Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ ИЗ ВЫСОКОХРОМИСТОГО ЧУГУНА, ПОЛУЧЕННЫХ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКОЙ И УПРОЧНЕННЫХ СФЕРОРЕЛИТОМ'

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ ИЗ ВЫСОКОХРОМИСТОГО ЧУГУНА, ПОЛУЧЕННЫХ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКОЙ И УПРОЧНЕННЫХ СФЕРОРЕЛИТОМ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
113
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Ползуновский вестник
ВАК
RSCI
Ключевые слова
ВЫСОКОХРОМИСТЫЙ ЧУГУН / СФЕРОРЕЛИТ / ИНДУКЦИОННАЯ НАПЛАВКА / УПРОЧНЯЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ / ИЗНАШИВАНИЕ / БОРИДНАЯ ЭВТЕКТИКА / КАРБИДЫ WC-W2C / B4C / СR3C2

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Ишков Алексей Владимирович, Иванайский Виктор Васильевич, Кривочуров Николай Тихонович, Щеголев Александр Владимирович, Аулов Вячеслав Федорович

В статье описано получение, исследована структура и определена сравнительная износостойкость новых покрытий из высокохромистого чугуна, предназначенных для упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин. Для повышения износостойкости и придания новых потребительских качеств покрытиям осуществлена их модификация сферическим карбидом вольфрама WC-W2C - сферорелитом. Покрытия получали индукционной наплавкой базовой шихты на основе высокохромистого чугуна марки ПГ-УС25 и боратного флюса для индукционной наплавки марки П-0,66, модифицированной добавкой до 5…10 мас. % сферорелита WC-W2C, вводимом в комплексе с карбидом бора B4C. Свойства полученных покрытий сравнивали с материалом-основой (сталь 65Г), покрытием, полученным из базовой шихты и с покрытиями, упрочненными 25…30 мас. % керметом Cr3C2/ПГ-УС25, полученным методом СВС. Показано, что введение в базовую шихту указанного комплекса позволяет повысить твердость наплавленных до 1000…1200 HV100 а износостойкость в 3,1…4,5 раза по отношению к материалу-основе, и в 1,3…1,8 раза по отношению к базовому (не упрочненному) материалу. Наблюдаемые изменения структуры и свойств покрытий объясняются образованием новых фаз, эффектом Шарпи и дисперсионным упрочнением. Однако, наибольшей износостойкости в проведенных тестах удается достичь у материала, модифицированного СВС-керметом Cr3C2/ПГ-УС25, который добавляется в базовую шихту за счет уменьшения доли металлического компонента.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Ишков Алексей Владимирович, Иванайский Виктор Васильевич, Кривочуров Николай Тихонович, Щеголев Александр Владимирович, Аулов Вячеслав Федорович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ ИЗ ВЫСОКОХРОМИСТОГО ЧУГУНА, ПОЛУЧЕННЫХ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКОЙ И УПРОЧНЕННЫХ СФЕРОРЕЛИТОМ»

DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2019.01.030 УДК 620.178.16; 621.791.92

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ ИЗ ВЫСОКОХРОМИСТОГО ЧУГУНА, ПОЛУЧЕННЫХ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКОЙ И УПРОЧНЕННЫХ СФЕРОРЕЛИТОМ

А.В. Ишков, В.В. Иванайский, Н.Т. Кривочуров, А.В. Щеголев,

В.Ф. Аулов, В.П. Лялякин

В статье описано получение, исследована структура и определена сравнительная износостойкость новых покрытий из высокохромистого чугуна, предназначенных для упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин. Для повышения износостойкости и придания новых потребительских качеств покрытиям осуществлена их модификация сферическим карбидом вольфрама WC-W2C - сферорелитом. Покрытия получали индукционной наплавкой базовой шихты на основе высокохромистого чугуна марки ПГ-УС25 и боратного флюса для индукционной наплавки марки П-0,66, модифицированной добавкой до 5...10 мас. % сферорелита WC-W2C, вводимом в комплексе с карбидом бора B4C. Свойства полученных покрытий сравнивали с материалом-основой (сталь 65Г), покрытием, полученным из базовой шихты и с покрытиями, упрочненными 25.30 мас. % керметом CreC2nr-УС25, полученным методом СВС.

