CC BY
0
АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ПЛАЗМЕННО-ПОРОШКОВОЙ НАПЛАВКЕ Кончин Владимир Алексеевич, аспирант (konchin98@mail.ru) Курский государственный аграрный университет имени И.И. Иванова
В данной статье приведен анализ состава и свойств наплавленного металла некоторых промышленных наплавочных материалов.
Ключевые слова: наплавка, восстановление, свойство наплавленного материала.
Введение. Техническая эксплуатация машинно-тракторного парка, перерабатывающей и другой техники в агропромышленном комплексе предусматривает осуществление мер по повышению надежности и долговечности машин методами поверхностного упрочнения деталей [1,2].
Значительные резервы в увеличении ресурса восстановленных деталей открывает технология плазменной наплавки на быстроизнашиваемые поверхности деталей износостойких материалов с использованием металлических электроэрозионных порошков. Для восстановления и упрочнения изношенных деталей сельхозтехники ППН требуется применение износостойких порошковых материалов.
Порошковые материалы же, в свою очередь, можно получать промыш-ленно не применяемым, экологически чистым методом электроэрозионного диспергирования.
Цель исследования. Провести анализ порошковых материалов, применяемых при плазменно-порошковой наплавке, исследовать полученный электроэрозионный порошок и оценить его трибологические свойства.
Материалы и методы.
Технология получения порошков электродиспергированием отходов сплава Т30К4 описана в следующих работах [3,4].
Плазменно-порошковая наплавка отличается высокой температурой сжатой струи, локальным вводом теплоты и широким диапазоном ее регулирования. Это в сочетании с защитной газовой атмосферой позволяет создать благоприятные металлургические условия для формирования плотного бездефектного наплавленного слоя. Регулирование термических условий и состава присадочного материала дает возможность получать покрытия с заранее заданными износостойкими свойствами [5,6].
Технологические особенности плазменно-порошковой наплавки, а также наличие плазмотронов с подачей порошка создают возможности применения различных наплавочных материалов, в том числе, порошки полученные методом электроэрозионного диспергирования [7,8].
ток порошка; 7 - наплавляемая деталь; 8 - клапан электрический; 9 - игла
запорная; 10 - источник питания. Рисунок 1 - Схема наплавки деталей с наружной подачей порошка в столб
плазменной дуги.
В зону наплавки одновременно подаются порошок - эащитно- транспортирующим газом - подающим механизмом. Изменением величины напряжения можно регулировать интенсивность расплавления присадочного материала и глубину проплавления основного металла. Комбинированная наплавка формирует плотное покрытие без пор и трещин толщиной до 5 мм за один проход [9].
В ремонтной практике преимущественное применение находят металлические высоколегированные твердосплавные порошки на основе никеля или железа (табл. 1).
Таблица 1 - Состав порошковых твердых сплавов
Марка Содержание элементов по массе Твердость
Никель Железо Углерод Кремний Хром Бор Марганец Прочие 35 НЯС
ПГ-СР2 типа ПН- Основа 5(не 0,2-0,5 2-3 12-15 1,5- - - 45 НЯС
ХН80С2Р2 (ГОСТ более) 2,1
21448-75)
ПГ-СРЗ типа ПН- - 5(не 0,4-0,7 2,5-3,5 13,5- 2- - - 55 НЯС
ХН80СЗРЗ (ГОСТ более) 16,5 2,8
21448-75)
ПГ-СР4 типа ПН- - 5(не 0,6-1 3-4,5 15-18 2,8- - - 54-60 НЯС
ХН80С4Р4 (ГОСТ 21448-75) более) 3,8
СНГН-55 -типа - 1-3 0,5-1 3,5-4,4 14-18 3,8- 0,5 - 190-230 НВ
70Н80Х15С4РЗ 4,5
(ТУ 48-19-212-76)
НПЧ-1 (ТУ 48-19- - 0,1-0,7 0,1-0,3 2,4-2,7 - 1,2- - Медь 4-5 300-345 НВ
40-73) 1,5
НПЧ-2.типа - 0,1-1 0,1-0,3 2,4-2,7 - 2,2- - - 190-210 НВ
20Н90Д4С2Р2 (ТУ 2,7
48-19-40-73)
НПЧ-3 типа 0,1-0,7 0,1-0,3 0,7-1 - 0,8- - Медь 35- 51 НЯС
20Н50Д35СР (ТУ 48-19-40-73) 1,1 40
ПГ-С1 типа ПН-УЗ 3-5 Основа 2,5-3,3 2,8-4,2 27-31 - 0,4-1,5 - 55 НЯС
0Х28НЧС4 (ГОСТ
21448-75)
ПГ-УС25 типа ПН- 1-1,8 - 4,4-5,4 1,6-2,6 35-41 - 2,5(не - 53 НЯС
У50Х38Н (ГОСТ 21448-75) более)
ПГ-С27 типа ПН- 1,5-2 - 3,3-4,5 1-2 25-28 - 0,8-1,5 Вольфрам 52 НЯС
У40Х28Н2С2ВМ 0,2
(ГОСТ 21448-75)
ПГ-ФБХ6-2 типа - - 3,5-5,5 1-2,5 32-37 1,3- 1,5-4 54 НЯС
ПН-У45Х35ГСР 2
(ГОСТ 21448-75)
ПГ-АН1 типа ПН- - - 2-2,8 1,5-2,5 26-32 1,2- 0,5-1,5 54 НЯС
У25Х30СР (ГОСТ 1,8
21448-75)
Название 'твердые сплавы' по отношению к этим порошкам несколько
условно. Высокой твердостью обладают входящие в их состав карбиды и бориды, присутствие которых определяет высокую износостойкость этих материалов [10]. Собственно, сплавы могут иметь твердость, значительно меньшую, чем у закаленной стали. Научно-производственное объединение 'Тулачермет' выпускает порошки на никелевой основе, сходные по составу с известными порошками типа ПГ-СР и СНГН, но отличающиеся пониженным содержанием кислорода и других примесей (табл. 2).
