In situ формування боридів молібдену при електродуговому наплавленні порошковими електродами із реакційною сумішшю B4C/Mo
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.206568Ключові слова:
порошкова стрічка, електродугове наплавлення, бориди молібдену, реакційний синтез, абразивне зношуванняАнотація
Досліджено формування фазового складу, структури і властивостей електродугових покриттів порошковими електродними матеріалами системи Fe-Mo-B-C. Сплави для наплавлення наносилися з використанням дугового наплавлення порошковими дротами (FCAW), які складались із оболонки з низьковуглецевої сталі, заповненої реакційною порошковою сумішшю, яка містила карбіду бору та молібден у пропорції 1:1.
Розрахунок фазового складу сплавів, які відповідають наплавленим шарам методом CALPHAD з використанням програм Thermo-Calc OpenCalphad, показує, що за рівноважних умов боридні фази молібдену та ферит не можуть співіснувати. Основною фазою таких сплавів є сполука FeMo2B2 , яка утворює евтектику із аустенітом. Враховуючи, що для евтектичних структур із боридами характерна висока крихкість, то введення компонентів проводилось у вигляді реакційної для отримання in situ сформованих боридних фаз у вигляді окремих структурних складових.
Аналіз результатів дослідження мікроструктури та фазового складу покриттів показує, що вони складаються із трьох основних структуриних складових: фериту евтектики (FeMo2B2+фериту) та зерен тетрабориду молібдену MoB4. Таким чином, за умов наплавлення реакційною сумішшю формується нерівноважна структура, яка є сприятливою із позиції забезпечення зносостійкості через високу мікротвердість MoB4 > 27 ГПа.
Твердість отриманих покриттів знаходиться на рівні 63 – 65 HRC, а зносостійкість є вищою порівняно із серійними високохромистими сплавами (марок Т620 та Т590) у 2–2,5 рази. Це дозволяє рекомендувати покриття даної системи для зміцнення робочих поверхонь обладнання у вугільній, переробній, деревообробній та ін. галузях, де домінуючим видом зношування поверхонь є абразивнеПосилання
- Tang, H., Gao, X., Zhang, J., Gao, B., Zhou, W., Yan, B. et. al. (2019). Boron-Rich Molybdenum Boride with Unusual Short-Range Vacancy Ordering, Anisotropic Hardness, and Superconductivity. Chemistry of Materials, 32 (1), 459–467. doi: https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b04052
- Liang, Y., Yuan, X., Fu, Z., Li, Y., Zhong, Z. (2012). An unusual variation of stability and hardness in molybdenum borides. Applied Physics Letters, 101 (18), 181908. doi: https://doi.org/10.1063/1.4764547
- Mohrbacher, H. (2018). Property Optimization in As-Quenched Martensitic Steel by Molybdenum and Niobium Alloying. Metals, 8 (4), 234. doi: https://doi.org/10.3390/met8040234
- Ou Yang, X., Yin, F., Hu, J., Zhao, M., Liu, Y. (2017). Experimental investigation and thermodynamic calculation of the B-Fe-Mo ternary system. Calphad, 59, 189–198. doi: https://doi.org/10.1016/j.calphad.2017.10.007
- 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
- Wang, T., Gwalani, B., Shukla, S., Frank, M., Mishra, R. S. (2019). Development of in situ composites via reactive friction stir processing of Ti–B4C system. Composites Part B: Engineering, 172, 54–60. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.05.067
- Han, T., Xiao, M., Zhang, Y., Shen, Y. (2019). Laser cladding composite coatings by Ni–Cr–Ti–B4C with different process parameters. Materials and Manufacturing Processes, 34 (8), 898–906. doi: https://doi.org/10.1080/10426914.2019.1605172
