Исследование наплавленного металла системы Fe–Cr–Ni–Mn–Mo–Ti–Nb–C для работы в условиях высокотемпературного газоабразивного изнашивания

Разработаны составы порошковых проволок для электродуговой наплавки сплавов системы Fe-Cr-Ni-Mn-Mo-Ti-Nb-C, стойких в условиях высокотемпературного газоабразивного изнашивания. Выполнены исследования наплавленных сплавов методом оптической и электронной микроскопии, микрорентгеноспектральным и рентгеноструктурным анализом. Выявлено влияние содержания углерода в сплаве на его структурно-фазовый состав, твердость и износостойкость при нормальной и повышенной до 600°C температуре. Установлено, что увеличение в сплаве содержания углерода с 1,2 до 2,8 мас. % приводит к увеличению в 6 раз объемной доли карбидов (Cr,Fe)_хC_y, участвующих в формировании эвтектической аустенитно-карбидной матрицы сплава. Также изменяется их морфология с (Fe,Cr)₂₃C₆ на (Fe,Cr)₇C₃. При этом содержание в сплаве карбидов (Ti,Nb,Mo)_xC_y и Мо_хС изменяется незначительно, а их средний размер возрастает на 10%. Установлено, что формирование композиционной структуры в сплаве способствует обеспечению его высокой стойкости к газоабразивному изнашиванию при температуре 600°С. Износостойкость разработанного сплава сопоставима с зарубежным промышленным аналогом при кратно меньшей стоимости.

1. Vasudev H., Thakur L., Singh H., Bansal A. Effect of addition of Al2O3 on the high-temperature solid particle erosion behaviour of HVOF sprayed Inconel-718 coatings // Materials Today Communications. - 2022. - V. 30. - N 103017. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.103017

2. Wu W., Wei B., Li G., Chen L., Wang J., Ma, J. Study on ammonia gas high temperature corrosion coupled erosion wear characteristics of circulating fluidized bed boiler // Engineering Failure Analysis. -2022. - V. 132. - N 105896. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105896

3. Jindal C., Sidhu B. S., Kumar P., Sidhu H. S. Performance of hardfaced / heat treated materials under solid particle erosion: A systematic literature review // Materials Today: Proceedings. - 2022. -V. 50, Part 5. - P. 629-639. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.03.441

4. Hidalgo V. H., Varela F. J. B., Rico E. F. Erosion wear and mechanical properties of plasma-sprayed nickel-and iron-based coatings subjected to service conditions in boilers // Tribology international. -1997. - V. 30, Is. 9. - P. 641-649. https://doi.org/10.1016/S0301-679X(97)00029-7

5. Manish R. Elevated temperature erosive wear of metallic materials // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2006. - V. 39. - P. 101-124. https://doi.org/10.1088/0022-3727/39/6/R01

6. Виноградов В. Н., Платонова С. Н., Лившиц Л. С., Левин С. М. Некоторые вопросы механизма разрушения сталей в условиях газоабразивного изнашивания // Трение и износ. - 1980. - Т. 1, № 4. - С. 656-661.

7. Шейнман Е. Эрозия материалов. Обзор американской печати // Трение и износ. - 2006. -Т. 27, №. 6. - С. 665-675.

8. Kleis I., Kulu P. Solid particle erosion: occurrence, prediction and control. - London: Springer, 2008. - 206 p. https://doi.org/10.1007/978-1-84800-029-2

9. Veinthal R., Kulu P., Kaerdi H. Microstructural aspects of abrasive wear of composite powder materials and coatings // International Journal of Materials and Product Technology. - 2011. - V. 40, Is. 1-2. -P. 92-119. https://doi.org/10.1504/IJMPT.2011.037208

10. Javaheri V., Porter D., Kuokkala V. T. Slurry erosion of steel-Review of tests, mechanisms and materials // Wear. - 2018. - V. 408-409. - P. 248-273. https://doi.org/10.1016/j.wear.2018.05.010

11. Эванс А. Эрозия / Под ред. К. Прис; Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - 464 с.

12. Varga M. High temperature abrasive wear of metallic materials // Wear. - 2017. - V. 376-377, Part A. - P. 443-451. https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.12.042

13. Соколов Г. Н., Лысак В. И. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей. - Волгоград: ВолгГТУ, 2005. - 248 с.

14. Прияткин Д. В., Артемьев А. А., Лысак В. И., Лойко П. В. Анализ наплавочных сплавов для работы в условиях газоабразивного изнашивания при повышенных температурах // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2020. - №. 10. - С. 49-55.

15. Данильченко Б. В. Выбор износостойкого наплавленного металла для работы в условиях абразивного изнашивания // Сварочное производство. - 1992. - № 5. - С. 31-33.

16. Соколов Г. Н., Артемьев А. А., Зорин И. В., Лысак В. И., Литвиненко-Арьков В. Б. Диагностика износостойкости наплавленного металла методом склерометрии // Сварка и диагностика. - 2012. - № 2. - С. 34-39.

17. Артемьев А. А., Соколов Г. Н., Зорин И. В., Лысак В. И., Рыков М. А., Крутенко А. В., Шнипко М. В. Методика испытаний наплавленного металла на газоабразивное изнашивание // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2018. - № 3. - С. 112-116.

18. Lin C. M., Chang C. M., Chen J. H., Hsieh C. C., Wu W. Microstructure and wear characteristics of high-carbon Cr-based alloy claddings formed by gas tungsten arc welding (GTAW) // Surface and Coatings Technology. - 2010. - V. 205, Is. 7. - P. 2590-2596. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.10.004

19. Sun S., Fu H., Ping X., Guo X., Lin J., Lei Y., Zhou J. Formation mechanism and mechanical properties of titanium-doped NbC reinforced Ni-based composite coatings // Applied Surface Science. - 2019. - V. 476. - P. 914-927. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.01.171

20. Воробьев Ю. П. Карбиды в сталях // Известия Челябинского научного центра. - 2004. -№ 4. - С. 34-60.

21. Zhao C., Xing X., Guo J., Shi Z., Zhou Y., Ren X., Yang Q. Microstructure and wear resistance of (Nb, Ti) C carbide reinforced Fe matrix coating with different Ti contents and interfacial properties of (Nb, Ti) C/a-Fe // Applied Surface Science. - 2019. - V. 494. - P. 600-609. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.07.209

22. Меськин В. С. Основы легирования стали - М.: Металлургиздат, 1959. - 688 с.

23. Физическое металловедение: Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми физическими свойствами. Т. 2. / Под ред. Р. У. Кана, П. Хаазена; Пер. с англ, под ред. О. В. Абрамова, А.B. Серебрякова. - М.: Металлургия, 1987. - 621 с.

24. Wang X. H., Han F., Liu X. M., Qu S. Y., Zou Z. D. Effect of molybdenum on the microstructure and wear resistance of Fe-based hardfacing coatings // Materials Science and Engineering: A. - 2008. -V. 489, Is. 1-2. - P. 193-200. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.12.020

25. Иванько А. А. Твердость. - Киев: Наукова думка, 1968. - 128 с.