CC BY
6
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Коберник Н.В., Панкратов А.С., Андриянов Ю.В. Исследование влияния TiC и NbC, вводимых в шихту порошковых проволок на формирование композиционной структуры наплавленного износостойкого покрытия // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. - 2023. - Т. 25, № 2 - С. 5-15. DOI: 10.15593/2224-9877/2023.2.01
Please cite this article in English as:
Kobernik N.V., Pankratov A.S., Andriyanov Y.V. Investigation of the effect of TiC and NbC introduced into the charge of flux-cored wires on the formation of the composite structure of the deposited wear-resistant coating. Bulletin of PNRPU. Mechanical engineering, materials science. 2023, vol. 25, no. 2, pp. 5-15. DOI: 10.15593/2224-9877/2023.2.01
ВЕСТНИК ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение
Т. 25, № 2, 2023 Bulletin PNRPU. Mechanical engineering, materials science
http://vestnik.pstu.ru/mm/about/inf/
Научная статья
DOI: 10.15593/2224-9877/2023.2.01 УДК 621.791.92
Н.В. Коберник1'2, А.С. Панкратов1'2, Ю.В. Андриянов1'2
1 Научно-учебный центр «Сварка и контроль» при МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация
2Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ TIC И NBC, ВВОДИМЫХ В ШИХТУ ПОРОШКОВЫХ ПРОВОЛОК, НА ФОРМИРОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ НАПЛАВЛЕННОГО ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ
Рассматривается процесс формирования композиционной структуры в покрытии, полученном с помощью метода дуговой наплавки неплавящимся электродом путем комплексного легирования карбидами TiC и NbC, введенными в состав шихты присадочных порошковых проволок. Проведен модельный эксперимент, заключающийся в выполнении переплавов упомянутых выше карбидов для определения возможности армирования ими наплавленного металла. По результатам модельного эксперимента установлено, что сохранение TiC и NbC в наплавленном металле возможно, однако частично карбиды растворяются и легируют наплавленный металл титаном, ниобием и углеродом. Причем карбид ниобия показывает большую термодинамическую стабильность по сравнению с карбидом титана. На основании проведенного модельного эксперимента были изготовлены четыре экспериментальные порошковые проволоки с различным содержанием карбидов титана и ниобия в составе шихты (от 10 до 45 мас. %). Далее порошковые проволоки были наплавлены на стальную подложку из стали марки СтЗсп (ГОСТ 380) методом дуговой наплавки неплавящимся электродом по двум схемам подачи присадочных проволок в три слоя. Из полученных наплавок были изготовлены микрошлифы и проанализирована структура наплавленного металла и влияние на нее схемы подачи присадочной проволоки. Также подробно изучено формирование структуры и распределение в ней карбидных фаз, как сохраненных, так и восстановленных. Установлено, что сохранившиеся карбиды имеют склонность к агломерации и концентрации в верхних слоях наплавленного металла. Восстановленные же карбиды распределены равномерно по всему объему наплавленного металла.
Ключевые слова: наплавка, износостойкие покрытия, карбид титана, карбид ниобия, порошковая проволока, композиционные материалы, комплексное легирование, армирование, полиармирование, микроструктура.
N.V. Kobernik1,2, A.S. Pankratov1,2, Y.V. Andriyanov1,2
''Scientific and Educational Center «Welding and Control» at the BMSTU,
Moscow, Russian Federation 2Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation
INVESTIGATION OF THE EFFECT OF TIC AND NBC INTRODUCED INTO THE CHARGE OF FLUX-CORED WIRES ON THE FORMATION OF THE COMPOSITE STRUCTURE OF THE DEPOSITED WEAR-RESISTANT COATING
The article considers the process of formation of a composite structure in a coating obtained using the non-consumable electrode arc welding method by complex alloying with TiC and NbC carbides introduced into the composition of the charge of filler flux-cored wires. A model experiment has been carried out, which consists in remelting the above-mentioned carbides to determine the possibility of reinforcing the deposited metal with them. Based on the results of the model experiment, it was found that the retention of TiC and NbC in the deposited metal is possible, however, the carbides partially dissolve and alloy the deposited metal with titanium, niobium, and carbon. Moreover, niobium carbide shows greater thermodynamic stability compared to titanium carbide. Based on the model experiment, 4 experimental flux-cored wires with different content of titanium and niobium carbides in the charge composition (from 10 to 45 wt. %) were manufactured. Further, the flux-cored wires were deposited on a steel substrate made of steel grade St3sp (GOST 380) by arc welding with a non-consumable electrode according to two schemes for feeding filler wires in three layers. Microsections were made from the obtained surfacings and the structure of the deposited metal and the influence of the filler wire feeding scheme on it were analyzed. The formation of the structure and the distribution of carbide phases in it, both preserved and reduced, are also studied in detail. It has been established that the remaining carbides tend to agglomerate and concentrate in the upper layers of the deposited metal. The reduced carbides are distributed evenly over the entire volume of the deposited metal.
Keywords: surfacing, wear-resistant coatings, titanium carbide, niobium carbide, flux-cored wire, composite materials, complex alloying, reinforcement, polyreinforcement, microstructure.
Введение
В последние годы одним из перспективных направлений в области наплавки износостойких покрытий является создание композиционных покрытий, полученных с помощью комплексного легирования (ех^Ш) наплавленного металла тугоплавкими карбидами [1-8]. В данном случае в расплав сварочной ванны вводят готовые химические соединения, обеспечивая их сохранение и равномерное распределение по всему объему наплавленного металла. Покрытия с такой структурой способны обеспечить высокие показатели твердости и износостойкости наплавленного металла [1-12].