Таблица 2 - Состав порошковых твердых сплавов 'Тулачермет'
Марка Содержание элементов по массе Твердость
Железо Углерод Кремний Хром Бор Марганец Прочие 35 НЯС
ПЖВ1 Основа 0,02 0,08 12-15 1,52,1 - - 45 НЯС
ПЖВ2 - 0,3 0,10 13,516,5 22,8 - - 55 НЯС
ПЖВ3 - 0,8 0,15 15-18 2,83,8 - - 54-60 НЯС
ПЖВ4 - 0,12 0,20 14-18 3,84,5 0,5 - 190-230 НВ
ПЖВ5 - 0,25 0,30 - 1,21,5 - Медь 4-5 300-345 НВ
При выборе режимов их наплавки необходимо предусматривать меры, предупреждающие образование трещин. Набор порошковых присадочных материалов, используемых сейчас в ремонтном производстве, пока крайне ограничен. Объясняется это тем, что плазменная наплавка вошла в ремонтную практику как способ восстановления ответственных деталей.
Электроэрозионный порошок полученный нами соответствует всем необходимым критериям и может быть использован для плазменно-порошковой наплавки.
Однако возможности плазменной наплавки далеко не исчерпываются нанесением особо прочных и износостойких покрытий. Плазменная наплавка при нанесении тонкослойных покрытий намного производительнее электродуговой. Наплавленный слой ровный, без наплывов и других поверхностных дефектов. Припуски на механическую обработку составляют несколько десятых миллиметра, на одну треть сокращается расход присадочных материалов. Поэтому дополнительные затраты на плазмообразую-щие и защитные газы значительно окупаются путем повышения производительности при наплавке, сокращения затрат на механической обработке и снижения расходов на присадочные материалы.
Важной характеристикой порошков являются размер их частиц и гранулометрический состав. Причем, требования к гранулометрическому составу не одинаковы при разных методах плазменной наплавки. Порошки из сплавов для наплавки по ГОСТ 21448-75 в зависимости от гранулометрического состава разделяют на 4 класса: крупный (К), средний (С), мелкий (М) и очень мелкий (ОМ) [10].
Нами предлагается использовать экологически чистый электроэрозионный порошок из отходов сплава Т30К4, а в предыдущих исследованиях была проведена оптимизация состава по гранулометрическому размеру порошка [11,12].
Трибологические характеристики исследуемых образцов, полученные при испытаниях, приведены в таблице 3.
Таблица 3 -Трибологические характеристики исследуемых образцов
Исследуемый параметр Значение
Коэффициент трения (Ю Начальный 0,228
Минимальный 0,216
Максимальный 0,826
Среднее значение 0,756
Среднее отклонение 0,029
Микротвердость, ГПа Контртела 8,0
Образца 6,262
Фактор износа, мм3 • Н 1 • м 1 х10-5 Контртела 0,016
Образца 1,138
Выводы. Проведенные исследования показали, что способом электроэрозионного диспергирования отходов твердого сплава марки Т30К4 можно получить износостойкий порошок-сплав с равномерным распределением легирующих элементов и применять его в качестве присадочного материала при плазменно-порошковой наплавке [13].