- Tijo, D., Masanta, M. (2019). Effect of Ti/B4C ratio on the microstructure and mechanical characteristics of TIG cladded TiC-TiB2 coating on Ti-6Al-4V alloy. Journal of Materials Processing Technology, 266, 184–197. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.11.005
- Yi, M., Zhang, X., Liu, G., Wang, B., Shao, H., Qiao, G. (2018). Comparative investigation on microstructures and mechanical properties of (TiB + TiC)/Ti-6Al-4V composites from Ti-B4C-C and Ti-TiB2-TiC systems. Materials Characterization, 140, 281–289. doi: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.04.010
- Zhang, M., Huo, Y., Huang, M., Fang, Y., Zou, B. (2015). In situ synthesis and formation mechanism of ZrC and ZrB2 by combustion synthesis from the Co-Zr-B4C system. Journal of Asian Ceramic Societies, 3 (3), 271–278. doi: https://doi.org/10.1016/j.jascer.2015.05.005
- Zhang, M., Huo, Y., Huang, M., Fang, Y., Wang, G. (2015). The effect of B4C particle size on the reaction process and product in the Cu–Zr–B4C system. Journal of Asian Ceramic Societies, 3 (1), 38–43. doi: https://doi.org/10.1016/j.jascer.2014.10.006
- Kaidash, O. N., Turkevich, V. Z., Ivzhenko, V. V., Itsenko, P. P., Tkach, V. N. (2018). The Influence of in situ Formed TiB2–VB2 Borides on the Structure and Properties of Hot-Pressed B4C–(TiH2–VC) Ceramic System. Journal of Superhard Materials, 40 (6), 365–373. doi: https://doi.org/10.3103/s1063457618060011
- Qu, K. L., Wang, X. H., Wang, Z. K. (2016). Characterization of VC–VB particles reinforced Fe-based composite coatings produced by laser cladding. Surface Review and Letters, 23 (04), 1650019. doi: https://doi.org/10.1142/s0218625x16500190
- 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
- Wang, Y., Zhang, H., Jiao, S., Chou, K., Zhang, G. (2020). A facile pathway to prepare molybdenum boride powder from molybdenum and boron carbide. Journal of the American Ceramic Society, 103 (4), 2399–2406. doi: https://doi.org/10.1111/jace.16984
- Shlapak, L. S., Shihab, T., Prysyazhnyuk, P. M., Yaremiy, I. P. (2016). Structure Formation of the Chromium Carbide-Based Cermet with Copper–Nickel–Manganese Binder. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 38 (7), 969–980. doi: https://doi.org/10.15407/mfint.38.07.0969
- Sundman, B., Kattner, U. R., Palumbo, M., Fries, S. G. (2015). OpenCalphad - a free thermodynamic software. Integrating Materials and Manufacturing Innovation, 4 (1), 1–15. doi: https://doi.org/10.1186/s40192-014-0029-1
- Hillert, M., Qiu, C. (1992). A reassessment of the Fe-Cr-Mo-C system. Journal of Phase Equilibria, 13 (5), 512–521. doi: https://doi.org/10.1007/bf02665764
- Miettinen, J., Visuri, V. V., Farbitius, T., Vassilev, G. (2020). Thermodynamic Description of Ternary Fe-B-X Systems. Part 7: Fe-B-C. Archives of Metallurgy and Materials, 65 (2), 923–933. doi: http://doi.org/10.24425/amm.2020.132840
- Shihab, T., Prysyazhnyuk, P., Semyanyk, I., Anrusyshyn, R., Ivanov, O., Troshchuk, L. (2020). Thermodynamic Approach to the Development and Selection of Hardfacing Materials in Energy Industry. Management Systems in Production Engineering, 28 (2), 84–89. doi: https://doi.org/10.2478/mspe-2020-0013
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Pavlo Prysyazhnyuk, Liubomyr Shlapak, Olexandr Ivanov, Sergiy Korniy, Lyubomyr Lutsak, Myroslav Burda, Iryna Hnatenko, Vasyl Yurkiv
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.
