УДК 621.793

К ВОПРОСУ ВЛИЯНИЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ФАЗЫ НАПЛАВКИ НА ЕЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ

 

TO THE QUESTION OF THE INFLUENCE OF THE STRENGTENING PHASE SURFACING ON ITS WEAR RESISTANCE

 

Грядунов С.С., Никитин А.А., Шевчук Д.М.(Брянский государственный технический университет, Брянский государственный инженерно-технологический университет, г. Брянск, РФ)

Gryadunov S.S., Nikitin A.A., Shevchuk D.M.

(Bryansk State Technical University, Bryansk; Bryansk State Technological University of Engineering, Bryansk)

 

Рассмотрен анализ влияния вида и количества упрочняющей фазы на износостойкость наплавленного металла, полученного разными технологическими способами.

The analysis of influence of a look and quantity of the strengthening phase on wear resistance of the built-up metal received in the different technological ways in considered.

 

Ключевые слова: наплавка, износостойкость, легирование

Key words: surfacing, wear resistance, alloying

 

Работоспособность ковшей экскаваторов разного назначения во многом лимитируется износом поверхностей, контактирующих с разрабатываемым грунтом – зубьев, передних кромок, днища. При этом износ резко возрастает в зимнее время эксплуатации вследствие замерзания грунтов и повышения абразивной способности. Поэтому повышение износостойкости таких рабочих поверхностей связано с эффективностью работы данного оборудования, со снижением затрат на ремонт и восстановлении изношенных деталей.

Одним из наиболее широко используемых методов повышения долговечности является наплавка быстроизнашивающихся поверхностей высокоизносостойкими сплавами. В настоящее время разработано и используется на практике большое количество наплавочных материалов, представленных электродами, порошковыми проволоками и лентами, наплавочными смесями. При этом они могут обеспечивать в наплавке различные карбидные фазы, отличающиеся как по составу, так и по количеству и разные по свойствам матрицы материалы [1].

В данной работе поставлена задача проанализировать влияние вида и количества упрочняющей фазы на износостойкость наплавленного металла, полученного разными технологическими способами. Испытывали образцы, полученные при наплавке порошковой проволокой ПП-Нп-200Х15ГРТ, порошковой лентой ПЛ-АН1 и электродами ОЗН/ВСН9. Кроме этого, испытывали образцы полученные наплавкой хромованадиевого сплава 300Х8Ф7С2Г4. Для этого отливали прутки и наплавляли их аргонодуговым способом. Образцы подобраны так, что реализуют различные схемы упрочнения материала основы: карбидное, карбоборидное, карбоборидное и карбонитридное, композиционное. Испытание на изнашивание проводили при трении по абразивной поверхности при нормальной температуре по методике, описанной в работе [2]. Образцы изнашивали при трении о шлифовальную шкурку зернистостью 20Н, при скорости скольжения 0,145 м/с, при давлении 1МПа. Испытания сплавов на изнашивание при трении с ударом от абразивную поверхность при нормальной температуре проводили с использованием установки, описанной в работе [3]. В качестве эталона принимали образец из стали 45.

В результате испытаний получены следующие значения износостойкости материалов (рис.1).

Фрагмент.png

Рисунок 1- Результаты испытаний а) при трении; б) при ударе

 

В наплавке ПЛ-АН1 в основе упрочнения карбиды хрома в ледебурите с содержанием 45-55% твердой фазы и 15-20% остаточного аустенита. При наплавке ПП-Нп-200Х15ГРТ помимо карбидов присутствуют бориды и карбобориды. Микроструктура сплава – карбиды и карбобориды в ледебурите с содержанием карбидной фазы 35-45% и 15-20% остаточного аустенита. Микроструктура наплавленного металла электродами ОЗН/ВСН9 представляет собой аустенит, карбоборидную эвтектике и карбонитриды с содержанием карбидной фазы 20-30% и 40-60% остаточного аустенита. В сплаве 300Х8Ф7С2Г4 реализуется эффект композиционного упрочнения, под которым понимается упрочнение за счет объемного армирования матрицы карбидной фазой в виде дендритообразного каркаса [4].  В сплаве содержится 26-30% карбидной фазы, расположенной в мартенситно-аустенитной матрице.

Анализируя полученные результаты, можно отметить следующее. Применение карбидов в качестве упрочняющей фазы является наиболее частым случаем в наплавках. В то же время износостойкость наплавленного металла сильно зависит от типа карбида, карбидообразующего элемента, его размеров и дисперсности, способности матрицы удерживать карбиды от выкрашивания при изнашивании.

При наличии нескольких карбидообразующих элементов в наплавленном металле в первую очередь образуются карбиды элементов, обладающих наибольшим сродством к углероду. Соотношение количества легирующих элементов и углерода должно быть таким, чтобы обеспечивалось получение в сплаве карбидов наибольшей твердости. Если легирующий элемент связывает весь углерод в наиболее твердый карбид данного элемента, дальнейшее увеличение количества легирующего элемента не способствует заметному росту износостойкости. Содержание легирующих элементов в сплаве должно быть в строгом соответствии с количеством углерода и регулироваться типом требуемых карбидов и их количеством. Таким образом, получить наиболее благоприятную карбидную фазу для высокой износостойкости можно при правильном легировании износостойких наплавленных сплавов.

Легирование бором карбидов и образование в структуре твердых и хрупких боридов повышает износостойкость и твердость наплавленного металла, одновременно резко снижая его ударостойкость. Значительное уменьшение сопротивляемости наплавленного металла действию ударов объясняется не только наличием твердых боридов, но и их расположение в основе сплава по границам первичного зерна аустенита. Такая основа не может играть роль вязкого связующего для твердых избыточных карбидов. Поэтому использование наплавок с карбоборидной системой легирования может быть рекомендовано только для условий абразивного изнашивания.

Дополнительное легирование карбонитридами, равномерно распределенными в структуре сплава, благоприятно влияют на сопротивляемость изнашиванию. Особенно этот эффект повышения износостойкости наблюдается в случае ударно – абразивного изнашивания, поскольку кроме удержания карбидной фазы аустенит будет претерпевать мартенситное превращение.

Материалы с композиционным упрочнением отличаются тем, что карбидная фаза, армирующая матрицу, не может выкрашиваться, а должна быть вначале разрушена. Поэтому легируя такие материалы специальными добавками, можно в широких пределах изменять как свойства матрицы сплава, так и абразивную износостойкость за счет изменения типа и количества карбидной фазы.

 

Список использованных источников

1. Сидоров А.И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. М.: Машиностроение, 1987. 192 с.

2. ГОСТ 23.212-82. Метод испытаний на изнашивание при ударе в условиях низких температур. Стандартинформ, 2005. 8 с.

3. Обеспечение износостойкости изделий. Повышение долговечности поверхностей изнашиваемых в условиях низких температур, методами наплавки. / Е.А. Памфилов, С.С. Грядунов и др. // Методические рекомендации МР 244-87. М.: ВНИИНМАШ, 1987. 23 с.

4. Повышение износостойкости деталей техники северного исполнения / Е.А. Памфилов, Г.И. Сильман, С.С. Грядунов // Справочник. Инженерный журнал. 2002. №8. С.61-63.