Особый интерес проявляется к применению карбида титана (ТЮ) в качестве упрочняющей фазы наплавленного металла. ТЮ является тугоплавким карбидом с температурой плавления 3250 °С [13], высокой твердостью 2900-3200 ИУ50 [14], а также обладает термодинамической стабильностью.
Карбид титана вводят в такие наплавочные материалы, как: покрытые электроды со стержнем сплошного сечения (в составе покрытий) и с трубчатым стержнем (в шихту) или в присадочный порошок для лазерной и электронно-лучевой наплавки [15-22]. При введении карбида титана через электродные материалы он переходит в наплавленный металл лишь частично и неравномерно распределяется в его структуре.
Для снижения степени растворения вводимых карбидов, возможно, станет перспективным снижение теплового воздействия на вводимые карбиды, а именно ограничение контакта карбидов с дугой и сокращение времени пребывания карбидов в расплаве, что может быть достигнуто путем применения присадочных проволок. Кроме того, увеличение размеров вводимых карбидов может благоприятно сказаться на сокращении степени растворения карбидов. В связи с этим определенный интерес имеет разработка присадочных порошковых проволок, в шихту которых введены карбиды титана большого размера (около 1,0 мм).
Однако карбиды титана обладают низкой плотностью (4,92 г/см3), что может приводить к всплытию армирующей фазы и неравномерному ее распределению. Одним из перспективных подходов для решения этой задачи, может стать использование полиармирования, когда совместно вводятся армирующие частицы различного состава и различной плотности. В данной работе предложено применить карбид ниобия. Карбид ниобия обладает большей, по сравнению с карбидом титана, плотностью (7,82 г/см3), достаточной термодинамической стабильностью и высокой твердостью (3200 ИУ50).
Поэтому в данной работе рассмотрены вопросы формирования композиционной структуры наплавленного металла при дуговой наплавке с применением присадочных порошковых проволок,
содержащих карбид титана и ниобия большого размера.
Методика проведения исследований
В исследовании использовали карбид титана марки «Ч» по ТУ 6-09-492-75, со средним размером 1000 мкм и насыпной плотностью 1,75 г/см3, а также карбид ниобия квалификации «Ч» по ТУ 6-09-03-6-75, со средним размером 500 мкм и с насыпной плотностью 2,25 г/см3. Химический состав карбидов представлен в табл. 1.
Для исследования возможности сохранения карбидов титана и ниобия в расплаве сварочной ванны был проведен модельный эксперимент, предложенный в работах [23; 24], заключающийся в выполнении переплавов порошков карбида титана и карбида ниобия, предварительно засыпанных в пазы различной глубины (2; 3 и 4 мм) шириной 1,0 ± 0,5 мм, выполненных на стальной пластине марки Ст3сп (ГОСТ 380) размером 50x50x10 мм. Далее пазы сверху накрывали сварочной проволокой марки Св08ГС диаметром 1,2 мм. Затем полу-
ченные составные образцы переплавляли сварочной дугой неплавящегося электрода в среде аргона. Различная глубина пазов обеспечивала введение различного количества карбидов в расплав сварочной ванны (3-5 % НС и 5-7 % №С).
После выполнения модельного эксперимента были изготовлены четыре экспериментальные порошковые проволоки (ПП-01, ПП-02, ПП-03 и ПП-04) с различным содержанием Т1С и ЫЬС (табл. 2). В проволоках ПП-01, ПП-02 и ПП-03 в состав шихты был введен только карбид титана в количестве 10; 20 и 45 мас. % соответственно. В шихту порошковой проволоки 1111-4 был введен ТЮ в количестве 25 мас. % и №С в количестве 20 мас. % Кроме того, остальной компонентный состав проволок был подобран таким образом, чтобы обеспечить систему раздельного легирования Бе-Сг-С.
Наплавку проводили неплавящимся электродом в среде аргона на следующем режиме: ток дуги - 190...200 А, напряжение на дуге - 16... 18 В, скорость наплавки - 5,0.5,5 м/ч, скорость подачи присадочной проволоки - 0,25 м/мин, длина дуги -5.7 мм, угол ввода присадочной проволоки -30°...35°, угол наклона горелки - 65°...70°, расход защитного газа (аргон) - 7 л/мин. Наплавку проводили по двум схемам с подачей присадочной проволоки со стороны хвостовой (схема I) и со стороны передней (схема II) частей сварочной ванны на пластины из стали Ст3сп (ГОСТ 380) толщиной 12 мм (рис. 1).
