Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

77-30569/365792 Оценка влияния состава газовой смеси на структуру и свойства покрытий стойких против гидроабразивного износа.

# 04, апрель 2012
Файл статьи: Орлик_P.pdf (660.30Кб)
авторы: Орлик Г. В., Каберник Н. В., Орлик А. Г.

УДК 621.924.093.048:621.791

МГТУ им. Н.Э. Баумана

 

Введение

Наплавка является универсальными и экономичными методами повышения ресурса работы деталей работающих в условиях абразивного износа [1].

Стойкость против гидроабразивного изнашивания зависит от многих параметров, главные из которых: твердость, состав и структура наплавленных слоев. Наибольшую износостойкость, показывает наплавленный материал с композиционной структурой [2]. При этом состав матрицы должен подбираться в зависимости от твердости абразива, а размер армирующих фаз в наплавленном металле должен быть согласован с размером частиц абразива.

При проведении наплавочных работ, для получения наплавленного металла с композиционной структурой, могут применяться порошковые проволоки разного состава. При этом применяют газовые смеси на основе аргона с добавлением СО2. Состав газовой смеси может оказывать влияние на степень выгорания легирующих элементов, что в свою очередь может сказаться на структуре и износостойкости наплавленного металла.

Применение защитных газовых смесей в сравнении с чистым аргоном имеет следующие преимущества:

·                 повышается производительность сварки не менее чем в 1,5 раза без увеличения потребляемой электрической мощности (т.е. обеспечивается снижение удельныхэнергозатрат примерно в 1,3 раза);

·                 в 1,5-3 раза снижается разбрызгивание электродного металла;

·                 в 8-10 раз снижается набрызгивание электродного металла насварной шов и околошовную зону, что уменьшает трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей;

·                 стабилизация процесса сварки, снижение пористости и оксидных включений;

·                 лучший внешний вид сварного шва;

·                 улучшение условий труда сварщика.

В данной работе производилась оценка влияния состава защитной газовой смеси на свойства наплавленного покрытия обеспечивающего стойкость к гидроабразивному износу.

Постановка задачи.

Исследование влияния на стойкость покрытий к гидроабразивному износу следующих факторов: состава и структуры наплавленного металла и газовая защита.

Научная новизна.

-показано, что размеры армирующих фаз в одной и той же матрице определяют темп изнашивания наплавленного покрытия следующим образом- чем больше толщина игл, тем выше стойкость наплавленного покрытия к гидроабразивному износу.

Материалы и методы исследования.

Для нанесения покрытия использовали порошковую проволоку диаметром 1,6 мм состава: Fe+ <5 %C, <2,0Si, <0,5 %Mn, <20 %Cr, <10,0 %Mo, <10,0 %Nb, <10,0 %W, <5,0%B. Твёрдость наплавленного металла, по данным производителя, до 71 HRC, обеспечивается при использовании защитной газовой смеси Ar+2-20 % CO2, за счёт легирования наплавленного металла Cr, MO, Nb и W (суммарное содержание до 40 %) и образования интерметаллидных и карбидных фаз.[3]

Наплавка образцов производилась на Ст.3 толщиной 8 мм на режимах, обеспечивающих получение покрытия с качественным формированием и при минимальном разбрызгивании. Параметры режима наплавки:I=150 А,U=25 В,Vсв=16 м/ч,Vпп=5 м/мин. В качестве защитного газа использовали сварочные защитные смеси 98 %Ar + 2 %CO2 и 80 %Ar + 20 %CO2.

Стойкость покрытия против абразивного износа производили при обеспечении одинаковых условий гидроабразивного разрушения. Для испытаний использовали установку для гидроабразивного износа «Kaercher». Режим испытаний: испытательная среда – вода; давление воды – 14 МПа; расход воды – 10 л/мин; масса абразива, проходящего через распылительную головку – 15 кг; размер абразивных частиц-0,6-1,2 мм; твёрдость абразивных частиц-6 по шкале Мосса; время испытаний – 15 мин; в качестве абразива использовали - речной песок ГОСТ 8736-93.

Износостойкость оценивали по потере массы наплавленных образцов, за принятое время испытаний. Контроль за состоянием образцов и взвешивание производились через каждые 5 мин.