Показано, что введение в базовую шихту указанного комплекса позволяет повысить твердость наплавленных до 1000.1200 HV100 а износостойкость в 3,1.4,5 раза по отношению к материалу-основе, и в 1,3.1,8 раза по отношению к базовому (не упрочненному) материалу. Наблюдаемые изменения структуры и свойств покрытий объясняются образованием новых фаз, эффектом Шарпи и дисперсионным упрочнением. Однако, наибольшей износостойкости в проведенных тестах удается достичь у материала, модифицированного СВС-керметом CreC2/nr-УС25, который добавляется в базовую шихту за счет уменьшения доли металлического компонента.

Ключевые слова: высокохромистый чугун, сферорелит, индукционная наплавка, упрочняющее покрытие, изнашивание, боридная эвтектика, карбиды WC-W2C, B4C, CreC2.

ВВЕДЕНИЕ

Рабочие поверхности металлических деталей испытывают значительные локальные деформации, знакопеременные нагрузки, удары, нагрев и пр., изменяющие их структуру и свойства и вызывающие их изнашивание. Износ деталей приводит к изменению их микро- и макрогеометрии, нарушает нормальную работу сопряжений, снижает надежность машин и, в конечном счете, выводит технику из строя [1]. Интенсивному износу подвержены и рабочие органы сельскохозяйственных машин, которые также страдают и от коррозии, вызванной специфическими свойствами обрабатываемого ими материала (животные и растительные биологические среды, растительные остатки, почва) [2].

Для продления срока службы и сохранения параметров этих деталей их поверхность упрочняют покрытиями из высокохромистых чугунов - сплавов и композиционных материалов систем Fe-Cr-C, Fe-Cr-C-B и др. [3]. Эти материалы широко распространены в Росси и

за рубежом [4, 5], а упрочняющие покрытия могут быть нанесены на деталь различными методами [6, 7].

Тем не менее, износостойкость этих материалов, в отдельных случаях (молотки дробилок, ножи измельчителей, лемехи, лопасти смесителей и др.), может оказаться недостаточной [8].

Существующие методы повышения износостойкости этих материалов базируются: на разработке новых наплавочных материалов, на основе различных d-металлов или сплавов [9]; введении в существующие материалы дополнительных компонентов (наночастиц, сверхтвердых карбидов, керамики и др.) [1012]; изменение природы контактного взаимодействия с реализацией эффекта Шарпи [1]; формирование в покрытии или на его границах новых износостойких фаз [13-16] и др.

Однако, наиболее перспективным, с технической точки зрения, является введение в готовые наплавочные материалы небольших количеств (до 5 мас. %) активных добавок, например

известного модификатора сухого трения MoS2 [17], что позволяет без существенных изменений использовать для нанесения покрытий известную высокопроизводительную технологию индукционной наплавки [3, 7].

Для формирования упрочняющих покрытий из высокохромистого чугуна на поверхности рабочих органов сельскохозяйственных машин методом индукционной наплавки в промышленности широкое применение получили материалы марок ПГ-С27 и ПГ-УС25 [4]. Ранее нами уже были исследованы аналогичные покрытия из чугуна марки ПГ-УС25, армированные добавкой до 5 мас. % B4C [18], а также покрытия, армированные добавкой до 25...30 мас. % кермета CrзC2/ПГ-УС25, полученного методом СВС [19]. Покрытия наплавляли слоем 0,2.0,3 мм на лезвие детали-ножа комбайна, при этом их износостойкость увеличилась в 2,5.3,1 раза.

Сферический порошок карбида вольфрама

- сферорелит, является новым, перспективным материалом для упрочнения различных деталей, а также придания новых свойств известным покрытиям на основе N Fe, ^ [20]. Этот уникальный продукт на основе одного из самых твердых, прочных ^=2200 МПа, ст=700 ГПа) и термически стойких материалов в промышленности - WC, получается по оригинальной технологии центробежного распыления его слитков. При этом гранулы имеют правильную, строго сферическую форму, а благодаря распылению слитков из эвтектической смеси карбидов WC-W2C, дополнительно легированной d-металлами

- стабильный состав и мелкозернистую структуру, что обеспечивает высокую технологичность порошку и дополнительное повышение твердости материала.

