ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Создание защитных слоев на рабочих поверхностях деталей машин, выполненных из хромоникелевых аустенитных сталей, является эффективным способом повышения их надежности и долговечности. Самофлюсующиеся никелевые сплавы широко применяются для формирования функциональных покрытий, стойких к абразивному воздействию. Возможность повышения комплекса свойств Ni-Cr-Si-B-сплавов путем добавления упрочняющих соединений в их матрицу или синтеза упрочняющих фаз непосредственно в процессе формирования защитного слоя представляет существенный интерес для отечественных и зарубежных специалистов. В литературе не представлены сведения о формировании защитных слоев на поверхности аустенитных сталей с использованием наплавки релятивистскими электронными пучками Ni-Cr-Si-B-сплава в сочетании с упрочняющими добавками. Цель работы заключалась в повышении триботехнических свойств поверхностных слоев стальных заготовок при наплавке пучком электронов, выведенных в воздушную атмосферу Ni-Cr-Si-B-сплава в сочетании с аморфным бором, взятым в различных весовых соотношениях. Доля аморфного бора в порошковой насыпке составляла 5, 10 и 15 вес. %. Особенности строения наплавленных слоев были изучены с использованием следующих методов исследования: оптическая металлография, растровая электронная микроскопия, рентгенофазовый и микрорентгеноспектральный анализ. Уровень свойств поверхностно упрочненных материалов определяли при измерении микротвердости и износостойкости при трении о закрепленные абразивные частицы и в условиях гидроабразивного воздействия. Результаты и обсуждение. Материал, сформированный при наплавке Ni-Cr-Si-B-сплава в сочетании с 15 вес. % бора, характеризуется максимальной микротвердостью (1000 HV) и износостойкостью в различных условиях изнашивания. Основным структурным фактором, обеспечивающим эффективное повышение эксплуатационных характеристик, является формирование боридов Fe2B, (Cr, Fe)B. Показано, что при наплавке Ni-Cr-Si-B-сплава и 15 вес. % бора выделившиеся упрочняющие соединения характеризуются фазовой неоднородностью. Внутренняя часть двухфазных сложных по строению частиц представляет собой CrB2, вокруг которого происходит выделение (Fe, Cr)2B.
Зимоглядова Татьяна Алексеевна
Бушуева Евдокия Геннадьевна
Штерцер Александр Александрович
Гринберг Борис Ефимович
Соболева Наталья Николаевна
Коллманнсбергер Ева
Чакин Иван Константинович
Бибко Денис Сергеевич
Леонов Алексей Владимирович
Сафарова Дарья Эйнуллаевна
1. Gardner L. Stability and design of stainless steel structures – review and outlook // Thin-Walled Structures. – 2019. – Vol. 141. – P. 208–216. – DOI: 10.1016/j.tws.2019.04.019.
2. Восстановление деталей машин / Ф.И. Пантелеенко, В.П. Лялякин, В.П. Иванов, В.М. Константинов. – М: Машиностроение, 2003. – 672 с. – ISBN 5-217-03188-3.
3. Методы исследования материалов: структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий / Л.И. Тушинский, А.В. Плохов, А.О. Токарев, В.И. Синдеев. – М: Мир, 2004. – 384 с. – ISBN 5-03-003572-9.
4. Kesavan D., Kamaraj M. The microstructure and high temperature wear performance of a nickel base hardfaced coating // Surface and Coatings Technology. – 2010. – Vol. 204, iss. 24. – P. 4034–4043. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2010.05.022.
5. Effect of the substrate dilution on the room and high temperature tribological behaviour of Ni-based coatings deposited by PTA on grey cast iron / F. Fernandes, T. Polcar, A. Loureiro, A. Cavaleiro // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 281. – P. 11–19. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.09.034.
6. Shevchenko O.I., Trekin G.E., Farber V.M. Distribution of chemical elements in structural components of a facing of a self-fluxing nickel alloy // Metal Science and Heat Treatment. – 1997. – Vol. 39, iss. 6. – P. 233–235. – DOI: 10.1007/BF02467225.
7. Microchemical and microstructural studies in a PTA weld overlay of Ni-Cr-Si-B alloy on AISI 304L stainless steel / C. Sudha, P. Shankar, Subba R.V. Rao, R. Thirumurugesan, M. Vijayalakshmi, B. Raj // Surface and Coatings Technology – 2008. – Vol. 202, iss. 10. – P. 2103–2112. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2007.08.063.
8. Reinaldo P.R., D’Oliveira A.S.C.M. NiCrSiB coatings deposited by plasma transferred arc on different steel substrates // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2013. – Vol. 22, iss. 2. – P. 590–597. – DOI: 10.1007/s11665-012-0271-7.
9. Microstructural characterisation of NiWCrBSiC alloy coating produced by HVOF thermal spraying / L. Gil, M.H. Staia, R. Guevara, E.S. Puchi-Cabrera, D.B. Lewis // Surface Engineering. – 2006. – Vol. 22, iss. 4. – P. 304–313. – DOI: 10.1179/174329406X122900.
10. Makarov A.V., Soboleva N.N., Malygina I.Y. Role of the strengthening phases in abrasive wear resistance of laser-clad NiCrBSi coatings // Journal of Friction and Wear. – 2017. – Vol. 38, N 4. – P. 272–278. – DOI: 10.3103/S1068366617040080.
