Формування структури і властивості електродугових покриттів на основі високомарганцевої сталі, легованої карбідами титану та ніобію
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.194164Ключові слова:
порошкова стрічка високомарганцева сталь, карбід ніобію, карбід титану, деформаційне зміцнення, абразивне зношування, дугове наплавленняАнотація
Досліджено формування фазового складу, структури і властивостей електродугових покриттів електродними матеріалами на основі високомарганцевої аустенітної сталі, що зміцнюється двійникуванням (twinning) легованої карбидами титану і ніобію. Сплави для наплавлення наносилися з використанням дугового наплавлення порошковими дротами (FCAW), які складались із оболонки з низьковуглецевої сталі, заповненої порошковою сумішшю, яка містила ферросилікомарганець, графіт, рутил, флюорит, карбід ніобію або титану.
Фазовий склад покриттів розраховували методом CALPHAD з використанням програм Thermo-Calc і Dictra для моделювання рівноважного і нерівноважного охолодження сплаву, відповідно. Результати розрахунків показують, що умови охолодження при наплавленні призводять до утворення структури метастабільного марганцевого аустеніту і незначної (0,2 мас. %) кількості карбіду цементитного типу M3C. Така кількість карбідної фази не може негативно вплинути на здатність аустеніту до деформаційного зміцнення. Кристалізація карбідів титану та ніобію починається при високій температурі ~2400 K і не впливає на фазові перетворення аустеніту в рідкому і твердому стані. Таким чином, після охолодження структура покриття в основному складається з двох фаз, а саме аустеніту і карбіду МС ніобію або титану в кількості ~9 об. %.
За результатами дослідження мікроструктури з використанням скануючої електронної мікроскопії та енергодисперсійного рентгенівської спектроскопії виділеної області карбідна фаза МС виділяється у вигляді рівномірно розподілених дрібних частинок форми близької до кубічної. Частинки карбідів в основному розташовані всередині аустенітних зерен.
Вимірювання твердості наплавлених покриттів показують, що при легуванні високомарганцевої аустенітної сталі карбідами ніобію і титану твердість значно зростає в наплавленому стані з 22 до 35 HRC та після холодної пластичної деформації з 44 до 52 HRC. Дослідження зносостійкості в умовах зношування за схемою "сухий пісок – гумовий ролик" показує, що добавки TiC і NbC можуть значно (в 1,6–1,8 рази) покращити зносостійкість наплавлених покриттів.
Завдяки здатності до деформаційного зміцнення в поєднанні з високою абразивною зносостійкістю отримані матеріали для наплавлення систем Fe–Mn–Nb–Si–C і Fe–Mn–Ti–Si–C можуть бути рекомендовані для нанесення на робочі поверхні землерийних машин
Посилання
- Yang, J., Wang, C., Xing, X., Yang, Y., Ren, X., Yang, Q. (2016). Stress induced phase transition on the medium-high carbon alloy steel hardfacing coating during the work hardening process: Experiments and first-principles calculation. Materials Science and Engineering: A, 670, 49–56. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.05.103
- Bendikiene, R., Kavaliauskiene, L. (2017). The effect of plastic deformation rate on the wear performance of hardfaced coatings. Welding in the World, 61 (5), 893–900. doi: https://doi.org/10.1007/s40194-017-0476-3
- Yang, K., Yang, K., Bao, Y.-F., Jiang, Y.-F. (2016). Formation mechanism of titanium and niobium carbides in hardfacing alloy. Rare Metals, 36 (8), 640–644. doi: https://doi.org/10.1007/s12598-016-0777-5
- Zhang, M., Luo, S. X., Liu, S. S., Wang, X. H. (2018). Effect of Molybdenum on the Wear Properties of (Ti,Mo)C-TiB2-Mo2B Particles Reinforced Fe-Based Laser Cladding Composite Coatings. Journal of Tribology, 140 (5). doi: https://doi.org/10.1115/1.4039411
- Qu, K. L., Wang, X. H., Wang, Z. K., Niu, W. Y. (2016). Effect of Mo on the VC–VB particles reinforced Fe-based composite coatings. Materials Science and Technology, 33 (3), 333–339. doi: https://doi.org/10.1080/02670836.2016.1204084
- Rodríguez, M., Perdomo, L., Béjar, L., Moreno, J. A., Medida, A., Soriano, J. F., Alfonso, I. (2017). Efecto del V y el Si Sobre la Microestructura de Depósitos Realizados con Electrodos Tubulares Revestidos de Alto Contenido de Mn (Hadfield). Soldagem & Inspeção, 22 (3), 249–257. doi: https://doi.org/10.1590/0104-9224/si2203.03
- Jankauskas, V., Choteborsky, R., Antonov, M., Katinas, E. (2018). Modeling of Microstructures and Analysis of Abrasive Wear of Arc-Welded Hadfield Steel. Journal of Friction and Wear, 39 (1), 78–84. doi: https://doi.org/10.3103/s1068366618010142
- Prysyazhnyuk, P., Lutsak, D., Shlapak, L., Aulin, V., Lutsak, L., Borushchak, L., Shihab, T. A. (2018). Development of the composite material and coatings based on niobium carbide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (12 (96)), 43–49. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150807
- Lutsak, D. L., Prysyazhnyuk, P. M., Karpash, M. O., Pylypiv, V. M., Kotsyubynsky, V. O. (2016). Formation of Structure and Properties of Composite Coatings TiB2–TiC–Steel Obtained by Overlapping of Electric-Arc Surfacing and Self-Propagating High-Temperature Synthesis. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 38 (9), 1265–1278. doi: https://doi.org/10.15407/mfint.38.09.1265
- Prysyazhnyuk, P. M., Shihab, T. A., Panchuk, V. H. (2016). Formation of the Structure of Cr3C2–MNMts 60-20-20 Cermets. Materials Science, 52 (2), 188–193. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-016-9942-0
- Ropyak, L. Y., Shatskyi, I. P., Makoviichuk, M. V. (2017). Influence of the Oxide-Layer Thickness on the Ceramic–Aluminium Coating Resistance to Indentation. Metallofizika i noveishie tekhnologii, 39 (4), 517–524. doi: https://doi.org/10.15407/mfint.39.04.0517
- Hallstedt, B., Khvan, A. V., Lindahl, B. B., Selleby, M., Liu, S. (2017). PrecHiMn-4 – A thermodynamic database for high-Mn steels. Calphad, 56, 49–57. doi: https://doi.org/10.1016/j.calphad.2016.11.006
- Mosecker, L., Saeed-Akbari, A. (2013). Nitrogen in chromium–manganese stainless steels: a review on the evaluation of stacking fault energy by computational thermodynamics. Science and Technology of Advanced Materials, 14 (3), 033001. doi: https://doi.org/10.1088/1468-6996/14/3/033001
- Kryshtopa, S. І., Petryna, D. Y., Bogatchuk, I. М., Prun’ko, I. B., Меl’nyk, V. М. (2017). Surface Hardening of 40KH Steel by Electric-Spark Alloying. Materials Science, 53 (3), 351–358. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-017-0082-y
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Pavlo Prysyazhnyuk, Shihab Thaer Abdulwahhab Shihab, Roman Andrusyshyn, Lyubomyr Lutsak, Olexandr Ivanov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
