Исследование полученного с использованием новых порошковых проволок наплавленного слоя, работающего в условиях высокоабразивного износа

Изучено влияние введения хрома в повышенной концентрации в качестве восстановителя при изготовлении порошковой проволоки системы Fe − C − Si − Мn − Сr − Ni − Mo. Наплавку металла проводили на пластины стали марки Ст3 под флюсом АН-26С с предварительным подогревом основного металла до 250 – 300 °С. Порошковую проволоку диам. 5 мм, изготовленную на лабораторной машине, наплавляли на сварочном тракторе ASAW-1250 при следующих режимах: сила тока 420 – 520 А, напряжение 28 – 32 В, скорость сварки 7,2 – 9,0 м/ч. После наплавки металл охлаждали при комнатной температуре. Для изготовления образцов в качестве наполнителя (шихты) использовали соответствующие порошкообразные материалы: порошок железа марки ПЖВ1 по ГОСТ 9849 – 86, порошок ферросилиция марки ФС 75 по ГОСТ1415 – 93, порошок высокоуглеродистого феррохрома марки ФХ900А по ГОСТ 4757 – 91, порошок углеродистого ферромарганца ФМн 78(А) по ГОСТ 4755 – 91, порошок никеля ПНК-1Л5 по ГОСТ 9722 – 97, порошок ферромолибдена марки ФМо60 по ГОСТ 4759 – 91, порошок феррованадия марки ФВ50У 0,6 по ГОСТ 27130 – 94, порошок кобальта ПК-1У по ГОСТ 9721 – 79, порошок вольфрамовый ПВН ТУ 48-19-72 – 92. Определено, что углерод, марганец, хром, молибден, никель и в незначительной мере ванадий в исследуемых пределах одновременно повышают твердость наплавленного слоя и уменьшают скорость износа образцов. Показано, что низкая вязкость матрицы не позволяет удерживать на поверхности карбиды вольфрама, в результате чего износ осуществляется не по схеме равномерного истирания поверхности, а по схеме выкрошивания высокопрочных частиц карбидов из матрицы. В результате в матрице образуются новые трещины, способствующие дополнительному износу самой матрицы. По результатам проведенного многофакторного корреляционного анализа были определены зависимости твердости и износостойкости наплавленного слоя от массовой доли элементов, входящих в состав порошковых проволок системы Fe − C − Si − Мn − Сr − Ni − Mo. Полученные зависимости могут быть использованы для прогнозирования твердости и износостойкости наплавленного слоя при изменении химического состава наплавленного металла. 

1. Андрущенко М.И., Куликовский Р.А., Бережный С.П., Сопильняк О.Б. Способность к самоупрочнению поверхности трения и износостойкость наплавленного металла в условиях абразивного изнашивания // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. 2009. № 1. С. 30 – 37.

2. Kirchgaßner M., Badisch E., Franek F. Behaviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact // Wear. 2008. Vol. 265. No. 5-6. P. 772 – 779.

3. Klimpel A., Dobrzanski L.A., Janicki D., Lisiecki A. Abrasion resistance of GMA metal cored wires surfaced deposits // Materials Processing Technology. 2005. Vol. 164-165. P. 1056 – 1061.

4. Wang Q., Li X. Effects of Nb, V, and W on microstructure and abrasion resistance of Fe – Cr – C hardfacing alloys // Welding Journal (Miami, Fla). 2010. Vol. 89. No. 7. P. 133 – 139.

5. Filippov M.A., Shumyakov V.I., Balin S.A., Zhilin A.S., Lehchilo V.V., Rimer G.A. Structure and wear resistance of deposited alloys based on metastable chromium–carbon austenite // Welding International. 2015. Vol. 29. No. 10. P. 819 – 822.

6. Liu D.S., Liu R.P., Wei Y.H. Influence of tungsten on microstructure and wear resistance of iron base hardfacing alloy // Materials Science and Technology. 2014. Vol. 30. No. 3. P. 316 – 322.