Однако при промышленной модификации упрочняющих, износостойких покрытий WC, и сферорелитом в частности, используются более высокоэнергетические, но гораздо менее производительные методы их нанесения, чем ТВЧ-технология: плазменная, электродуговая и газопламенная наплавки [10, 12, 13]. Поэтому создание покрытий из высокохромистого чугуна, упрочненного сферорелитом, с помощью метода индукционной наплавки актуально.

Целью настоящей работы являлось получение методом индукционной наплавки покрытий из высокохромистого чугуна марки ПГ-УС25, упрочненных 5.10 мас. % сферорелита КВС-5, исследование их структуры и свойств.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В качестве исходных реагентов использовали: порошок твердого сплава ПГ-УС25,производства ОАО «Полема», г. Тула (ГОСТ21448-75); шлиф. порошок карбида бора

B4C, зернистостью 10 (ГОСТ 5744-85); сферический карбид вольфрама (сферорелит) марки КВС-5 (опытная партия), производства НПП ООО «Ресурс-1», НТК «Институт электросварки им.Е.О Патона» НАН Украины, г. Киев (ТУ У 24.1-19482355-001:2010); порошок термореа-гирующий ПТ-19Н-01, производства ДП «То-резский завод наплавочных твердых сплавов», г. Торез (ТУУ322-19-004-96); а также бо-ратный флюс для индукционной наплавки П-0,66 [7], производства ОАО «Анитим», г. Барнаул. Все порошковые металлические и флюсовые материалы перед приготовлением шихты просушивали, измельчали и просеивали через сита, с диаметром ячейки 0,350 и 0,125 мм, соответственно.

Покрытия получали индукционной наплавкой базовой шихты, содержащей, мас. %: ПГ-УС25 - 85; флюс П-0,66 - остальное [3]. Компоненты дозировали по весу и смешивали в биконусном смесителе в течение 0,5.1 ч. Модификатор (комплекс сферорелит + B4C) вводили в шихту за счет уменьшения металлической (до 75 мас. %) или неметаллической (до 10 мас. %) части.

Наплавку покрытий осуществляли на ТВЧ-установке ЭЛСИТ-100/75 с водоохлажда-емым одновитковым щелевым индуктором, выполненным из профилированной медной трубки 015мм, нанося готовую шихту слоем, толщиной 2-3 мм, на экспериментальные образцы из стали 65Г, размером 50x20x5 мм, и нагревая их токами высокой частоты (65.75 кГц) до температуры 1150.1250 оС, в течение 45.60с. На полученных образцах проводили оптимизацию составов и отработку технологии, оценивая состояние их поверхности и твердость HRCэ (пресс ТК-2).

Металлографические исследования проводили на микроскопе CARL ZEISS AXIO OBSERVER-Z1 M и микротвердомере МН-6 по стандартным методикам ASTM: E 3, Е 407, Е 1558, Е 883, Е 384. Рентгенофазовый анализ продуктов проводили на дифрактометре ДРОН-6 (Cu, Ka-излучение, Х=1,5418 А), идентификацию фаз - в пакете программ PDWin, используя картотеки: PDF-2, ICDD.

Рентгенофлуоресцентный микроанализ проводили на РЭМ Philips SEM515 с микроанализатором EDAX ECON IV.

Износостойкость определяли по оригинальной методике, объединяющей тесты при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы ГОСТ 23.208-79 (ASTM G174-04(2017), и по схеме палец-диск ASTM G99 (2010), на специальном лабораторном трибометре, нагрузка 40.45 ± 0,25 Н, внутренний стандарт - сталь 65Г, закаленная до 55.57 HRCэ.