Таблица 2
Таблица 1
Химический состав применяемых карбидов
Параметр Ti, мас. % Nb, мас. % С, мас. % Ссв, мас.% Fe, мас. %
TiC 79,5 - 19,1 0,4 0,05
NbC - 88,6 11,0 - 0,02
Химический состав присадочных порошковых проволок
Обозначение проволоки Химические элементы, мас. %
Cr C B Si Ni Al Mn TiC NbC
П-01 14,8-15,0 4,1-4,5 1,9-2,0 4,1-4,3 2,6-2,7 0,04-0,05 0,3-0,35 2,8-3,0 -
П-02 15,3-15,5 3,3-3,5 1,7-1,9 2,9-3,2 1,8-2,0 0,7-0,74 0,3-0,35 5,6-6,0 -
П-03 9,5-10,3 2,4-2,5 1,2-1,4 2,8-3,2 1,5-1,6 0,70-0,74 0,3-0,38 13,0-14,0 -
П-04 9,5-10,3 2,4-2,5 1,2-1,4 2,8-3,2 1,5-1,6 0,70-0,74 0,3-0,38 7,0-7,5 6,0-6,5
Рис. 1. Схемы наплавки неплавящимся электродом с подачей присадочной порошковой проволоки с хвостовой (а) и передней (б) части сварочной ванны: 1 - горелка, 2 - присадочная проволока, Усв - направление наплавки, а - угол ввода присадочной проволоки, в - угол наклона горелки
в г д
Рис. 2. Структура переплавленного металла при глубине пропила 3 мм (а, б), анализ химического состава зерна в структуре переплава (в), распределение титана (г) и углерода (д). Фазовый состав: I - фаза Fe; Н - фаза Fe/Ti
Анализ микроструктуры проводили после травления металла в 4% растворе азотной кислоты в этиловом спирте с помощью оптической (ZEISS Axiovert 200 MAT) и электронной микроскопии (TESCAN VEGA, VERSA 3D, Helios Nanolab 660). Твердость измеряли по шкале HRC на твердомере ТКС-1М. Микротвердость измеряли по шкале HV50 на твердомере ИТВ-10-АМ.
Для анализа количества и размера карбидных фаз использовали программный комплекс ImageJ. Полученные с помощью оптической микроскопии снимки с увеличением х500 обрабатывались путем выделения карбидных включений, а затем с помощью программы определяли упомянутые выше показатели.
Результаты и обсуждения модельного эксперимента
Цель проведения модельного эксперимента -это определение возможности сохранения исследуемых карбидов титана и ниобия в расплаве сварочной ванны для дальнейшей разработки порошковых проволок с введением данных карбидов в состав их шихты и обеспечение формирования композиционной структуры наплавленного металла данными порошковыми проволоками.
Проведенный анализ структуры переплавов позволил установить, что карбиды титана в расплаве сварочной ванны растворяются, приводя к
легированию металла углеродом и титаном, что способствует образованию восстановленного карбида титана по границам зерен в процессе кристаллизации. Причем с увеличением количества вводимого НС возрастает и доля восстановленного карбида титана, который в конечном счете формирует непрерывный каркас по границам зерен.
На рис. 2 представлена структура переплава, выполненного с глубиной паза 3 мм, а также его картирование по химическим элементам. Видно, что по границам зерна концентрируется титан и углерод, что подтверждает формирование карбида титана в указанной области. Также в структуре переплавленного металла обнаруживаются карбид титана многогранной формы, преимущественно по границам зерен (см. рис. 2). Карбидная фаза внутри зерна может быть интерпретирована как карбиды цементитного типа. Кроме того, следует отметить легирование зерна титаном и его пиковые значения на границах (рис. 3).
Сохранение карбида титана наблюдается только при переплаве глубиной 4 мм, что было подтверждено с помощью РСМА (рис. 4). Однако в указанных образцах присутствует неполное про-плавление паза, что свидетельствует о возможности сохранения карбида титана при условии не подвергать его прямому воздействию сварочной дуги. Фаза внутри карбида титана по составу идентична переплавленному металлу, что говорит
о проникновении расплава внутрь пор карбида титана. Кроме того, наблюдается растрескивание карбида, причиной чего являются различные теп-лофизические свойства Т1С и расплавленного металла внутри карбида.
Таблица 3
Химический состав фаз, полученный методом РСМА (см. рис. 4, в)
Элемент Химический состав, мас. %
средний по снимку фаза Ti/Fe/C фаза Fe/Ti/C фаза Ti/C
C 12,6 11,78 3,32 12,48
Ti 39,11 32,34 5,06 83,52
Fe 46,09 56,88 91,61 4
Анализ микроструктуры переплавленного металла с карбидом ниобия позволил установить, что №С сохраняется в металле только фрагментарно (рис. 5).
Рис. 3. Распределение химических элементов по сечению зерна
Стоит отметить, что на границе сохраненного карбида титана наблюдается диффузионный слой с повышенной концентрацией железа (см. рис. 4, в; табл. 3), наличие которого свидетельствует о частичном растворении и частичном сохранении карбида титана, вводимого в расплав сварочной ванны.
д е
Рис. 4. Структура включений в переплавленном металле (а, б) и анализ их химического состава (в-е): в - фазовый состав; - фаза ШБе/С; - фаза БеШ/С; - фаза Т1/С; г - распределения Тц д - распределение С; е - распределение Бе
д е
Рис. 5. Структура переплавов с карбидом ниобия различной глубиной пропила: а и б - 2 мм; в и г - 3 мм; д и е - 4 мм
Следует отметить, что в переплаве с пазом 2 мм сохранившихся карбидов не было обнаружено. Сохранившиеся карбиды ниобия демонстрируют признаки частичного растворения (рис. 5, д и е), а также растрескивания (рис. 6). Растворившиеся карбиды ниобия насыщают переплавленный металл углеродом и ниобием. В связи с этим в структуре переплавленного металла видны зерна твердого раствора с карбидной фазой (вероятнее всего цементит, легированный ниобием), которые окружены карбидами, в том числе вновь образовавшимися карбидами ниобия. В структуре переплавленного металла, полученного с пазом глуби-
ной 4 мм (рис. 5, д, е), обнаруживаются фазы, близкие по виду к эвтектике с интерметаллидами (Бе^Ь), показанной в работах [25; 26]. Также стоит отметить, что с увеличением количества введённого карбида ниобия в расплав (т.е. при увеличении глубины паза) снижается влияние травителя на переплавленный металл, что свидетельствует об увеличении легирования переплавленного металла ниобием.
