CC BY
0УДК 62-1/-9 ГорбуновМ.С., Цурихин С.Н.
Горбунов М.С.
магистрант кафедры машин и технологии литейного производства Волгоградский государственный технический университет
(г. Волгоград, Россия)
Цурихин С.Н.
к.т.н., доцент кафедры машин и технологии литейного производства Волгоградский государственный технический университет
(г. Волгоград, Россия)
УВЕЛИЧЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА ЧАСТИЦАМИ МОНОКАРБИДА ВОЛЬФРАМА
Аннотация: в статье рассматривается влияние нанодисперсных компонентов на упрочнение поверхности металлургического инструмента.
Ключевые слова: нанодисперсные компоненты, легирование, модифицирование, упрочнение поверхности.
Современный этап развития техники обусловливает повышение требования к быстроизнашивающемуся металлургическому инструменту, к которому относятся: штампы, оправки трубопрокатных станов, ножи для резки проката и другие изделия работают в экстремальных условиях температурно-силового воздействия. В результате многократной импульсной пластической деформации и термических ударов в тонком (100.. .150 мкм) приконтактном слое на поверхности металла образуется диффузионная зона, с гомогенной не стойкой к деформации структурой, что обуславливает ее быстрый износ наиболее нагруженных частей [1]. Поэтому ресурс инструментов, даже наплавленных высокостойкими сплавами, недостаточен [2].
Эффективным способом повышения упрочнения поверхности металлургического инструмента является наплавка. Одним из таких способов является: дуговая наплавка под флюсом, плазменная наплавка, электрошлаковая наплавка, горячий метод или метод погружения в расплавленный металл и т.д.
[3].
В настоящее время в качестве износостойкого материала для металлургического инструмента применяется сталь марки 20ХН4ФА, содержащая, %: 0,17...0,24 С, 0,25...0,35 Мп, 0.17...0.37 Б1, 0,7...1,0 Сг, 3,17...4,25 N1, 0,15...0,30 V, используют также сталь марки 40ХМФС, 38Х2МФЮА, 4Х5МФС, сплавы на никелевой основе типа ЭП567 (06Х15Н60М15В4 "Хастеллой-С") состава: Мо - 15,4%, - 3,5%, Бе - до 4%, С - 0,02%, Мп - 0,3%, - 0,12%, S и Р - до 0,01%, Сг - 15 %, N1 - основа и др.
Настоящая работа направлена на изучение эффекта добавления металлических нанодисперсных тугоплавких частиц на повышение прочности поверхностного слоя металлургического инструмента.
Применен нанопорошок монокарбида вольфрама WC, который состоит из частиц размером менее 0,1 мкм и имеет удельную поверхность 7 м2/г. Для нанесения поверхностного слоя на изделие использовался горячий метод. Метод заключается в погружении изделий в расплавленный металл, где происходит диффузия металла в его основу, образуя новый состав сплава. Горячий метод является эффективным способом нанесения наплавленного слоя на поверхность металлургического инструмента. Он отличается от других методов своей высокой производительностью, простотой и возможностью покрыть все поверхности детали, так как изделие полностью погружается в расплавленный металл. Кроме того, горячий метод может использоваться как для восстановления металлургического инструмента, так и для нанесения различных покрытий.
Наплавку образцов производили на стальную пластину с размерами 100х50х10 мм (20ХН4ФА ГОСТ 1133-71) имитирующую металлургическое изделие. Пластину устанавливали в земляную форму, которую затем заливали
расплавленным металлом. В качестве наплавляемого металла служил сплав 50Х20Н65В3М3Ю6Ц следующего состава, %: Мо - 3 %, ' - 3 %, Сг - 4 %, А1 -11 %, Zr - 2 %, Ta - 2 %, B - 0,03 %, С - 0,5 %, Ni - основа. Земляная форма предварительно смазывалась жидким калий-натриевым стеклом с содержанием в нем нанопорошка монокарбида вольфрама WC.
При изучении структуры наплавленного металла, полученного в земляной форме (рисунок 1), установлено, что при нанесении износостойкого наплавленного слоя металла пластина играет роль холодильника.
Основной металл
Рис. 1. Макроструктура исследуемой наплавленной пластины.
Это способствует ускоренному охлаждению и создает столбчатую направленность кристаллов при затвердевании [3]. Также обнаружено, что добавление наноразмерных частиц WC, которые обладают высокой термодинамической устойчивостью, подвергаются минимальному растворению. Они переходят из земляной формы в наплавленный слой металла и становятся дополнительными центрами кристаллизации, что приводит к модификации металла. В результате структура металла на поверхности значительно улучшается, количество зерен увеличивается с 9 до 13, что способствует повышению его пластичности и ударной вязкости. Кроме того, легирование наплавленного металла активным карбидообразующим элементом -способствует улучшению износостойкости и снижает склонность к образованию горячих трещин за счет измельчения первичных зерен металла и изменения
химического состава легкоплавких эвтектик с повышением температуры их плавления и характера распределения в структуре.
Рис. 2. Микроструктура (х500) наплавленного износостойкого металла с упрочнением поверхностного слоя монокарбида вольфрама WC.
Вывод: Добавление металлических нанодисперсных частиц тугоплавкого монокарбида вольфрама WC в поверхностный слой металлургического инструмента приводит к изменению структуры металла и увеличению прочности поверхностного слоя инструмента: предел прочности на сжатие асж — на 17 %, предел прочности на изгиб аизг — на 30 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Технология восстановления оправки трубопрошивного стана горячим методом / Д.А. Коренев, Д.А. Криничная, С.Н. Цурихин // «Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки»: материалы XXVII студенческой
международной научно-практической конференции. - Новосибирск: Изд. «СибАК», 2014. -№ 12 (26) - С. 135-139;
2. Цурихин, С. Н. Современные способы получения жаропрочного интерметаллида /С. Н. Цурихин, Е. И. Семина // «Инновационные технологии в обучении и производстве». VIII Всерос. Конф., г. Камышин, 23-25 ноября 2011 г. / КТИ0 (филиал) ВолгГТУ [и др.] - Камышин, 2011. - Т. 2 - С. 169 - 170;
3. Соколов, Г. Н. Процессы электрошлаковой наплавки и наплавочные материалы: учеб. пособие / Г. Н. Соколов, В. И. Лысак, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, ВолгГТУ. - Волгоград, 2009. - 213 с
Gorbunov M.S., Tsurykhin S.N.
Gorbunov M.S.
Volgograd State Technical University (Volgograd, Russia)
Tsurykhin S.N.
Volgograd State Technical University (Volgograd, Russia)
INCREASING WEAR RESISTANCE OF METALLURGICAL TOOLS WITH TUNGSTEN MONOCARBIDE PARTICLES
Abstract: article examines the effect of nanodispersed components on the hardening of the surface of a metallurgical tool.
Keywords: nanodisperse components, alloying, modification, surface hardening.