Относительный износ определяли взвешиванием образцов на весах ВЛК-500, с точностью ±0,01 г.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Использованная нами опытная партия сферорелита КВС-5, дополнительно легирована до 0,5...0,8 мас. % что позволяет получить продукт с твердостью до 3100 МПа, при составе образца, мас. %: W 95,8-96,0; C 3,8-4,0; Fe<0,11; ^ 0,5-0,8; С(свободный) 0,02-0,05, фракция продукта 0 0,25-0,5 мм.

Сложность получения монолитных покрытий из высокохромистого чугуна, при их модификации карбидом вольфрама, c помощью ТВЧ-технологии, объясняется техническим противоречием между рабочей температурой этого процесса 1100.1200 оС [7], температурами плавления карбидов 2500.2800 оС, образующихся в системе W-C [21], а также температурами плавления 1400.1500 оС металло-керамических материалов типа ВК на кобальтовой связке [3, 7]. Большая разница температур и малое время процесса не позволяют получить качественное, монолитное покрытие.

Пробные эксперименты по упрочнению ПГ-УС25 только одним сферорелитом КВС-5, взятом в количестве до 5 мас. %, как и ожидалось, не дали должного эффекта. В полученных покрытиях гранулы карбида вольфрама не образовали металлической связи с высокохромистым чугуном и выкрашивались из слоя даже при изготовлении изолированных образцов. Кроме того, из-за резкого различия в механических свойствах, коэффициентах термического расширения и температурой плавления сферорелита и твердого сплава, в покрытиях при выкрашивании образовались трещины.

Известно, что эффективность модификации и качество покрытий могут быть улучшены путем увеличения адгезии на границе гранул сферорелита с высокохромистым чугуном при температуре его плавления 1100.1200 оС. Эта задача может быть решена путем использования карбида вольфрама в покрытиях, полученных по ТВЧ-технологии не в чистом виде, а в составе специальных комплексов - смесей с веществами, способными химически взаимодействовать одновременно как с поверхностью модификатора, так и материала-связки, причем их активность должна проявляться при температурах ниже 1100.1300 оС. Таким компонентом наплавочной шихты может стать карбид бора B4C, который в условиях ТВЧ-нагрева, как показано нам ранее [3, 22] вступает в реакцию с компонентами твердого сплава и наплавляемой стальной поверхностью, образуя в объеме и на фазовых границах различные продукты:

эвтектику Fe-B, бориды Fe2B, FeB, карбобори-ды Fe,Me(C,B)з, борированный аустенит Fe,Me2з(C,B)6 где: Me - легирующий металл(ы), что также подтверждают данные работ [14, 23].

Высокая реакционная способность B4C в условиях ТВЧ-нагрева и его введение в состав комплекса с WC, обосновывается также и топо-химической реакцией, протекающей между эти веществом и железом, стали с образованием легкоплавкой 960.980 оС эвтектики Fe-B [23]. Указанные обстоятельства позволяют предположить вовлечение в физико-химические, адгезионные процессы на фазовых границах и карбидов вольфрама WC, W2C, входящих в состав сферорелита.

Дальнейшую модификацию покрытий из чугуна ПГ-УС25 проводили уже комплексом КВС-5+B4C, вводя его компоненты в готовую шихту для индукционной наплавки за счет уменьшения содержания чугуна ПГ-УС25 -сферорелит, и за счет флюса для индукционной наплавки П-0,66 - карбид бора. Общее количество компонентов модифицирующего комплекса в шихте составляло 4.12,5 мас. %, что при выбранной методике модификации позволяет сохранить толщину, равномерность, качество и оптимальный режим нанесения покрытий в промышленных условиях.

На рисунке 1 приведена структура покрытия, полученного при модификации чугуна ПГ-УС25 комплексом: 3.5 мас. % сферорелита КВС-5 и 1.1,5 мас. % карбида бора, с обозначенными на ней (цифры) основными фазами.

С

Рисунок 1 - Структура покрытия, модифицированного комплексом: 3.5 мас. % сферорелита КВС-5 + 1.1,5 мас. % B4C

Как видно из приведенной на рисунке 1 микрофотографии, при модификации высокохромистого чугуна комплексом КВС-5+B4C, в количестве 4.6,5 мас. % удалось получить

монолитное покрытие, в котором гранулы сферорелита образовали металлические связи с матричным металлом, прочно удерживаются в наплавленном слое и не выкрашиваются при трении.

