steel by TIG surfacing process // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2009. – Vol. 83–86. – P. 1035–1042. – doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.83-86.1035.

19. Using the Cr-C-B systems for alloying metal by in out-of-vacuum electron beam surfacing / I.M. Poletika, S.A. Makarov, T.A. Krylova, M.G. Golkovskii // Welding International. – 2012. – Vol. 26. – P. 17–22. – doi: 10.1080/09507116.2011.653160.

20. Microstructure and wear resistance of Fe-Cr-C hardfacing alloy reinforced by titanium carbonitride / S.Z. Weia, Y. Liub, G.S. Zhanga, L.J. Xua, J.W. Lia, Y.Y. Rena // Tribology Transactions. – 2015. – Vol. 58. – P. 745–749. – doi: 10.1080/10402004.2014.1003119.

21. Morphology, orientation relationships and formation mechanism of TiN in Fe-17Cr steel during solidification / J. Fu, Q. Nie, W. Qiu, J. Liu, Y. Wu // Materials Characterization. – 2017. – Vol. 133. – P. 176–184. – doi: 10.1016/j.matchar.2017.10.001.

22. Kim K.-S., Kang J.-H., Kiim S.-J. Effects of carbon and nitrogen on precipitation and tensile behavior in 15Cr-15Mn-4Ni austenitic stainless steels // Materials Science and Engineering A. – 2018. – Vol. 712. – P. 114–121. – doi: 10.1016/j.msea.2017.11.099.