Влияние добавки карбида хрома на структуру и абразивную износостойкость NiCrBSi покрытия, сформированного лазерной наплавкой

  • Соболева Наталья Николаевна Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия) http://orcid.org/0000-0002-7598-2980
  • Николаева Екатерина Павловна Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия) https://orcid.org/0000-0002-9522-4167
  • Макаров Алексей Викторович Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия); Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия) https://orcid.org/0000-0002-2228-0643
  • Малыгина Ирина Юрьевна Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия) https://orcid.org/0000-0002-9463-1473
Ключевые слова: газопорошковая лазерная наплавка, NiCrBSi покрытие, NiCrBSi–Cr3C2 покрытие, композиционное покрытие, структура, абразивное изнашивание

Аннотация

Лазерная наплавка применяется в различных отраслях машиностроения для получения упрочняющих и восстановительных покрытий. В качестве износостойких сплавов для наплавки хорошо зарекомендовали себя самофлюсующиеся сплавы системы Ni-Cr-B-Si. Относительно низкая температура плавления NiCrBSi порошков позволяет добавлять твердые включения в материал матрицы и создавать тем самым композиционные покрытия с не растворившимися при наплавке частицами. В качестве упрочняющих карбидных частиц при создании композиционных покрытий на основе NiCrBSi используются добавки WC/W2C, Cr3C2, SiC, TaC, NiC, VC, TiC. Особый научный и практический интерес представляет изучение закономерностей изнашивания композиционного покрытия NiCrBSi–Cr3C2, характеризующегося повышенной стойкостью к коррозии и окислению при высоких температурах. В работе осуществлялась добавка 15 мас. % порошка Cr3C2 гранулометрического состава 50–150 мкм в порошок ПГ-СР2 (химический состав, мас. %: 0,48 C; 14,8 Cr; 2,6 Fe; 2,9 Si; 2,1 B; остальное Ni) гранулометрического состава 40–160 мкм при газопорошковой лазерной наплавке. С помощью растровой электронной микроскопии установлено, что указанная добавка карбида хрома в NiCrBSi порошок привела к формированию при лазерной наплавке композиционного покрытия, так как в структуре присутствуют исходные нерастворившиеся карбиды хрома Cr3C2. NiCrBSi–Cr3C2 покрытие характеризуется повышенной микротвердостью. Проведены испытания на абразивное изнашивание по закрепленному абразиву – корунду, определены интенсивность абразивного изнашивания, коэффициент трения и удельная работа изнашивания, а также исследованы поверхности изнашивания NiCrBSi и NiCrBSi–Cr3C2 покрытий. Установлен существенный рост абразивной износостойкости композиционного покрытия вследствие смены основного механизма изнашивания (с микрорезания у покрытия NiCrBSi на царапание у покрытия NiCrBSi–Cr3C2).

Биографии авторов

Соболева Наталья Николаевна, Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия)

кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории конструкционного материаловедения

Николаева Екатерина Павловна, Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия)

младший научный сотрудник лаборатории лазерной и плазменной обработки

Макаров Алексей Викторович, Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия); Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия)

доктор технических наук, заведующий отделом материаловедения и лабораторией механических свойств

Малыгина Ирина Юрьевна, Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия)

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории конструкционного материаловедения

Литература

Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 664 с.

Афанасьева Л.Е. Микроструктура покрытия NiCrBSi после лазерной наплавки и последующего лазерного плавления // Металлообработка. 2018. № 3. С. 34–38.

Соболева Н.Н., Макаров А.В., Малыгина И.Ю. Влияние фрикционной обработки на микромеханические свойства NiCrBSi покрытия, полученного лазерной наплавкой // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2017. № 4. С. 135–140.

Stanciu E.M., Pascu A., Ţierean M.H., Voiculescu I., Roată I.C., Croitoru C., Hulka I. Dual Coating Laser Cladding of NiCrBSi and Inconel 718 // Materials and Manufacturing Processes. 2016. Vol. 31. № 12. P. 1556–1564.