б
Рис. 6. Включение (а, б) карбида ниобия в переплавленном металле, выполненных с пазом 4 мм
Таким образом, по результатам модельного эксперимента установлено, что карбиды титана и ниобия при их введении в расплав сварочной ванны низкоуглеродистой стали подвергается растрескиванию и частичному, а в некоторых случаях и полному растворению, легируя переплавленный металл титаном, ниобием и углеродом. Причем КЬС показывает большую термодинамическую стабильность, что способствует его большему сохранению по сравнению с НС. В связи с этим для сохранения данных карбидов в наплавленном металле не рекомендуется подвергать их прямому воздействию дуги, в этом случае карбиды будет возможно сохранить. Исходя из этого, можно сказать, что применение данных карбидов целесообразно в шихте присадочных порошковых проволок.
Результаты и обсуждения наплавки экспериментальных порошковых проволок
По результатам модельного эксперимента были изготовлены четыре экспериментальные порошковые проволоки с различным содержанием карбидов титана и ниобия в составе их шихты.
Из анализа микроструктуры металла, наплавленного экспериментальными порошковыми проволоками ПП-01...ПП-04, установлено, что вводимые карбиды сохраняются в наплавленном металле. На снимках видны единичные карбиды титана с характерными размером и формой (рис. 7). Кроме того, частицы НС и МЬС обладают хорошей смачиваемостью расплавом (см. рис. 7), который проникает в трещины указанных карбидов, и по причине различных теплофизических свойств (карбидов и матричного сплава) наблюдается растрескивание карбидов.
£ >
б
Рис. 7. Включения карбида титана (а, б) и ниобия (б) в наплавленном металле
Сохранившиеся карбиды собираются агломератами (рис. 7, б). При использовании проволок П-01 - П-03 агломераты состоят из карбидов титана различного размера, а при использовании проволоки П-04 - в агломератах присутствует карбид ниобия. Распределение карбидов зависит от приме-
няемой схемы наплавки и применяемой проволоки (что, прежде всего, связанно с различным количеством карбидов в шихте порошковых проволоках). При наплавке проволок ПП-01 и ПП-02 с подачей со стороны хвостовой части сварочной ванны (схема I) сохраненные карбиды ТЮ преимущественно концентрируются в верхней части наплавленного валика, а при наплавке по второй схеме (подача с передней части сварочной ванны) сохраненные карбиды ТЮ можно встретить и в других областях наплавленного металла. При наплавке проволок с большим содержанием карбидов в составе шихты (ПП-03 и ПП-04) данное явление менее заметно. Сохранившиеся карбиды встречаются во всех слоях наплавленного металла, но все равно их большая концентрация наблюдается в верхних слоях.
Следует отметить, что наличие МЬС не оказывает существенного влияния на распределения армирующей фазы. По всей видимости, необходимо повышать долю карбидов ниобия в шихте присадочных проволок, а также увеличивать их размер.
В остальном структура наплавленного металла представляет собой структуру доэвтектического сплава с карбидной эвтектикой. Согласно РСМА, состав эвтектики представляет собой карбиды типа (Те, Сг, Т)С.
Кроме того, в эвтектике располагаются включения различной формы (рис. 8 и 9).
б
Рис. 8. Типичная структура (а, б) наплавленного металла с карбидной фазой
Химический состав указанных включений, полученный РСМА, представлен в табл. 4. Видно, что рассматриваемые включения в наплавленном
металле, полученном при использовании проволок П-01, П-02 и П-03, являются карбидами титана, а в наплавленном металле, полученным при использовании проволоки П-04, рассматриваемая фаза представляет собой сложный карбид типа (Л, №)С.
д е
Рис. 9. Карбидные фазы ТЮ или (Т1, №)С в структуре наплавленного металла, полученного с использованием присадочных проволок П-02 (а, б), П-03 (в, г) и П-04 (д, е) по схемам I (а, в, д) и II (б, г, е)
Таблица 4
РСМА карбидных включений
Обозначение проволоки Химические элементы, мас.%
Cr C Ti Fe Nb
П-01 4,700 7,9 83,30 3,00 -
П-02 4,00 8,63 80,03 13,10 -
П-03 3,65 9,10 79,60 15,6 -
П-04 2,45 18,67 41,00/ 32,54* 17,96 24,38/ 26,90*
Примечание: * - числитель - для схемы I, знаменатель - для схемы II.
Карбиды фазы ТЮ и (Т1, МЬ)С равномерно распределяются по всему объему наплавленного металла. По характеру расположения рассматриваемой фазы можно сделать вывод, что она формируется из расплава при его охлаждении, а затем оттесняется растущими кристаллами. В результате карбиды Т1С и (Т1, МЬ)С преимущественно находятся в эвтектике, но в некоторых случаях захватываются растущими кристаллами.
