CC BY
8ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
УПРОЧНЯЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ
Исследование влияния порошков быстрорежущей стали 10Р6М5 и карбида титана на структуру и твёрдость наплавленных покрытий
Ю. Н. САРАЕВ, профессор, доктор техн. наук, А. В. ТЮТЕВ, вед. технолог, И. В. НИКОНОВА, вед. технолог, А. В. КОЗЛОВ, вед. технолог, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск
В структуре быстрорежущей стали, требующей большой твердости, мартенсит является одной из важнейших фаз. Твердость - одно из основных легко определяемых свойств быстрорежущих сталей, причем твердость данного класса сталей зависит, главным образом, от содержания растворенного б мартенсите по типу внедрения углерода. По этой причине увеличивают содержание углерода в некоторых быстрорежущих сталях с тем, чтобы увеличилось не только содержание карбидов, но и содержание углерода в мартенситной матрице [1]. Характерной чертой при получении наплавленных покрытий на основе быстрорежущих сталей, является сложность послэдующей термической обработки с целью получения заданной структуры сплава. Режимы термической обработки быстрорежущих сталей достаточно сложны и требуют высоких закалочных температур (1200°С+1 230°С), что в случае наплавки покрытий на основу углеродистых сталей типа У7, может привести к росту зерна основы наплавленной стали [2]. В связи с этим представляет интерес возможность получения непосредственно после наплавки литой мартенситной структуры, которая позволила бы избежать последующей высокотемпературной закалки покрытия.
В лаборатории импульсных технологий сварки и наплавки института физики прочности и материаловедения СО РАН разработана технология электрошлаковой наплавки (ЭШН) покрытий на основе порошка быстрорежущей стали 10Р6М5 на низколегированную основу углеродистых сталей. Важно обеспечить оптимальную технологию наплавки и состава порошкообразного наплавочного материала, что позволяло бы получать в наносимом покрытии, как карбидную составляющую, так и матричную структуру, обладающую вязкими, демпфирующими свойствами.
Целью настоящей работы является создание необходимой структуры и повышение твердости покрытий на основе быстрорежущей стали путем введения в состав наплавочного материала тугоплавких соединений карбида титана (Т1С). Изготовление образцов проводились на установке электрошлаковой наплавки, созданной для нанесения покрытий расплавлением горизонтально расположенного электрода по схеме приведенной в [3].
Наплавка осуществлялась на образцы из стали 45 размером 30x20x100 мм при толщине насыпки наплавочного материала 3 мм. В качестве наплавочного материала применялся порошок быстрорежущей стали марки ПР-10Р6М5,
•Таблица 1 Состав порошка 10Р6М5, %
С Мо V/ Сг V Бе
0,85 5,0 6,0 4,0 2,0 основа
14 № 4 (25) 2004
Рис. 1. Микроструктура наплавленного покрытия из порошка с-али 10Р6М5 -100%, хЮОО
который насыпался на расплавляемую пластину-электрод толщиной 3 мм из углеродистой стали марки У7А.
Исходный состав порошка представлен в таблице 1.
Размер частиц порошка с1 < 800 мкм. В качестве флюса использовался плавленый фгюс АН-348. Исследовались 3 состава наплавочных материалов: серийный порошок ЮР6М5, механическая смесь порошка 10Р6М5+15% ПС от веса насыпки, механическая смесь порошка 10Р6М5+30% ТЮ от веса насыпки. Применялся порошкообразный карбид титана согласно ТУ 6-09-492-75. Микроструктура получаемых покрытий исследовалась методом металлографического анализа по ГОСТ 8233-56. Шлифы получали методом механического полирования, травление поверхности образцов осуществлялось 4%-ным раствором азотной кислоты в спирте. Качественный микрорентгеноспект-ральный анализ неметаллических включений (определялось наличие элементов без определения их процентного содержания) осуществлялся на установке «СатэЬах» методом поверхностного сканирования при ширине зонда 2 мкм. Фазовый состав покрытий изучался методом рентге-ноструктурного анализа на установке «ДРОН-ЗМ» с использованием излучения РеКаИ с излучением Си. Полученные в результате исследований данные представлены в таблице 2.
Исходя из характера микроструктуры (рис.1), а также приведенных в таблице 2 данных следует, что
Рис. 2.
Микроструктура наплавленного покрытия на основе порошка стали 10Р6М5 + 15%ТЮ,х1000
Рис. 3.