Yang J., Liu F., Miao X., Yang F. Influence of laser cladding process on the magnetic properties of WC–FeNiCr metal–matrix composite coatings // Journal of Materials Processing Technology. 2012. Vol. 212. № 9. P. 1862–1868.

Makarov A.V., Soboleva N.N., Malygina I.Yu., Osintseva A.L. The tribological performances of a NiCrBSi – TiC laser-clad composite coating under abrasion and sliding friction // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2015. № 3. P. 83–97.

Прибытков Г.А., Полев И.В., Батаев В.А., Иванов М.Б. Структура и абразивная износостойкость композитов тугоплавкий карбид – металлическая матрица // Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. № S1-1. С. 419–422.

Прибытков Г.А., Храмогин М.Н., Коржакова 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.

Бирюков В.П., Фишков А.А., Татаркин Д.Ю., Хриптович Е.В., Быковский Д.П., Петровский В.Н. Влияние режимов лазерной наплавки и состава порошковых материалов на абразивную износостойкость покрытий // Фотоника. 2016. № 3. С. 32–45.

Голышев А.А., Оришич А.М. Исследование влияния режимов фокусировки лазерного излучения на геометрические и механические свойства металлокерамических треков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2019. Т. 21. № 1. С. 82–92.

Прибытков Г.А., Фирсина И.А., Коржова В.В., Криницын М.Г., Полянская А.А. Синтез композиционных порошков «TiC – связка из сплава NiCrBSi» для наплавки и напыления износостойких покрытий // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2018. № 2. С. 43–53.

Vostřák M., Houdková Š., Bystrianský M., Česánek Z. The influence of process parameters on structure and abrasive wear resistance of laser clad WC-NiCrBSi coatings // Materials Research Express. 2018. Vol. 5. № 9. P. 096522.

Zikin A., Hussainova I., Katsich C., Badisch E., Tomastik C. Advanced chromium carbide-based hardfacings // Surface and Coatings Technology. 2012. Vol. 206. № 19-20. P. 4270–4279.

Karaoglanli A.C., Oge M., Doleker K.M., Hotamis M. Comparison of tribological properties of HVOF sprayed coatings with different composition // Surface and Coatings Technology. 2017. Vol. 318. P. 299–308.

Макаров А.В., Соболева Н.Н., Малыгина И.Ю., Осинцева А.Л. Формирование композиционного покрытия NiCrBSi–TiC с повышенной абразивной износостойкостью методом газопорошковой лазерной наплавки // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 11. C. 38–44.

Степанова И.В., Панин С.В., Дураков В.Г., Корчагин М.А. Модификация структуры порошковых покрытий на никелевой и хром-никелевой основах введением наночастиц диборида титана при электронно-лучевой наплавке // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2011. № 1. С. 68–74.

Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

Трение, изнашивание и смазка. Кн. 1 / под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. 400 с.

Savrai R.A., Makarov A.V., Gorkunov E.S., Soboleva N.N., Kogan L.Kh., Malygina I.Yu., Osintseva A.L., Davydova N.A. Eddy-Current Testing of the Fatigue Degradation of a Gas Powder Laser Clad NiCrBSi–Cr3C2 Composite Coating under Contact Fatigue Loading // AIP Conference Proceedings. 2017. Vol. 1915. P. 040049.

Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М.: Машиностроение, 1976. 271 с.

Макаров А.В., Соболева Н.Н., Малыгина И.Ю. Роль упрочняющих фаз в сопротивлении абразивному изнашиванию NiCrBSi покрытий, сформированных лазерной наплавкой // Трение и износ. 2017. Т. 38. № 4. С. 311–318.

Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М.: Наука, 1970. 252 с.

Опубликован
2020-03-28
Выпуск
Раздел
Технические науки