В таком покрытии при индукционной наплавке формируются следующие основные фазы: 1 - борированная мелкодисперсная эвтектика из карбидов Fe и Сг, с включениями измельченных игольчатых карбидов Cr7Cз, с твердостью 930.950 HV1oo; 2 - эвтектика из карбидов Fe и Сг, с включениями на границе сплавления с металлом-основой первичных и вторичных дендритов, с твердостью 850.900 HV1oo; 3 - сферические гранулы карбида WC-W2C, с очерченной границей, адгезионно-связанные с чугунной матрицей, с твердостью 1600.1950 HV1oo. Интересно отметить, что в полученном покрытии, несмотря на значительное подплавление металла-основы, полностью отсутствуют характерные для индукционной наплавки дендритные структуры на границе раздела металл-основа/покрытие [3, 7].

Однако в покрытии имеются и дефекты: поры, трещины, образование которых связано с наличием неметаллических включений (В4С и продукты его усвоения материалом -графит).

Рисунок 2 - Тонкая структура границы раздела сферорелит/высокохромистый чугун в покрытии, модифицированном комплексом: 5.10 мас. % сферорелита КВС-5 + 1,5.2,5 мас. % B4C + 2...3 мас. % ПТ-19Н-01

Для улучшения качества покрытия в состав комплекса дополнительно вводили более мягкий материал - термореагирующий никелевый порошок, плакированный алюминием ПТ-19Н-01 в количестве н.б. 2.3 мас. % для «залечивания» трещин. Кроме того, введение этого компонента, теоретически, позволит увеличить в материале содержание

сферорелита до 8.10 мас. % без ухудшения качества покрытия [4-6, 9, 13].

На рисунке 2 приведена тонкая структура покрытия, полученного при модификации чугуна ПГ-УС25 комплексом: 8.10 мас. % сферорелита КВС-5; 1,5.2,5 мас. % карбида бора и 2...3 мас. % никелевого порошка ПТ-19Н-01. Как видно из рисунка, в материале покрытия не только произошло «залечивание» трещин, но и наблюдается химическое взаимодействие карбида бора с поверхностью гранул сферорелита, приводящее к формированию на границе раздела новой фазы - вольфрам-боридной эвтектики, имеющей характерную скелетообразную морфологию, что и приводит к увеличению адгезионного взаимодействия модификатора WC, W2C с матрицей покрытия.

В табл. 1, приведены результаты химического анализа состава фаз покрытия, модифицированного комплексом 3.5 мас. % сферорелита + 1.1,5 мас. % B4C, в контрольных точках (см. рис. 3), полученные рентгенофлюоресцентным микроанализом.

Таблица 1 - Результаты химического анализа состава фаз покрытия, модифицированного комплексом: 3.5 мас. % сферорели-та + 1.1,5 мас. % B4C

Точка спектра (фаза) Элемент, линия Содержание элемента, %

весовой атомный

1 С, Ка 08,91 32,81

Si, Ка 02,24 02,32

СГ, Ка 35,73 26,56

Mn, Ка 02,39 01,98

Ре, Ка 49,53 34,29

N Ка 00,09 00,07

В, Ка 02,23 01,53

2 С, Ка 11,13 35,81

Si, Ка 01,24 01,71

СГ, Ка 33,37 24,16

МП, Ка 01,39 00,98

Ре, Ка 42,53 29,12

N Ка 00,99 00,65

3 С, Ка 03,71 16,26

Si, Ка 02,52 05,07

СГ, Ка 24,84 26,98

МП, Ка 02,83 02,91

Ре, Ка 59,38 60,05

Со, Ка 00,55 00,39

W, 1_а 07,68 02,36

В, Ка 01,17 00,93

Как следует из приведенных в таблице 1 данных, состав основных фаз полученного покрытия - борированной (точка 1) и небориро-

ванной (точка 2) эвтектики из карбидов Fe, Сг, по основным и растворенным элементам Mn, Fe, Si) существенно не различается. Видно, что борирование этой фазы материала произошло, в основном, за счет изоморфного замещения в эвтектике Fe-Cr-C части углерода бором, о чем свидетельствует уменьшенная на 2...3 % доля этого элемента в фазе 1. Но введение B4C в материал покрытия привело к увеличению в эвтектике содержания кремния, и практически полному вытеснению никеля, что подтверждается и данными работы [14].