Микроструктура наплавленного покрытия на основе порошка стали 10Р6М5 + 30% "ПС, хЮОО
«
ДОМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Состав и структура покрытий на основе стали Р6М5
Таблица 2
Наименование материала Структурные составляющие покрытия Структура матрицы покрытия Твердость, HRC
Р6М5 a-Fe, Fe3C, Сг23Сб, Fe3W3C Среднезернистый перлит 35
Р6М5 + 15% TiC a-Fe, y-Fe, Fe3C, Cr23C6, VC Крупноигольчатый мартенсит, остаточный аустенит 57
Р6М5 + 30% TiC a-Fe, y-Fe, Fe3C, Сг23Сб? СГ7С3, VC, TiC Мартенсит, остаточный аустенит 53
структура покрытия, наплавленная серийным порошком 10Р6М5, представляет собой среднезернистый перлит с равномерно распределенными по телу зерна карбидом хрома Сг?зСй, карбидом вольфрама на основе железа Fe3\N3C, цементитным карбидом Ре3С. При вводе в состав порошка 10Р6М5 15% карбида титана, образуется структура веерообразного крупноигольчатого мартенсита с включениями карбида хрома СГ23С3, карбида ванадия УС и цементита Ре3С (рис.2). Твердость покрытия повышается до 57 НРС. Это объясняется тел/, что основная часть карбида титана в результате химического взаимодействия с расплавом разлагается и уходит в твердый раствор, осуществляя его легирование углеродом и титаном. Известно, что твердость мартенсита определяется содержанием углерода в сплаве и практически не зависит от содержания других легирующих элементов [4]. Повышение концентрации углерода в твердом растворе приводит к внедрению в решетку а-Ре атомов углерода и последующему образованию мартенситной структуры.
Увеличение количества вводимого карбида титана до 30% приводит к появлению в структуре покрытия карбидов хрома Сг7С3 и карбида титана Т1С. При этом характер распределения мартенситных пластин изменяется, матричная структура становится более неоднородной (рис.3), а твердость покрытия составляет 53 НРС.
Полученный результат объясняется тем, что при увеличении количества вводимого карбида титана до 30%, часть карбида титана в результате химического взаимодействия с расплавом разлагается и легирует твердый раствор ти-
таном и углеродом, обеспечивая образование мартенситной структуры. Часть введенного карбида титана, по-видимому, не успевает прореагировать с расплавом и выделяется в виде карбида титана при кристаллизации сварочной ванной.
Проведенные исследования показали возможность получения литой мартенситной структуры в покрытиях на основе быстрорежущей стали Р6М5 без высокотемпературной термической обработки путем ввода в состав сплава порошкообразного карбида титана в количестве 15 % и ЗС % от веса наплавочного материала. Полученные структуры покрытий на основе быстрорежущей стали являются неоднородными и нуждаются в дальнейшей термической обработке (высокотемпературном отпуске).
Технология ЭШН порошком быстрорежущей стали 10Р6М5 была реализована при изготовлении биметаллических ножей-измельчителей сахароуборочных комбайнов по контракту с республикой Куба. Производилась ЭШН, механическая обработка, термическая обработка, шлифовка наплавленного ножа-измельчителя. Эксплуатационные испытания ножей проводимые в республике Куба показали повышение в 2-2,5 раза срока службы бимсталличсс ких ножей-измепьчителей в сравнении со стандартными литыми ножами изготовленными из стали 60С2А.
Литература
1. Артингер И. Инструментальные стали и их термическая обработка. Пер. с венгерского. - М.: Металлургия, 1982. -311 с.
2. Гольдштейн М.И., Грачев СВ., Векслер Ю.Г. Специальные стали. - М.: Металлургия, 1985. - 408 с.
6. Сараев Ю Н., Макарова Л.И., Тютев A.B., Козлов A.B. Исследование структуры и физико-механических свойств наплавленного покрытия на основе порошка быстрорежущей стали Р6М5 // Сварочное производство, 1994, № 1, с.9-12.
4. Теория сварочных процессов. /Под ред.Фролова В.З. - М.: Высшая школа, 1988. - 559 с.
О роли водорода о доменном процессе получения чугуна
В. К. АФАНАСЬЕВ, академик РАЕН, профессор, доктор техн. наук, С. Н. ГОРЛОВА, аспирант, Е. В. КУЗНЕЦОВА, аспирант, СибГИУ, А. В. СОЧИ ЕВ, зам. директора, Абагурская аглофабрика, Г. И. ЕФАНОВ, гл. обогатитель, Абагурская аглофабрика, В. Н ТОЛСТОГУЗОВ, директор ОАО «Кузнецкие ферросплавы», Б. А. КУСТОВ, ген. директор ООО «Кова», г. Новокузнецк
Среди материалов, наиболее широко используемых в различных сферах жизнедеятельности, особое |йесто принадлежит чугуну. Это обусловлено тем, что он, имея низкие механические свойства, в основном является исходным сырьем для получения стали. В том случае, если необходимо придать доменному чугуну специальные свойства, применяется легирование. С этой целью в него вводят большие добавки хрома, никеля, молибдена, ванадия
и многих других щелочных, щелочноземельных и переходных металлов и сплавов на их основе (ферросплавов). Этот очень дорогой путь придания чугуну нужных свойств выбран во всех странах, производителях чугуна по причине полного игнорирования ведущей роли водорода в восстановлении окислов железа и его наследственного влияния на всех этапах получения, обработки, эксплуатации и разрушения чугунных и стальных изделий.
№ 4 (25) 2004 1 5