Размеры, количество и форма карбидных фаз НС или (Н, КЬ)С зависит от состава порошковых проволок, а также от схемы наплавки. С увеличением количества карбида титана в порошковой проволоке растут как размеры, так и количество карбидной фазы. Также видно, что при использовании схемы II, при которой вводимые карбиды претерпевают больший перегрев, размер и количество карбидной фазы преимущественно выше, чем при использовании схемы I. Следует отметить, что при использовании проволок П-03 и П-04 карбидные включения приобретают вытянутую форму, что затрудняет анализ их размеров. Тем не менее видно, что при переходе с проволоки П-03 на П-04 и при использовании схемы I наблюдается снижение количества карбидной фазы (на 30 %), а при том же переходе от одной проволоки к другой, но при использовании схемы II наблюдается увеличение количества карбидной фазы (на 25 %о). Такое положение дел может быть связано с большей термодинамической стабильностью карбида ниобия, который начинает растворяться только при подаче присадочного материала по переднему фронту сварочной ванны (рис. 10). Подтверждением этого тезиса также может служить повышение содержания ниобия в карбидной фазе (табл. 4).
сравнению с твердостью наплавленного металла, полученного по схеме I. Это объясняется большей степенью растворения вводимых карбидов при подаче порошковой проволоки по переднему фронту сварочной ванны.
б
Рис. 10. Размер (а) и количество (б) карбидных фаз ТЮ или (Т1, КЬ)С в структуре наплавленного металла
Средняя твердость наплавленного металла по шкале ЫЯС мало зависит от состава проволок и схемы наплавки. Значение средней твердости всех образцов составляет 59 ЫЯС и изменяется в зависимости от применяемой проволоки и схемы в пределах 9 0% (рис. 11, а). При этом следует отметить тенденцию к увеличению твердости наплавленного металла, полученного по схеме II, по
б
Рис. 11. Твердость наплавленного металла ЫЯС (а) и матрицы ЫУ50 (б)
И, как следствие, выпадение большего числа восстановленных карбидов типа ТЮ и (Т1, КЬ)С в матрице наплавленного металла, что способствует незначительному увеличению как твердости наплавленного металла, так и микротвердости матрицы (рис. 11, б).
Заключение
1. Проведен модельный эксперимент, подтверждающий возможность сохранения исследуемых карбидов в расплаве сварочной ванны. Также установлено, что данные карбиды подвергаются частичному (иногда полному) растворению и растрескиванию. Растворенная часть карбидов ТЮ и КЬС легирует переплавленный металл соответствующими химическими элементами (Т1, КЬ, С). Для сохранения данных карбидов в условиях дуговой наплавки рекомендуется не подвергать их прямому воздействию дуги. Поэтому использование данных карбидов для обеспечения композиционной структуры в наплавленном металле целесообразно в шихте присадочных порошковых проволок.
2. Исследована возможность получения композиционной структуры в наплавленном металле по механизму комплексного легирования. Установлено, что такая структура может быть получена с применением присадочных порошковых прово-
лок, в шихту которых введены соответствующие карбиды (TiC и NbC). Стоит отметить, что сохранившиеся карбиды имеют склонность к агломерации и концентрации в верхних слоях наплавленного металла.
3. При наплавке экспериментальных порошковых проволок исследуемые карбиды частично растворялись в металле сварочной ванны, выпадая в виде карбидных фаз TiC или (Ti, Nb)C равномерно по всему объему наплавленного металла. Причем степень растворения карбидов зависит от схемы наплавки и количества вводимых карбидов, что прослеживается через изменения количества образовавшихся карбидных фаз TiC или (Ti, Nb)C.
4. Для формирования композиционной структуры наплавленного металла с точки зрения равномерного распределения армирующей фазы целесообразно применять присадочные порошковые проволоки с максимальным содержанием карбидов, а выбор схемы наплавки может быть произведен после оценки эксплуатационных характеристик наплавленного металла.
Библиографический список
1. Формирование композиционной структуры износостойкого наплавленного металла с боридным упрочнением / А.А. Артемьев, Г.Н. Соколов, Ю.Н. Дубцов, В.И. Лысак // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. -2011. - № 2. - С. 44-48.
2. Microstructure and property of tungsten carbide particulate reinforced wear resistant coating by TIG cladding / Y. Wang [et al.] // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2021. - Vol. 100. - С. 105598
3. Das K., Bandyopadhyay T.K., Das S. A review on the various synthesis routes of TiC reinforced ferrous based composites // J. Mater. Sci. - 2002. - Vol. 37, no. 18. -P. 3881-3892.
4. Characterization of the microstructure, micro-segregation, and phase composition of ex-situ Fe-Ni-Cr-Al-Mo-TiCp composites fabricated by three-dimensional plasma metal deposition on 10CrMo9-10 steel / L. Rakoczy [etc.] // Arch. Civ. Mech. Eng. - Springer London, 2020. -Vol. 20, no. 4.
5. Шиганов И.Н., Овчинников В.В., Коберник Н.В. Композиционные материалы с металлической матрицей: сварные соединения и покрытия. - М.: КноРус, 2021. -352 с.
6. Макаренко Н.А. Исследование и разработка порошковой проволоки, обеспечивающей высокую стойкость наплавленного металла к абразивному износу // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. - 2004. -№ 14. - С. 245-248.
7. Упрочнение карбидом бора высокохромистой стали, полученной наплавкой порошковой проволокой / Е.Н. Еремин [и др.] // Сварка в России - 2019: современное состояние и перспективы: тезисы докладов между-
народной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Б.Е. Патона, Томск, 03-07 сентября 2019 года / Институт физики прочности и материаловедения СО РАН. - Томск: Общество с ограниченной ответственностью «СТТ», 2019. - С. 110-111.