7. Lim S.C., Gupta M., Goh Y.S., Seow K.C. Wear resistant WC–Co composite hard coatings // Surface Engineering. 1997. Vol. 13. No. 3. P. 247 – 250.

8. Deng X.T., Fu T.L., Wang Z.D., Misra R.D.K., Wang G.D. Epsilon carbide precipitation and wear behavior of low alloy wear resistant steels // Materials Science and Technology. 2016. Vol. 32. No. 4. P. 320 – 327.

9. Mendez P.F., Barnes N., Bell K., Borle S.D., Gajapathi S.S., Guest S.D., Izadi H., Gol A.K., Wood G. Welding processes for wear resistant overlays // Journal of Manufacturing Processes. 2014. Vol. 16. No. 1. P. 4 – 25.

10. Тепляшин М.В., Комков В.Г., Стариенко В.А. Разработка экономнолегированного сплава для восстановления бил молотковых мельниц // Электронное научное издание «Ученые заметки ТОГУ». 2013. Т. 4. № 4. С. 1543 – 1549.

11. Коробов Ю.С., Филиппов М.А., Макаров А.В., Верхорубов В.С., Невежин С.В., Кашфуллин А.М. Стойкость наплавленных покрытий со структурой метастабильного аустенита против абразивного и адгезионного изнашивания // Известия Самарского научного центра РАН. 2015. Т. 17. № 2. С. 224 – 230.

12. Нефедьев С.П., Дёма Р.Р., Котенко Д.А. Абразивная и ударно- абразивная износостойкость твердых наплавленных покрытий // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2015. Т. 15. № 1. С. 103 – 106.

13. Малинов В.Л. Исследование методом регрессионного анализа зависимостей износостойкости в условиях абразивного и ударно-абразивного изнашивания от химического состава металла на Fe – Cr – Mn – V – C основе // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия «Технические науки». 2011. № 2 (23). С. 107 – 112.

14. Юрченко А.Н., Панов Д.О., Симонов Ю.Н. Изменение микроструктуры экономнолегированной стали в зависимости от скорости непрерывного охлаждения и температуры изотермической выдержки // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедедение. 2017. Т. 19. № 1. С. 98 – 110.

15. Ma H.R., Chen X.Y., Li J.W., Chang C.T., G. Wang, Li H., Wang X.M., Li. R.W. Fe-based amorphous coating with high corrosion and wear resistance // Surface Engineering. 2017. Vol. 33. No. 1. P. 1 – 7.

16. Гусев А.И., Кибко Н.В., Попова М.В., Козырев Н.А., Осетковский И.В. Наплавка порошковыми проволоками C – Si – Мn – Mo – – V – B и C – Si – Мn – Cr – Mo – V деталей горнорудного оборудования // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 4. С. 318 – 323.

17. Гусев А.И., Усольцев А.А., Козырев Н.А., Кибко Н.В., Бащенко Л.П. Разработка порошковой проволоки для наплавки деталей, работающих в условиях износа // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 11. С. 898 – 906.

18. Козырев Н.А., Крюков Р.Е., Усольцев А.А., Уманский А.А., Соколов П.Д. Разработка новых порошковых проволок для наплавки. Порошковые проволоки с использованием углеродфторсодержащих материалов для ремонта прокатных валков // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2018. Вып. 1 (1417). С. 77 – 86.

19. Osetkovsky I.V., Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Usoltsev A.A., Gusev A.I. Development of a wear-resistant flux cored wire of Fe – C – Si – Mn – Cr – Ni – Mo – V system for deposit welding of mining equipment parts // International Scientific and Research Conference on Knowledge-based Technologies in Development and Utilization of Mineral Resources (KTDMUR2017), 6–9 June 2017, Novokuznetsk, Russian Federation. 2017. Vol. 84. P. 1 – 7.

20. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 464 с.