ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫ
Print ISSN: 1994-6309    Online ISSN: 2541-819X
English | Русский

Последний выпуск
Том 22, № 3 Июль - Сентябрь 2020

Структурные особенности и износостойкость слоев, сформированных наплавкой самофлюсующегося никелевого сплава и бора электронным лучом, выведенным в воздушную атмосферу

Том 22, № 2 Апрель - Июнь 2020
Авторы:

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
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2020-22.2-89-103
Аннотация

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.


Ключевые слова: вневакуумная электронно-лучевая наплавка, Ni-Cr-Si-B-сплав, структура, твердость, износостойкость, нержавеющая сталь

Список литературы

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.

Благодарности. Финансирование

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.

Для цитирования:

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

For citation:

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).

Просмотров: 192