8. Tribological properties and wear resistance of the metal deposited by chromium flux-cored wire with carbide-boride alloying / E.N. Eremin [et al.] // J. Phys. Conf. Ser. -2020. - Vol. 1441, no. 1.
9. Влияние структуры наплавленных покрытий на стойкость к абразивному износу / Г.Г. Чернышов, Н.В. Коберник, А.Г. Орлик, Т.А. Чернышова // Физика и химия обработки материалов. - 2011. - № 5. - С. 44-50.
10. Коберник Н. В. Современные подходы к разработке порошковых проволок для модифицирования и армирования наплавленного металла // Актуальные вопросы и передовые технологии сварки в науке и промышленности: cборник статей I Международной научно-технической конференции, Могилев, 24-25 ноября 2022 года / редколлегия: М.Е. Лустенков (гл. ред.) [и др.]. - Могилев: Межгосударственное образовательное учреждение высшего образования «Белорусско-Российский университет», 2022. - С. 97-99.
11. Михеев Р. С. Перспективные покрытия с повышенными триботехническими свойствами из композиционных материалов на основе цветных металлов: специальность 05.16.06 «Порошковая металлургия и композиционные материалы»: дис. ... д-ра техн. наук. - М., 2018. - 442 с.
12. Лившиц Л.С., Гринберг Н.А., Куркумелли Э.Г. Основы легирования наплавленного металла. - М.: Машиностроение, 1969. - 188 с.
13. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана: получение, свойства, применение. - М.: Металлургия, 1987. - 216 с.
14. Materials Science and Engineering: Handbook / James F. Shackelford [et al.]; ed. James F. Shackelford and W. Alexander Boca Raton. - CRC Press LLC, 2001. - 471 p.
15. Структура и свойства наплавленных электродуговых покрытий из порошков механоактивированных СВС-композитов / А.А. Ситников [и др.] // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). -2011. - № 3(52). - С. 51-54.
16. Прибытков Г.А., Храмогин М.Н., Коржова В.В. СВС композиционные порошки карбид титана - связки из сплавов на основе железа для наплавки износостойких покрытий // Физическая мезомеханика. - 2006. -Т. 9, № S1. - С. 185-188.
17. Формирование структуры износостойких покрытий с синтезированными в матрице карбидными соединениями при электродуговой наплавке / А. В. Со-бачкин [и др.] // Материалы VI международной научно-технической конференции «Инновации в машиностроении - основа технологического развития России». -2014. - С. 175-178.
18. Морфология покрытий из многокомпонентных предварительно механоактивированных порошков СВС-композитов / А.В. Собачкин [и др.] // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2012. -№ 3(56). - С. 141-144.
19. Собачкин А.В. Формирование износостойких покрытий для деталей сельскохозяйственного машино-
строения при электродуговой наплавке многокомпонентных механоактивированных СВС-материалов: специальность 05.16.09 «Материаловедение (по отраслям)»: дис. ... канд. техн. наук. - Барнаул, 2013. - 150 с.
20. Твердость и абразивная износостойкость электронно-лучевых покрытий, наплавленных СВС композиционными порошками TiC + сталь Р6М5 / Г.А. Прибытков [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. -2017. - № 10(154). - С. 446.
21. Назарько А.С., Пломодьяло Р. Л. Раздельный и комплексный способы легирования наплавленного металла карбидом титана при дуговой износостойкой наплавке // Техника и технологии машиностроения: материалы VII Международной научно-технической конференции, Омск, 21-23 мая 2018 года. - Омск: Омский государственный технический университет, 2018. -С. 167-171.
22. Формирование композиционного покрытия NiCrBSi-TiC с повышенной абразивной износостойкостью методом газопорошковой лазерной наплавки / А.В. Макаров [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2013. - № 11(107). - С. 38-44.
23. Стабильность карбида хрома при введении его в расплав сварочной ванны / Н.В. Коберник, А.С. Панкратов, В.В. Петрова, А.С. Александров // Черные металлы. - № 8 (1064). - 2020. - С. 64-69.
24. Behavior of Silicon Carbide Introduced into an Iron-Based Weldpool Melt / V.V. Petrova, N.V. Kobernik, A.S. Pankratov [et al.]. - 2021. - Vol. 2021, no. 12. -P. 1498-1503. - DOI 10.1134/S0036029521120193.
25. Microstructure and fracture toughness of Fe-Nb dissimilar welded joints / Q. Chu [et al.] // Metals. - 2021. -Vol. 11, no 1. - P. 1-9. - DOI 10.3390/met11010086
26. Halo Formation in Binary Fe-Nb Off-eutectic Alloys / K.W. Li [et al.] // High Temp. Mater. Process. -2015. - Vol. 34, № 5. - P. 479-485.
References
1. Artem'ev A.A., Sokolov G.N., Dubtsov Iu.N., Lysak V.I. Formirovanie kompozitsionnoi struktury iznosostoikogo naplavlennogo metalla s boridnym uprochneniem [Formation of composite structure of wear-resistant weld metal with boride hardening]. Izvestiia vysshikh uchebnykh zavedenii. Poroshkovaia metallurgiia i funktsional'nyepokrytiia, 2011, no. 2, pp. 44-48.
2. Y. Wang et al. Microstructure and property of tungsten carbide particulate reinforced wear resistant coating by TIG cladding. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2021, vol. 100, p. 105598
3. Das K., Bandyopadhyay T.K., Das S. A review on the various synthesis routes of TiC reinforced ferrous based composites. Journal Mater. Sci., 2002, vol. 37, no. 18, pp. 3881-3892.