Превращения, происходящие на границе раздела гранул сферорелита с высокохромистым чугуном (точка 3) также изменяют состав основного материала, причем степень усвоения бора здесь выше, чем в случае точки 1, так как практически все количество углерода, определенное в точке 3, соответствует стехио-метрической доле этого элемента в карбидной эвтектике WC-W2C [21].

Однако рентгенофазовый анализ этого покрытия не выявил в нем новых фаз индивидуальных либо смешанных боридов, что еще раз подтверждает основную форму существования бора в модифицированных материалах - в составе эвтектик Fe-C-B, Fe-Me-C-B, где: Me - легирующий металл(ы), где он замещает часть углерода. В то время как образование в покрытии новых фаз специальных карбидов W2Fe21C6, W2Co4C (рис. 3), свидетельствует о протекании поверхностных химических реакций за счет участия в них легкоплавкой эвтектики Fe-B и перераспределения углерода из имеющихся в материале карбидов и 3, 4-х эвтектик Fe-Cr-C-(B) [15].

Рисунок 3 - Фрагмент рентгенограммы покрытия, модифицированного комплексом: 3.5 мас. % сферорелита + 1 .1,5 мас. % B4C

Отсутствие на рентгенограмме пиков FeB, Fe2B, подобно, например, покрытиям, полученных нами ранее при ТВЧ-нагреве стали 65Г в шихте, содержащей 80...85 мас. % B4C [22], как и отсутствие пиков боридов W, можно связать с малой общей долей бора как в вводимых комплексах (1...2,5), так и в шихте в целом (0,8...2 мас. %).

Проведенные исследования позволили разработать два оптимизированных состава шихты для промышленной индукционной наплавки высокохромистого чугуна ПГ-УС25, упрочненного сферорелитом, составы и некоторые свойства которых приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Составы шихты для индукционной наплавки покрытий из высокохромистого чугуна ПГ-УС25, упрочненных сфероре-литом

Шихта Ингредиент Содержание, масс. % HRCэ

1 ПГ-С25 80...85

КВС-5 3...5 65

B4C 1...1,5

Флюс П-0,66 остальное

2 ПГ-С25 75...78

КВС-5 8...10

B4C 1,5...2,5 55

ПТ-19Н-01 2...3

Флюс П-0,66 остальное

По данным таблицы 2 можно выдать следующие рекомендации производству. Для получения тонких износостойких покрытий на режущих кромках деталей и упрочнения, например, термически обработанных ножей сельскохозяйственных машин, предпочтительнее воспользоваться составом № 1, так как твердость этого материала в 1,2...1,4 раза превышает твердость металла-основы (сталь 65Г), что обеспечивает лезвию эффект самозатачивания и увеличивает срок службы [2, 3]. Для получения же более толстых покрытий (стрельчатые лапы, молотки дробилок и пр.), а также в остальных случаях - можно рекомендовать состав № 2.

Для сравнительного теста на износостойкость были получены покрытия, толщиной 1,5...2 мм из базовой шихты [7], состава № 1, а также шихты модифицированной керметом CrзC2/ПГ-УС25, полученным методом СВС, в количестве до 25.30 мас. %, как описано в работе [22]. Далее покрытия испытывались в одинаковых условиях, цикл: приработка 5 мин, испытание 30 мин.

На рисунке 4 приведена диаграмма, показывающая весовой износ (в %) образцов с исследованными покрытиями, где износ стали

65Г, термообработанной до твердости 55...57 ИРОэ, был принят за эталон.

Из рисунка 4 видно, что износ покрытия из немодифицированного материала ПГ-УС25 в условиях испытаний составил 41 %, в то время как его упрочнение комплексом сферорелита с В4О понижает эту величину до 32 %, что отвечает увеличению относительной износостойкости в 3,1 раза, но еще более высокую износостойкость в условиях теста - в 4,5 раза, показали полученные нами ранее покрытия, модифицированные керметом ОгзО2/ПГ-УС25.

