CC BY
15
УДК 621.791.92.04
A.С. Лосев, A.S. Losev, e-mail: [email protected] Е.Н. Еремин, E.N. Eremin.
B.К. Су млея иное, V.K, Sumleninov, Р.И. Ильясов, R.I, Ilyasov,
Д.Ю. Лес »я к, D. Yu. Lesnyak
Омский государственный технический университет, г. Омск. Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ИССЛЕДОВАНИЕ СТОЙКОСТИ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА РАБОТАЮЩЕГО В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР
INVESTIGATION OF RESISTANCE DEPOSITED METAL WORKING AT ELEVATED TEMPERATURES
Разработала новая порошковая проволока, обеспечивающая получение наплавленного металла типа мартенснтно-стареющей стали системы легирования Fe-NiMo-Cr- Si-V-Ti-Al-B Показано, что г ж он металл имеет высокую теплостойкость, что позволяет рекомендовать его для наплавкн рабочих поверхностей штампо-вого инструмента.
Described is a new flux-cored wire that provides deposited metal of the type of maraging steel with the alloying system Fe-Ni-Mo-Cr-Si-V-П-Al-B. It's proven that this type of metal are more heat, that allows to recommend it to be used for hardenms of working surfaces of stamping tools.
82
Ключевые слова: порошковая проволока; мартенситно-стареющая сталь, бориды; упрочнение, теплостойкость, штамповый инструмент
Keywords: Jhoc-corad; maraging steel; boride; improving; thermal stability; stamping tool
Повышение стойкости штампов ого инструмента за счет изготовления его из износостойких сталей с точки зрения экономической целесообразности почти исчерпало свои потенциальные возможности Известно, что доля изнашиваемого металла в массе всего инструмента составляет обычно не более 3... 10 %. Процессы наплавки позволяют изготавливать не только новые штампы, но и дают возможность многократно ремонтировать изношенные инструменты при минимальных материальных затратах [1].
Новые перспективы для разработки износостойких наплавочных материалов, в которых удачно сочетаются прочность, износостойкость и термостойкость, открывает переход к получению наплавленного металла с композиционной структурой, состоящего из относительно мягкой матрицы (основы) и высокопрочных волокон, армирующих матрицу [2]
В работе [3] установлено, что введение в мартенситно-стареющую сталь 0Н13М5Х4ФСТЮ тугоплавких соединений бора (В4С, TÍB2, 2гЕЬ) способствует получению композиционной структуры, состоящей из железоникелевого мартенсита и карбоборидной эвтектики, располагающеюся в виде каркаса («скелета»). Данная сталь в состоянии после наплавки обладает микротвердостью 460-495 HV, что позволяет удовлетворительно обрабатывать её режущим инструментом не проводя операцию отжига. После отпуска при 500 °С в течение 1 -2 часов происходит повышение микротверд ости до 670-714 HV [4, 5].
В данной работе приведены результаты исследования теплостойкости наплавленного металла, полученного порошковой проволокой 0Н13М5Х4ФСТЮ с тугоплавкими соединениями бора (BjC, TiBi, ZrBV). Для сравнения также определялась теплостойкость серийно выпускающихся наплавочных материалов компании Casitoim-Eutectic, (Германия), предназначенных для упрочнения штампов ой оснастки: электроды Castolin 6 - 0 2,5 мм (80М10Х5В2Ф2С) и Castolin XHD 6806 - 0 3f2 мм (35В8ХЗФСГ): проволокой CastoMag 45355 - 0 1,2 мм (ОН18К12М4ТС). Металл получали наплавкой в 3 слоя на пластины из стали СтЗ размером 200 х 50 х 10 мм без предварительного подогрева.
Испытание теплостойкости наплавленного металла, проводили по изменению его твердости после отпуска в интервале температур от 450 до 750 °С при выдержке 2 часа. Метал.!, полученный наплавочными материалами Castolm 6 и Castolin XHD 6306, испыгывался в состоянии после наплавки Перед испытанием образцы из сталей (CastoMag 45355, 0Н13М5Х4ФСТЮ как с борщами так и без них) подвергались старению при температуре 500 °С в течение 2 часов.
Как показали исследования, наплавленный металл полученный порошковой проволокой 0Н13М5Х4ФСТЮ с боридами по теплостойкости при температурах до 650 °С находится на уровне металла наплавленного электродами Castolm 6, а при более высоких температурах значительно превосходит все исследуемые наплавочные материалы. Результаты испытаний на теплостойкость приведены в табл. 1
Таблица 1
Результаты испытании на теплостойкость
Наплавочный материал Твердость наплав, металла HRC после отпуска при температуре, °С
450 550 650 750
Castolin б 61 60 52 34
Castolin XHD 6806 46 43 36 32
CastoMag 45355 54 52 43 35
0Н1ЗМ5Х4ФСТЮ с боридами 56 55 50 45
Полученные значения теплостойкости исследуемых наплавочных материалов можно связать с их различием в составе и характере образующихся "упрочняющих фаз, а также предельной температурой фазовых а <-> у — превращении.