4. L. Rakoczy et al. Characterization of the microstructure, micro-segregation, and phase composition of ex-situ Fe-Ni-Cr-Al-Mo-TiCp composites fabricated by three-dimensional plasma metal deposition on 10CrMo9-10 steel. Arch. Civ. Mech. Eng. Springer London, 2020, vol. 20, no. 4.
5. Shiganov I.N., Ovchinnikov V.V., Kobernik N.V. Kompozitsionnye materialy s metallicheskoi matritsei: svarnye soedineniia i pokrytiia [Composite materials with
metal matrix: welded joints and coatings]. Moscow: KnoRus, 2021, 352 p.
6. Makarenko N.A. Issledovanie i razrabotka po-roshkovoi provoloki, obespechivaiushchei vysokuiu stoikost' naplavlennogo metalla k abrazivnomu iznosu [Research and development of a flux-cored wire that provides high resistance of the weld metal to abrasive wear]. Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Tekhnicheskie nauki, 2004, no. 14, pp. 245-248.
7. E.N. Eremin et al. Uprochnenie karbidom bora vysokokhromistoi stali, poluchennoi naplavkoi poroshkovoi provolokoi [Boron carbide hardening of high-chromium steel produced by flux-cored wire cladding]. Svarka v Rossii -2019: sovremennoe sostoianie i perspektivy: tezisy dokladov mezhdunarodnoi konferentsii, posviashchennoi 100-letiiu so dnia rozhdeniia B.E. Patona, Tomsk, 03-07 sentiabria 2019 goda. Institut fiziki prochnosti i materialovedeniia SO RAN. Tomsk: Obshchestvo s ogranichennoi otvetstvennost'iu «STT», 2019, pp. 110-111.
8. E.N. Eremin et al. Tribological properties and wear resistance of the metal deposited by chromium flux-cored wire with carbide-boride alloying. Journal Phys. Conf. Ser., 2020, vol. 1441, no. 1.
9. Chernyshov G.G., Kobernik N.V., Orlik A.G., Chernyshova T.A. Vliianie struktury naplavlennykh pokrytii na stoikost' k abrazivnomu iznosu [Influence of surfacing structure on abrasive wear resistance]. Fizika i khimiia obrabotki materialov, 2011, no. 5, pp. 44-50.
10. Kobernik N.V. Sovremennye podkhody k razra-botke poroshkovykh provolok dlia modifitsirovaniia i armirovaniia naplavlennogo metalla [Modern Approaches to the Development of Powder Powders for Modifying and Reinforcing Clad Metal]. Aktual'nye voprosy i peredovye tekhnologii svarki v nauke i pro-myshlennosti: cbornik statei I Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii, Mogilev, 24-25 noiabria 2022 goda. Mezhgosudarstvennoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego obrazovaniia «Belorussko-Rossiiskii universitet», 2022, pp. 97-99.
11. Mikheev R.S. Perspektivnye pokrytiia s po-vyshennymi tribotekhnicheskimi svoistvami iz kompo-zitsionnykh materialov na osnove tsvetnykh metallov [Perspective coatings with increased tribotechnical properties from composite materials based on non-ferrous metals]. Docotors degree dissertation. Moscow, 2018, 442 p.
12. Livshits L.S., Grinberg N.A., Kurkumelli E.G. Osnovy legirovaniia naplavlennogo metalla [Fundamentals of alloying of deposited metal]. Moscow: Mashinostroenie, 1969, 188 p.
13. Kiparisov S.S., Levinskii Iu.V., Petrov A.P. Karbid titana: poluchenie, svoistva, primenenie [Titanium carbide: production, properties, applications]. Moscow: Metallurgiia, 1987, 216 p.
14. James F. Shackelford et al. Materials Science and Engineering: Handbook. Ed. James F. Shackelford and W. Alexander Boca Raton. CRC Press LLC, 2001, 471 p.
15. Sitnikov A.A. et al. Struktura i svoistva naplavlennykh elektrodugovykh pokrytii iz poroshkov mekhanoaktivirovannykh SVS-kompozitov [Structure and properties of electrically deposited arc coatings made of mechanically activated SHS composite powders]. Obrabotka
metallov (tekhnologiia, oborudovanie, instrumenty), 2011, no. 3(52), pp. 51-54.
16. Pribytkov G.A., Khramogin M.N., Korzhova V.V. SVS kompozitsionnye poroshki karbid titana - sviazki iz splavov na osnove zheleza dlia naplavki izno-sostoikikh pokrytii [SHS composite powders titanium carbide - iron-based alloy binders for surfacing wear-resistant coatings]. Fizicheskaia mezomekhanika, 2006, vol. 9, no. S1, pp. 185-188.
17. Sobachkin A.V. et al. Formirovanie struktury iznosostoikikh po-krytii s sintezirovannymi v matritse karbidnymi soedineniiami pri elektrodugovoi naplavke [Structure formation of wear-resistant coatings with synthesized carbide compounds in the matrix during electric arc cladding]. Materialy VI mezhdunarodnoi nauchno-tekhni-cheskoi konferentsii «Innovatsii v mashinostroenii - osnova tekhnologicheskogo razvitiia Rossii», 2014, pp. 175-178.