120

100

22 32 Я

u

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

СгЗС2 B4C.WC ПГ-УС25 65Г

Рисунок 4 - Относительный весовой износ покрытий, модифицированных различными способами

ВЫВОДЫ

1. Предложено увеличивать износостойкость покрытий из высокохромистого чугуна ПГ-УС25, полученных индукционной наплавкой, их модификацией комплексом на основе сферорелита КВС-5 и B4C.

2. Показано, что введение в базовую шихту для индукционной наплавки указанных компонентов позволяет повысить твердость покрытий (до 1000.1200 HV100), а их износостойкость в 3,1 раза (по отношению к металлу-основе) и 1,3 раза (по отношению к базовому, не модифицированному материалу), в зависимости от массовой доли сферорелита в шихте.

3. Обнаруженные изменения структуры и свойств покрытий объясняются процессами: образования новых фаз (эвтектик Fe-B, 3, 4-х эвтектик Fe-Cr-C-(B), специальных карбидов W2Fe2iC6, W2C04C); -эффектом Шарпи; -измельчением и дисперсионным упрочнением эвтектик Fe-Cr-C при ТВЧ-борировании.

Благодарности

Авторы благодарят с.н.с., к.т.н. С.Г. Иванова и с.н.с., к.т.н. М.В. Логинову (ПНИЛ СВС ФГБОУ ВО «АлтГТУ им. И.И. Ползуно-ва», г. Барнаул) за проведение металлографических исследований и рентгенофазовый анализ образцов, а также проф., д.т.н. С.М. Шанчурова (ООО «Центр лазерных технологий», г. Екатеринбург) за любезно предоставленный образец сферорелита.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Трение, изнашивание и смазка: справочник, в 2-х кн./ Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Али-сина. -Кн. 1. -М.: Машиностроение, 1978. -400 с.

2. Ткачев, В.Н. Износ и повышение долговечности деталей сельскохозяйственных машин. -М.: Машиностроение, 1971. -264 с.

3. Ишков, А.В. Композитные покрытия системы Fe-Cr-C-B для упрочнения деталей машин / А.В. Ишков, В.В. Иванайский, Н.Т. Кривочуров. -Саарбрюккен: LAP LAMBERT, 2014. -286 с.

4. Наплавочные материалы стран-членов СЭВ: каталог. .-Киев-М.: ВИНИТИ, 1979, -619 с.

5. Laird G., Gundlach R., Rohrig К. Abrasion-resistant cast iron. Handbook / Ed. American Foundry Society. -Schaumburg, USA, 2000.

6. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление / Пер. с японск. В.Н. Попова. -М.: Машиностроение, 1985. -240 с.

7. Ткачев, В.Н. Индукционная наплавка твердых сплавов /В.Н. Ткачев, Б.М. Фиштейн, Н.В. Ка-зинцев, Д.А. Алдырев. -М.: Машиностроение, 1970. -183 с.

8. Zum K., Eldis G.. Abrasive wear of white cast irons// Wear. 1980. -Vol. 64. -pp. 175-194.

9. Guilemany J.M., Miguel J.M., Vizcaino S., et al. Role of heat treatments in the improvement of the sliding wear properties of Cr3C2-NiCr coatings // Surface Coating Technology. -2002. -Vol.157. -рр. 207213.

10. Kazamer N., et al. A сomparison between hardness, corrosion and wear performance of APS-Sprayed WC-CoMo and WC-Co coatings // Solid State Phenomena.-2016. -Vol. 254. -pp. 71-76. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.254.71

11. Hou Y., Wang Y., Pan Z., Yu L. Influence of rare earth nanoparticles and inoculants on performance and microstructure of high chromium cast iron // Journal of Rare Earths. -2012. -Vol. 30. -pp. 283-288.

12. Рябцев И.А., Панфилов А.И., Бабинец А.А., и др. Структура и износостойкость при абразивном изнашивании наплавленного металла, упрочненного карбидами различных типов // Автоматическая сварка. -2015. -№ 5-6(742). -С.84-88.