Металл наплавленный электродами Са^Ьп ХЬГО 6806 имеет мартенситную структуру упрочненную карбидами МевС и МеС. Низкие значения теплостойкости данного материала можно объяснить тем, что данные карбиды обладают низкой стойкостью к коагуляции в результате воздействия высоких температур (рис. 1, а).
Рис 1 Микроструктура металла наплавленного электродами Castolm XHD 6806 (а) и Castolin б (б) после отпуска при 750 °С - 2 часа
Металл, наплавленный электродами Castolin 6, относится к классу быстрорежущих статей, упрочнение которого происходит специальными труднорастворимыми карбидами Me;С и Ме^зСб- что и предопределяет его высокую теплостойкость при температурах до 650 °С. При более высоких температурах в данном металле происходит стабилизация аустешгга (рис. 1, о), приводящая к резкому снижению твердости.
Мартенситно-стареюший металл, наплавленный проволокой CastoMag 45355, имеет структуру безуглеродистого никелевого мартенсита упрочнение которого происходит за счет выделения интерметаллндных фаз N13T1 и (Fe, Со^Мо. При нагреве такого наплавленного металла свыше температур оптимального старения (500 °С) происходит коагуляция упрочняющих интерметаллндных фаз за счет растворения более мелких частиц и стабилизация остаточного аустенита (рис. 2, а).
Рис 2. \Ьпсроструктура металла наплавленного проволоками С'аяоМаг 45355 (а) и 0Н13М5Х4ФСТЮ (о) с борщами после отт ека при 750 °С - 2 часа
Упрочение натавленного металла порошковой проволокой 0Н13М5Х4ФСТЮ с бо-рндами. в отличие от обычных мартенситно-стареющих статей, происходит за счет выделения мелкодисперсных интерметаллидных фаз Лавеса (Ие, V, 81);(Мо, Т1) и высокопрочных труднорастворимых карбоборндных фаз (Тт. Мо, Бе, У>2з(С,В)б и (Сг, Бе, Мо, Т1)7(С'.В)з_
Кроме этого введение боридов в данный металл приводит к образованию карбоборндной эвтектики (Те, Т1, Мо)з(С.В). имеющей скелетообразный характер и зернограничное расположение. Такое структурное состояние повышает температуру рекристаллизации и замедляет диффузионные процессы при высоких температурах, поэтому отпуск данного наплавленного металла до температуры 750 °С не оказывает значительного влияния на изменение структуры. В этом случае не происходит коагуляция упрочняющих фаз и расслоение твердого раствора, что и определяет его высокие показатели теплостойкости (рис. 2, б).
Таким образом, введение боридов (В4С. Т1В2, в состав порошковой проволоки на основе маргенсишо-стареюшей стали ОН13М5Х4ФСПО. позволяют 'значительно повысить ее теплостойкость до 750 °С. Применение данной проволоки, в качестве наплавочного материала, позволит существенно повысить работоспособность нпамповой оснастки и узлов металлургического оборудования: работающих в условиях многократно изменяющихся температур.
Библиографический список
1. Соколов, Г. Н. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей ! Г. Н. Соколов, В И. Лысак. - Волгоград : ВолгГТУ, 2005. - 284 с.
2. Уманский, А. П Композиционный материал на основе карбонитрнда титана со связкой железо - хром / А. П. Уманский // Порошковая металлургия - 2001 - № 11-12. -С.113-117.
3. Еремин. Е. Н. Применение боридных соединений в порошковой проволоке для наплавки мартенснтно-стареющей стали / Е. Н. Еремин, А. С. Лосев // Сварочное производство. - 2011. -№10 -С. 12-15.
4. Пат. 2429957 Российская Федерация, МПК В 23КЗ5/368. Порошковая проволока / А. С. Лосев, Е. Н. Еремин. В. Ф. Мухин. - № 2010113168/02 ; заявл. 27.09.2011, Бюл. № 27.
5. Еремин, Е. Н. Влияние боридных соединений на структуру и свойства мартенснтно-стареющей штамповой стали, нашгавленной порошковой проволокой / Е. Н. Еремин. А. С. Лосев // Сварка и диагностика. - 2013. - № 3. - С. 32—35.
85
