Модификация поверхностного слоя стали соединениями с высокой температурой плавления методами электрошлаковой наплавки

В работе изучено влияние легирования на структуру, микротвердость и абразивную износостойкость слоев электрошлаковой наплавки на низколегированную конструкционную сталь 09Г2С. Для модифицирования использовали смеси порошков Si3 N4   +  FeSi2   +  Si, полученные в отделе структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН методом СВС-синтеза, а также порошковых композиций на основе TiC. Из низколегированной стали Ст3 изготавливался расплавляемый электрод, на который высыпались модифицирующие композиции Si3 N4   +  FeSi2   +  Si в первом случае, и модифицирующие композиции Si3 N4   +  FeSi2   +  Si, располагаемые снизу, во втором случае. Методами металлографии и рентгеновского микроанализа определена структура и проведен анализ состава наплавленных слоев, зоны термического влияния и основного металла, на основании которого высказаны предположения о природе формирования свойств покрытий – твердости, износостойкости. Показано, что основное влияние на износостойкость оказывает структура металла наплавки. Установлено положительное влияние модифицирования покрытий легирующими материалами со сплавами Si3 N4   +  FeSi2   +  Si и  Ст3, TiC  и  Ст3. В расплавленном слое выделяется множество новых центров кристаллизации в виде дисперсных частиц TiC. Дисперсные частицы TiC, обладающие высокой температурой плавления (3180 °C), первыми выпадают из расплава и не только служат множественными центрами кристаллизации, но и препятствует росту аустенитного зерна, что обеспечивает формирование дисперсной структуры. Покрытия содержат частицы карбида TiC, а также включения других фаз. При этом повышение твердости наплавленного слоя, содержащего включения карбида титана, наблюдается в направлении к границе с основой. Износостойкость слоя возрастает при формировании покрытия на основе TiC. Полученные данные могут быть использованы при создании на поверхности металла наплавленных слоев с  высокой стойкостью против абразивного износа.

1. Wang H., Yu S.F., Khan A.R., Huang A.G. Effects of vanadium on microstructure and wear resistance of high chromium cast iron hardfacing layer by electroslag surfacing // Metals. 2018. Vol. 8. No. 6. Article 458. https://doi.org/10.3390/met8060458

2. Zahiri R., Sundaramoorthy R., Lysz P., Subramanian C. Hardfacing using ferro-alloy powdermixtures by submerged arc welding // Surface & Coatings Technology. 2014. Vol. 260. P. 220‒229. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.08.076

3. Pavlov A.A. Development of new corrosion-resistant bimetals with increased corrosion resistance prepared by electroslag surfacing technology // Chemical and Petroleum Engineering. 2017. Vol. 53. No. 7‒8. P. 551‒556. https://doi.org/10.1007/s10556-017-0380-0

4. Cao Y., Jiang Z., Dong Y., Deng X., Medovar L., Stovpchenko G. Research on the bonding interface of high speed steel / ductile cast iron composite roll manufactured by an improved electroslag clad ding method // Metals. 2018. Vol. 8. No. 6. Article 390. https://doi.org/10.3390/met8060390

5. Bao Y., Ren Q., Zhang Z., Yang K., Jiang Y. Study of intergranular corrosion resistance of overlay by electroslag cladding with auste nitic stainless steel // Hanjie Xuebao. Transactions of the China Welding Institution. 2019. Vol. 37. No. 6. P. 65‒68.

6. Воловик Е.Л. Справочник по восстановлению деталей. М.: Колос, 1981. 351 c.

7. Абразивное изнашивание / В.Н. Виноградов и др. М.: Машиностроение, 1990. 220 c.

8. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys // Materials Science and Engineering: A. 2004. Vol. 375‒377. No. 1‒2. P. 213‒218. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257

9. Zhou Y.J., Zhang Y., Wang F.J., Wang Y.L., Chen G.L. Effect of Cu addition on the microstructure and mechanical properties of AlCoCrFeNiTi0.5 solid-solution alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2008. Vol. 466. No. 1‒2. P. 201‒204. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.11.110

10. Guo Sheng, Liu C.T. Phase stability in high entropy alloys: Formation of solid-solution phase or amorphous phase // Progress in Science: Materials International. 2011. Vol. 21. No. 6. P. 433‒446. https://doi.org/10.1016/S1002-0071(12)60080-X

11. Yeh J.-W., Chang S.-Y., Hong Y.-D., Chen S.-K., Lin S.-J. Anomalous decrease in X-ray diffraction intensities of Cu–Ni–Al–Co– Cr–Fe–Si alloy systems with multi-principal elements // Materials Chemistry and Physics. 2007. Vol. 103. No. 1. P. 41‒46. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.01.003

12. Mahlalela S.S., Pistorius P.G.H. Microstructural characterization of laser beam and gas tungsten arc welded zirconium-2.5Nb // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2017. Vol. 117. No. 10. P. 947‒953. https://doi.org/10.17159/2411-9717/2017/v117n10a4

13. Gao X.-L., Liu J., Zhang L.-J., Zhang J.-X. Effect of the overlap ping factor on the microstructure and mechanical properties of pulsed Nd: YAG laser welded Ti6Al4V sheets // Materials Characterization. 2014. Vol. 93. P. 136‒149. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2014.04.005

14. Медовар Б.И., Саенко В.Я, Нагаевский И.Д., Чепурной А.Д. Электрошлаковая технология в машиностроении. Киев: Технiка, 1984. C. 18‒19.

15. Электрошлаковая наплавка / Ю.М. Кусков и др. М.: ООО «Наука и технологии», 2001. 180 с.

16. Фромайер Г. Технология быстрого затвердевания для получения стали с высокими показателями механических и физических свойств // Черные металлы. 1988. № 9. С. 12‒21.

17. Saraev Yu.N., Bezborodov V.P. Effect of the energy parameters of the welding process on the structure and properties of welded joints in low-alloy steels // Welding International. 2013. Vol. 27. No. 9. P. 678–680. https://doi.org/10.1080/09507116.2012.753276

18. Сараев Ю.Н., Безбородов В.П., Перовская М.В., Семенчук В.М. Структура и твердость наплавленных на низкоуглеродистую сталь износостойких покрытий при низкочастотной модуляции тока // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 6. С. 469‒473. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-6-469-473

19. Saraev Yu.N., Bezborodov V.P., Perovskaya M.V., Semenchuk V.M., Braverman B.S., Bolgaru K.А. Influence of energy action modes on heat and mass transfer of surfacing material, formation of structure and properties of coatings // 7th Int. Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE). Tomsk, Russia, 2020. P. 1271‒1274.

20. Saraev Yu.N., Perovskaya M.V., Braverman B.S., Bezborodov V.P., Semenchuk V.M., Bolgaru K.A. Influence of energy impact on the structure formation and properties of deposited coatings // 7th Int. Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE). Tomsk, Russia, 2020. P. 1275‒1278.