11. Microstructure, magnetic properties and empirical electron theory calculations of laser cladding FeNiCr/60% WC composite coatings with Mo additions / J. Yang, X. Miao, X. Wang, H. Chen, F. Yang // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2016. – Vol. 54. – P. 216–222. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2015.07.034.
12. Effect of WC addition on microstructures of laser melted Ni-based alloy powder / Y.M. Zhang, M. Hida, A. Sakakibara, Y. Takemoto // Surface and Coatings Technology. – 2003. – Vol. 169–170. – P. 384–387. – DOI: 10.1016/S0257-8972(03)00058-6.
13. Nurminen J., Näkki J., Vuoristo P. Microstructure and properties of hard and wear resistant MMC coatings deposited by laser cladding // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2009. – Vol. 27, iss. 2. – P. 472–478. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2008.10.008.
14. The study of properties of Ni–W2C and Co–W2C powders thermal sprayed deposits / A. Klimpel, L.A. Dobrzanski, A. Lisiecki, D. Janicki // Journal of Materials Processing Technology. – 2005. – Vol. 164–165. – P. 1068–1073. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2005.02.198.
15. Самсонов Г.В., Серебрякова Т.И., Неронов В.А. Бориды. – М.: Атомиздат, 1975. – 376 c.
16. Microstructure and phase formation in a rapidly solidified laser-deposited Ni-Cr-B-Si-C hardfacing alloy / I. Hemmati, V. Ocelík, K. Csach, J.Th.M. de Hosson // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2014. – Vol. 45, iss. 2. – P. 878–892. – DOI: 10.1007/s11661-013-2004-4.
17. Formation of a Cr3C2/Ni–Cr alloy layer by an electron beam cladding method and evaluation of the layer properties / J. Morimoto, N. Abe, F. Kuriyama, M. Tomie // Vacuum. – 2001. – Vol. 62, iss. 2–3. – P. 203–210. – DOI: 10.1016/S0042-207X(00)00439-5.
18. Laser surfacing of nickel-based composite war-resisting coatings reinforced with tungsten / A.G. Grigoryants, A.Y. Stavertiy, K.O. Bazaleeva, T.Y. Yudina, N.A. Smirnova, R.S. Tretyakov, A.I. Misyurov // Welding International. – 2017. – Vol. 31, iss. 1. – P. 52–57. – DOI: 10.1080/09507116.2016.1213039.
19. Голковский М.Г. Закалка и наплавка релятивистским электронным пучком вне вакуума. Технологические возможности метода. – Saarbr?cken: LAP Lambert Academic Publishing, 2013. – 325 c. – ISBN 978-3-659-31094-2.
20. Atmospheric electron-beam surface alloying of titanium with tantalum / M.G. Golkovski, I.A. Bataev, A.A. Bataev, A.A. Ruktuev, T.V. Zhuravina, N.K. Kuksanov, V.A. Bataev // Materials Science and Engineering: A. – 2013. – Vol. 578. – P. 310–317. – DOI: 10.1016/j.msea.2013.04.103.
21. Euh K., Lee J., Lee S. Microstructural modification and property improvement of boride/Ti-6Al-4V surface-alloyed materials fabricated by high-energy electron-beam irradiation // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2001. – Vol. 32, N 10. – P. 2499–2508. – DOI: 10.1007/s11661-001-0039-4.
22. Tribological properties of TiC particles reinforced Ni-based alloy composite coatings / B. Cai, Y.-F. Tan, L. He, H. Tan, L. Gao // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2013. – Vol. 23, iss. 6. – P. 1681–1688.
23. Structure and properties of functional self-fluxing nickel-containing coatings obtained by non-vacuum electron-beam cladding / T.A. Zimoglyadova, H. Saage, V.A. Pasichnik, A.S. Egorova, O. Matts // Metal Science and Heat Treatment. – 2019. – Vol. 60, iss. 9–10. – P. 633–640. – DOI: 10.1007/s11041-019-00330-4.
24. Shtertser A.A., Gringerg B.E. Impact of a hydroabrasive jet on material: hydroabrasive wear // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. – 2013. – Vol. 54, N 3. – P. 508–516. – DOI: 10.1134/S002189441303022X.
25. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Колокольников М.Г. Абразивное изнашивание. – М.: Машиностроение, 1990. – 222 с. – ISBN 5-217-00836-9.
Финансирование
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Новосибирской области в рамках научного проекта № 19-43-543011.
Благодарности:
Исследования выполнены на оборудовании ЦКП ССМ НГТУ.
Структурные особенности и износостойкость слоев, сформированных наплавкой самофлюсующегося никелевого сплава и бора электронным лучом, выведенным в воздушную атмосферу / Т.А. Зимоглядова, Е.Г. Бушуева, А.А. Штерцер, Б.Е. Гринберг, Н.Н. Соболева, Е. Коллманнсбергер, И.К. Чакин, Д.С. Бибко, А.В. Леонов, Д.Э. Сафарова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 2. – С. 89–103. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.2-89-103
Zimogliadova T.A., Bushueva E.G., Shtertser A.A., Grinberg B.E., Soboleva N.N., Kollmannsberger E., Chakin I.K., Bibko D.S., Leonov A.V., Safarova D.E. Structure features and wear resistance of layers, formed by Ni-based self-fl uxing alloy combined with boron by electron beam, revealed in the air atmosphere. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2020, vol. 22, no. 2, pp. 89–103. DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.2-89-103. (In Russian).
