Абразивная и ударно-абразивная износостойкость твёрдых наплавленных покрытий

Наиболее распространенными способами упрочнения являются различные виды дуговой наплавки [1]. Среди них наиболее перспективным является плазменно-порошковая наплавка [2]. Особенностью этого способа является возможность применения большого числа различных упрочняющих фаз в различных композициях с металлическими матрицами на железной, никелевой или кобальтовой основах. Для обеспечения высокой долговечности наплавленный металл должен иметь высокую твёрдость и одновременно высокую ударную вязкость. Также необходимо учитывать конкретные условия изнашивания. Для обеспечения прочностных свойств и способности удерживать частицы упрочняющей фазы в структуре металлическая основа не должна в процессе изнашивания претерпевать мартенситное превращение и деформации.

Исследования проводили на наплавленных образцах размером 100 х 30 х 20, изготовленных из стали Ст3. Наплавку производили порошковым плазмотроном двудугового действия в один слой толщиной не менее 4 мм. Покрытие наносилось при токах 80, 120, 180 А с охлаждением наплавленных образцов на спокойном воздухе и душиро-ванием водой.

В качестве базового легирующего комплекса использовали порошок типа 250Х15Г20С. К базовому составу подмешивался азотированный фер- рохром (FeCr)N в различных соотношениях (см. таблицу). Наплавленные образцы подвергали испытанию на абразивную и ударно-абразивную износостойкость по ГОСТ 23.208–79 и 23.207–79 соответственно. В результате наилучшим сочетанием абразивной и ударно-абразивной износостойкости обладает порошковая композиция типа 240Х17Г19АС.

Соотношение твердости и износостойкости покрытия типа 240Х17Г19АС в зависимости от величины силы тока наплавки показаны на рис. 1.

Исследования показали, что величина силы тока оказывает значительное влияние на формирование структуры и свойств наплавленного металла [2], поэтому, изменяя тепловложение и скорость охлаждения наплавленного металла, возможно в значительных пределах изменять его твёрдость и износостойкость. В первую очередь повышение абразивной износостойкости связано с образованием заэвтектической структуры наплавленного металла и равномерным распределением дисперсных нитридов хрома. Повышенная сила тока, и как следствие, сниженная скорость охлаждения покрытия при кристаллизации приводит к образованию доэвтектической структуры на аустенитной основе. С этим связана повышенная ударно-абразивная износостойкость покрытия. Таким образом, способность покрытия одного и того же химического состава иметь повышенную

Химический состав базового порошка, присадки и порошковой композиции

№ п/п	Химический состав композиций
	Fe	C	Cr	Mn	Si	N	Al	Ti
250Х15Г20С	60,95	2,50	15,10	20,30	1,15
(FeCr)N	4,47	0,15	65	19,34	1	10	0,02	0,02
240Х17Г19АС	59,17	2,39	17,48	19,33	1,14	0,48	0,01

Сварка, родственные процессы и технологии

абразивную или ударно-абразивную износостойкость определяется скоростью охлаждения при кристаллизации. Скорости охлаждения образцов в зависимости от режима наплавки представлены на рис. 2.

Покрытие, нанесенное при силе токе 80 А, обладает большей твёрдостью в сравнении с покрытием, наплавленном при токах 120 и 180 А (см. рис. 1). Повышение силы тока приводит к значительному проплавлению металла основы и большему подмешиванию его в покрытие. Наплавленный металл представляет собой белый износостойкий азотсодержащий высокохромистый чугун, а относительно низкая скорость его кристаллизации при высокой степени перегрева сварочной ванны приводит к образованию большего количества аустенита, что и обусловливает его пониженную твёрдость.

Из исследованных режимов наплавки лучшими показателями износостойкости (см. рис 1) об- ладает покрытие, нанесенное при силе тока 80 А, в связи с большим количеством карбидной фазы M7C3. Повышение силы тока сначала приводит к снижению, а затем к повторному повышению износостойкости. Такое изменение износостойкости при разной силе тока можно объяснить микроструктурными изменениями, количественным соотношением матричной (дендриты аустенита) и упрочняющей фазы (первичные и эвтектические карбиды).

Покрытие, нанесённое при токе 180 А, обладает наивысшей ударно-абразивной износостойкостью [3, 4]. В связи с большой величиной перегрева сварочной ванны и невысокими скоростями кристаллизации наплавленного покрытия типа 240Х17Г19АС происходит формирование структуры с преобладанием аустенита, который хорошо упрочняется при ударных нагрузках.

Рис. 1. Зависимость твёрдости и износостойкости покрытия от силы тока наплавки

Времягсек

----BOA

120А ---180А

Рис. 2. Термограмма скоростей охлаждения наплавленного металла в зависимости от режима наплавки

Нефедьев С.П., Дёма Р.Р., Котенко Д.А.

Абразивная и ударно-абразивная износостойкость твёрдых наплавленных покрытий

Выводы

• 1.    Наилучшей абразивной износостойкостью обладает покрытие типа 240Х17Г19АС, обладающее заэвтектической структурой, полученной при токе 80 А, в связи с большим количеством карбидной фазы М 7 С 3.

• 2.    Наилучшей ударно-абразивной износостойкостью обладает металлонаплавка типа 240Х17Г19АС, обладающая доэвтекической структурой, полученной при токе 180 А, в связи с тем, что высоколегированный аустенит в процессе износа претерпевает полидеформационное превращение.