Структуру наплавленного металла исследовали на оптическом микроскопе Leica DMILM с использованием программы Qwin для анализа изображений, а также на растровых электронных микроскопах Leo 430i и FEI Quanta 3D FEG, оснащенных приставкой для микрорентгеноспектрального анализа.

Результаты и обсуждения.

На рис.1 показан внешний вид наплавленных валиков с использованием в качестве защитного газа 80 %Ar +20 % СО2 и сварочной газовой смеси 98 %Ar +2 %СО2. Видно, что на поверхности металла, наплавленного с использованием защитного газа с большем содержанием СО2 (рис. 1,а), наблюдается появления шлака и значительного разбрызгивания.

Описание: IMG_3280

а).

Описание: IMG_3247

б).

Рис.1. Внешний вид наплавленных валиков: а – 80 %Ar +20 %СО2, б - сварочная газовая смесь 98 %Ar +2 %СО2.

Видно, что на поверхности металла, наплавленного с использованием защитного газа с меньшим содержанием СО2(рис 1,б) разбрызгивания нет. Структура наплавленного металла (рис. 2) показывает, что независимо от условий наплавки в наплавленном металле происходит формирование макроскопических игл карбидных и карбоборидных кристаллов. Однако наблюдается влияние состава защитного газа на размеры структурных составляющих, представленных в таблице 1.

Таблица 1

Линейные значения игл по сечению наплавленных слоёв.

Размер игл

min

mean

max

Нижняя часть

Середина

Верхняячасть

Нижняя часть

Середина

Верхняя часть

Нижняя часть

Середина

Верхняя часть

1

1.68

3.12

4.88

1.50

3.97

9.94

4.56

6.93

13.96

2

2.44

1.42

3.50

3.59

2.89

5.15

5.99

4.24

8.18

 

В нижней части

В середине

В верхней части

1

Описание: http://oo6.mail.yandex.net/static/43e7d18096a548a09cd998065544438f/tmpcGEjqf_html_m596080fd.jpg

Описание: http://oo6.mail.yandex.net/static/43e7d18096a548a09cd998065544438f/tmpcGEjqf_html_m2b03218f.jpg

Описание: http://oo6.mail.yandex.net/static/43e7d18096a548a09cd998065544438f/tmpcGEjqf_html_m2af953ce.jpg

2

Описание: http://oo6.mail.yandex.net/static/43e7d18096a548a09cd998065544438f/tmpcGEjqf_html_5d103f49.jpg

Описание: http://oo6.mail.yandex.net/static/43e7d18096a548a09cd998065544438f/tmpcGEjqf_html_6cb1dc60.jpg

Описание: http://oo6.mail.yandex.net/static/43e7d18096a548a09cd998065544438f/tmpcGEjqf_html_m59c1189f.jpg

Рис. 2. Структуры наплавленного металла.
1-98 %
Ar +2 % СО2
2-80%
Ar +20% СО2

Результаты испытаний на гидроабразивный износ приведены в таблице 2, видно что стойкость к гидроабразивному износу на 18 % больше у наплавленного металла полученному с использованием защитного газа с меньшим содержанием СО2, что, по-видимому достигается за счёт увеличения размера игл в наплавленном покрытии.

Таблица 2.

Результаты по потере массы наплавленных слоёв

 образцов

Потеря веса,г.

за 5мин

за 10мин

15мин

1 (98%Ar + 2%CO2)

0,1738

0,3966

0,5592

2 (80%Ar + 20%CO2)

0,3356

0,4250

0,6801

 

Заключение.

Проведенные исследования показали, что состав защитного газа оказывает влияние на размеры и интенсивность роста структурных составляющих наплавленного покрытия. Увеличение содержания СО2 в газовой смеси ведет к уменьшению износостойкости. Таким образом, за счёт увеличения размеров игольчатой структуры наплавки возрастает стойкость покрытия к гидроабразивному износу. Так, например, уменьшение содержание СО2 с 20 % до 2 % увеличивает износостойкость на 18 %.

Литература.

1. Получение износостойких антиабразивных покрытий /А.Г. Орлик, Н.В. Коберник // Труды МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2010.  № 602 : Математическое моделирование сложных технических систем. С. 34-38.

2. 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. №5. 2011г. 18 с.

3. Рекомендации по нанесению порошковых проволок //castolin.ru: производитель наплавочных материалов. http://www.mec-castolin.ru  (дата обращения 11.02.2012)


Тематические рубрики:
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2020 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)