13. Sahraoui T., Fenineche N.-E., Montavon G., Coddet C. Structure and wear behaviour of HVOF-sprayed Cr3C2-NiCr and WC-Co coatings // Materials & Design. -2003.-№ 24. -рр. 309-313. DOI: https://doi.org/10.1016/S0261 -3069(03)00059-1

14. Ivanov S.G., Garmaeva I.A., Guriev M.A., et al. Features of Multicomponent Saturation Alloyed by

Steels / A. Evgrafov (ed.) // Advances in Mechanical Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering. -Springer International Publishing, Switzerland, 2015. -pp. 49-54. DOI: https://d0i.0rg/l0.1007/978-3-319-15684-2 7

15. Suetin D.V., Shein I.R, Ivanovskii A.L. Structural, electronic and magnetic properties of п-carbides (Fe3W3C, Fe6W6C, Co3W3C and Co6W6C) from first principles calculations, Physica B, -2009. -Vol.404. -pp 3544-3549.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.physb.2009.05.051

16.Weidow A, Andren H.-O. Grain and phase boundary segregation in WC-Co with TiC, ZrC, NbC or TaC additions // Int. J. Refractory Met. HardMater. -2011. -Vol.29. -pp. 38-43. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2010.06.010

17. Okovityi V.A. Plasma wear-resistant coatings with inclusions of a solid lubricant // Welding International. -2002. -Vol. 16, -issue. 11. -pp. 918-920.

18. Кривочуров Н.Т., Иванайский В.В., Ишков А.В., Щеголев А.В. Об эффективности различных вариантов упрочнения ножей измельчителя-разбрасывателя соломы зерноуборочного комбайна // Вестник АГАУ. -2018. -№ 9 (167). -в печати.

19. Shchegolev A.V., Aulov V.F., Ishkov A.V., et al. Modification of wear-resistant coatings of Fe-Cr-C system based on the Cr3C2 obtained with help of SHS method // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering.-2018. -Vol. 441, -№ 012047. DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/441/1/012047

20.Журда А.П. Наплавочные материалы на основе карбидов вольфрама // Автоматическая сварка. -2014. -№ 6-7. -С. 69-74.

21. Massalski T.B., Okamoto H., Subramanian P.R., and Kacprzak L. Binary Alloy Phase Diagrams, ASM International, Materials Park, 1990.

22. Мишустин Н.М., Иванайский В.В., Ишков А.В. Состав, структура и свойства износостойких покрытий, полученных на сталях 65Г и 50ХГА при скоростном тВЧ-борировании // Известия ТПУ. -2012. -Т. 320. -№ 2. -С. 68-72.

23. Portnoi K.I., Levinskaya M.K., and Romashov V.M. Constitution Diagram of the System Iron-Boron // Sov. Powder Metall. Met. Geram., -1969, -Vol. 8, -pp. 657-659.

Ишков Алексей Владимирович - д.т.н., доцент, профессор кафедры ТКМиРМ, ФГБОУ ВО «Алтайский ГАУ», e-mail: alekse vvishk@rambler. ru.

Иванайский Виктор Васильевич -д.т.н., с.н.с., профессор кафедры ТКМиРМ, ФГБОУ ВО «Алтайский ГАУ», e-mail: viv174@bk.ru.

Кривочуров Николай Тихонович -к.т.н., доцент, зав. кафедрой ТКМиРМ, ФГБОУ ВО «Алтайский ГАУ», e-mail: krivochurov nt@mail.ru.

Щеголев Александр Владимирович -аспирант кафедры ТКМиРМ, ФГБОУ ВО «Алтайский ГАУ», e-mail: QQq681@mail.ru.

Аулов Вячеслав Федорович - к.т.н., с.н.с., зав. лабораторией ФГБНУ ФНАЦ «ВИМ», e-mail: aosniti@mail.ru.

Лялякин Валентин Павлович - д.т.н., профессор, гл. научн. сотрудник ФГБНУ ФНАЦ «ВИМ», e-mail: valpal-1938@mail.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.