18. Sobachkin A.V. et al. Morfologiia pokrytii iz mnogokomponentnykh predvaritel'no mekhanoaktivirovan-nykh poroshkov SVS-kompozitov [Morphology of coatings from multicomponent pre-mechanically activated powders of SHS composites]. Obrabotka metallov (tekhnologiia, oborudovanie, instrumenty), 2012, no. 3(56), pp. 141-144.
19. Sobachkin A.V. Formirovanie iznosostoikikh pokrytii dlia detalei sel'skokhoziaistvennogo mashino-stroe-niia pri elektrodugovoi naplavke mnogokompo-nentnykh mekhanoaktivirovannykh SVS-materialov: spe-tsial'nost' 05.16.09 «Materialovedenie (po otrasliam)» [Formation of wear-resistant coatings for parts of agricultural engineering by arc cladding of multicomponent mechanically activated SHS-materials]. PhD. Tesesis. Barnaul, 2013, 150 p.
20. G.A. Pribytkov et al. Tverdost' i abrazivnaia iznosostoikost' elektronno-luchevykh pokrytii, naplavlen-nykh SVS kompo-zitsionnymi poroshkami TiC + stal' R6M5 [Hardness and abrasion resistance of electron-beam coatings cladded with SHS composite powders TiC + steel P6M5. Uprochniaiushchie tekhnologii i pokrytiia, 2017, no. 10(154), pp. 446.
21. Nazar'ko A.S., Plomod'ialo R.L. Razdel'nyi i kompleksnyi sposoby legirovaniia naplavlennogo me-talla karbidom titana pri dugovoi iznosostoikoi naplavke [Separate and complex methods of alloying the clad metal with titanium carbide in wear-resistant arc surfacing]. Tekhnika i tekhnologii mashinostroeniia: materialy VII Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii, Omsk, 21-23 maia 2018 goda. Omskii gosudarstvennyi tekhnicheskii univer-sitet, 2018, pp. 167-171.
22. Makarov A.V. et al. Formirovanie kompozitsionnogo pokrytiia NiCrBSi-TiC s povyshennoi abrazivnoi iznosostoiko-st'iu metodom gazoporoshkovoi lazernoi naplavki [Formation of NiCrBSi-TiC composite coating with increased abrasion resistance by gas-powder laser cladding method]. Uprochniaiushchie tekhnologii i pokrytiia, 2013, no. 11(107), pp. 38-44.
23. Kobernik N.V., Pankratov A.S., Petrova V.V., Aleksandrov A.S. Stabil'nost' karbida khroma pri vvedenii ego v rasplav svarochnoi vanny [Stability of chromium carbide when injected into the weld pool melt]. Chernye me-tally, no. 8 (1064), 2020, pp. 64-69.
24. Petrova V.V., Kobernik N.V., Pankratov A.S. et al. Behavior of Silicon Carbide Introduced into an Iron-Based.
Weldpool Melt., 2021, vol. 2021, no. 12, pp. 1498-1503. DOI 10.1134/S0036029521120193.
25. Chu Q. et al. Microstructure and fracture toughness of Fe-Nb dissimilar welded joints. Metals, 2021, vol. 11, no 1, pp. 1-9. DOI 10.3390/met11010086
26. Li V et al. Halo Formation in Binary Fe-Nb Off-eutectic Alloys. High Temp. Mater. Process., 2015, vol. 34, no. 5, pp. 479-485.
Поступила: 12.04.2023
Одобрена: 24.04.2023
Принята к публикации: 03.05.2023
Об авторах
Коберник Николай Владимирович (Москва, Россия) - директор ФГАУ «НУЦСК при МГТУ им. Н.Э. Баумана», доктор технических наук, заведующий кафедрой МТ-7 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Россия, 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5, стр. 1, e-mail: koberniknv@bmstu.ru).
Панкратов Александр Сергеевич (Москва, Россия) - заместитель директора ФГАУ «НУЦСК при МГТУ им. Н.Э. Баумана», кандидат технических наук, доцент кафедры МТ-7 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Россия, 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5, стр. 1, e-mail: aspankratov@bmstu.ru).
Андриянов Юрий Владиславович (Москва, Россия) - младший научный сотрудник ФГАУ «НУЦСК при МГТУ им. Н.Э. Баумана», аспирант кафедры МТ-7 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Россия, 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5, стр. 1, e-mail: Andriyanov1998@yandex.ru).
About the authors
Nikolai V. Kobernik (Moscow, Russian Federation) -Director of the FGAU «Scientific and Educational Center «Welding and Control» at the BMSTU», Doctor of Technical Sciences, Head of the Department of MT-7 Bauman Moscow State Technical University (1 Build, 5, 2nd Baumanskaya str., Moscow, 105005, Russian Federation, e-mail: koberniknv@bmstu.ru).
Alexander S. Pankratov (Moscow, Russian Federation) - Deputy Director of the FGAU «Scientific and Educational Center «Welding and Control» at the BMSTU», candidate of technical sciences, associate professor of MT-7 Bauman Moscow State Technical University (1 Build, 5, 2nd Baumanskaya str., Moscow, 105005, Russian Federation, email: aspankratov@bmstu.ru).
Yuriy V. Andriyanov (Moscow, Russian Federation) - Junior Researcher of the FGAU «Scientific and Educational Center «Welding and Control» at the BMSTU», postgraduate student of MT-7 Bauman Moscow State Technical University (1 Build, 5, 2nd Baumanskaya str., Moscow, 105005, Russian Federation, e-mail: Andriyanov1998@yandex.ru).
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов равноценен.