Предложена технология восстановления и упрочения изношенных лап культиваторов плазменно-порошковой наплавкой с применением порошковых материалов, изготовленных электроэрозионным диспергированием из отходов твердого сплава марки Т30К4, что позволяет обеспечить необходимые триботехнические свойства покрытий рабочих органов почвообрабатывающего инструмента, что подтверждено трибологическими испытаниями.
Список литературы
1. Получение и исследование порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов электроэрозионным диспергированием: монография / Агеев Е.В., Латыпов Р.А., Агеева Е.В., Давыдов А.А. Курск, 2013. 200 с.
2. износостойкие порошковые материалы для плазменно-порошковой наплавки / Е. В. Агеева, В. И. Серебровский, Е. В. Агеев, В. А. Кончин // Технический сервис машин. - 2023. - № 2(151). - С. 147-156.
3. Повышение эффективности процесса восстановления и упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин плазменно-порошковой наплавкой твердосплавных электроэрозионных материалов / Е. А. Агеева, В. И. Серебровский, Е. В. Агеев, В. А. Кончин // Технический сервис машин. - 2023. - № 2(151). - С. 84-94.
4. Кончин, В. А. Исследование размера электроэрозионных твердосплавных частиц для износостойкой наплавки / В. А. Кончин, Е. В. Агеев // Электроэнергетика сегодня и завтра: сборник научных статей Международной научно-технической конференции, Курск, 30 марта 2022 года / Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И.И. Иванова. - Курск: Закрытое акционерное общество "Университетская книга", 2022. - С. 76-80.
5. Кончин, В. А. Фазовый состав титано-кобальтового сплава Т30К4, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в воде дистилированной / В. А. Кончин // Современные материалы, техника и технология : сборник научных статей 12-й Международной научно-практической конференции, Курск, 30 декабря 2022 года. - Курск: Юго-Западный государственный университет, 2022. - С. 189-192.
6. Кончин, В. А. Исследование пористости нового титановольфрамового твердого сплава на основе электроэрозионных порошковых материалов / В. А. Кончин // Электроэнергетика сегодня и завтра : сборник научных статей 2-й Международной научно-технической конференции, Курск, 24 марта 2023 года / Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И. И. Иванова. Том 1. - Курск: Закрытое акционерное общество "Университетская книга", 2023. - С. 246-249.
7. Кончин, В. А. Порошковые электроэрозионные материалы для износостойкой наплавки / В. А. Кончин, Е. В. Агеев // Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении : Сборник научных статей 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Курск, 10-11 февраля 2022 года / Редколлегия: Разумов М.С. (отв. ред.). - Курск: Юго-Западный государственный университет, 2022. - С. 88-93.
8. Кончин, В. А. Результаты исследования износостойкости плазменного покрытия из твердосплавного порошкового материала / В. А. Кончин // Современные материалы, техника и технологии. - 2023. - № 2(47). - С. 30-32.
9. Elemental composition of the powder particles produced by electric discharge dispersion of the wastes of a VK8 hard alloy / Latypov R.A., Latypova G.R., Ageev E.V., Altukhov A.Y., Ageeva E.V. // Russian Metallurgy (Metally). 2017. Т. 2017. № 12. С. 1083-1085.
10. Кончин, В. А. Определение насыпной плотности электроэрозионного титано-вольфрамового порошка, полученного в керосине осветительном / В. А. Кончин // Электроэнергетика сегодня и завтра : сборник научных статей 2-й Международной научно-технической конференции, Курск, 24 марта 2023 года / Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И.И. Иванова. Том 1. - Курск: Закрытое акционерное общество "Университетская книга", 2023. - С. 242-245.
11. Исследование формы и морфологии поверхности частиц порошков, применяемых при восстановлении и упрочнении деталей машин / Агеев Е.В., Серебровский В.И., Семенихин Б.А., Агеева Е.В., Латыпов Р.А. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 1. С. 72-75.
12. Кончин, В. А. Исследование морфологии титановольфрамовых твердосплавных электроэрозионных порошков / В. А. Кончин // Технологии, машины и оборудование для проектирования, строительства объектов АПК : сборник научных статей Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов, магистров и бакалавров, Курск, 15 марта 2023 года. - Курск: Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И.И.Иванова, 2023. - С. 134-136.
13. Composition, structure and properties of hard-alloy powders obtained by electrodispersion of T5K10 alloy in water / Ageev E.V., Ageeva A.E. // Metallurgist. 2022.
Konchin Vladimir Alekseevich, graduate student (konchin98@mail.ru)
Kursk State Agrarian University named after I.I. Ivanova
ANALYSIS OF MATERIALS, USED IN PLASMA POWDER SURFACING
Abstract: This article provides an analysis of the composition and properties of the deposited metal of some industrial surfacing materials.
Key words: surfacing, restoration, properties of the deposited material.
