Формування та властивості NbC-армованих шарів, отриманих електрошлаковим наплавленням у струмопідвідному кристалізаторі малого діаметра
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.341827Ключові слова:
електрошлакове наплавлення, карбід, ніобій, композити, зносостійкість, мікроструктура, твердість, пористість, триботехніка, кристалізаторАнотація
Об’єктом дослідження є процес формування NbC-армованих композитних шарів методом електрошлакового наплавлення (ЕШН) у струмопідвідному кристалізаторі (СПК) малого діаметра. Проблемою, що вирішується, є стабільне введення дрібнодисперсного NbC у шлакову ванну малого діаметра без розчинення та агломерації з досягненням рівномірного армування, низької пористості та високої зносостійкості.
Дослідження направлено на експериментальне визначення мікроструктури, фазового складу, твердості, пористості та абразивної зносостійкості шарів, сформованих за керованих режимів ЕШН із використанням порошкового дроту, що містить 35 мас.% NbC, та обґрунтування технологічної спроможності процесу у СПК малого діаметра.
Процес реалізовано у двосекційних СПК Ø 65–85 мм за режимів: I = 1,1 кА; U = 22 В; швидкість подачі Vпод = 2,0 м · хв⁻¹; тривалість проплавлення 45 с; Tванни = 1600–1700°С. Морфологію та хімічну однорідність визначали оптичною мікроскопією й SEM-EDS; фазовий склад – рентгенографічно; твердість – за Віккерсом HV10; абразивну зносостійкість – відповідно до ASTM G99.
Отримано шари 2,0 ± 0,2 мм без макротріщин і шлакових включень, із рівномірним розподілом NbC (≈ 2–5 мкм) по товщині. Середня твердість становить 1020 ± 30 HV10 (≈ ×3 порівняно зі сталлю 20), лінійна швидкість зносу зменшена у 3,4 рази, пористість ≤ 0,8 об.% за збереження високої адгезійної міцності. Підтверджено, що керована подача неструмоведучого порошкового дроту у найбільш нагріту зону ванни забезпечує відтворюваний перенос тугоплавкої фази та запобігає її розчиненню й укрупненню. Узгоджені мікроструктурні ознаки корелюють із приростом твердості та зниженням зношування, що підтверджує причинно-наслідковий зв’язок «структура → властивості».
Запропонована технологія відтворювана на наявних установках ЕШН без переоснащення та рекомендована для відновлення деталей, що працюють в умовах абразивного зношування, із потенціалом масштабування за рахунок регламентації режимів і контролю складу шлаку.
Посилання
- Kuskov, Yu. M., Gordan, G. N., Bogajchuk, I. L., Kajda, T. V. (2015). Electroslag surfacing using discrete materials of different methods of manufacture. The Paton Welding Journal, 5-6, 30–33. https://doi.org/10.15407/tpwj2015.06.06
- Goryslavets, Yu. M., Bondar, O. I., Proskudin, V. M., Kuskov, Yu. M., Rymar, S. V., Netyaha, A. V. (2022). Modeling of electromagnetic processes in a sectional crystalizer for electroslag surfacing of metal. Tekhnichna Elektrodynamika, 4, 64–68. https://doi.org/10.15407/techned2022.04.064
- Kuskov, Yu. M., Shevchenko, V. Yu., Korzhik, V. M. (2021). Modernization of ESR furnaces into installations for ESS of mill rolls in a current-carrying mould. Electrometallurgy Today, 3, 9–12. https://doi.org/10.37434/sem2021.03.02
- Bilonik, I. M., Kapustian, O. Ye., Bilonik, D. I., Shumikin, S. O., Shumylov, O. A., Hubar, Ye. Ya. (2021). Manufacture by electroslag surfacing of the impact part of the hammer of the mechanism for shaking electrical precipitators. Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences, 42, 14–21. https://doi.org/10.31498/2225-6733.42.2021.240566
- Babinets, A. A., Ryabtsev, I. O., Lentyugov, I. P., Bogaichuk, I. L. (2022). Influence of microalloying with boron on the structure and properties of deposited metal of the type of tool steel 25Kh5FMS. Automatic Welding, 6, 3–10. https://doi.org/10.37434/as2022.06.01
- Bely, A. I., Zhudra, A. P., Dzykovich, V. I., Petrov, V. V. (2018). Electrodes for arc hardfacing of composite alloys. The Paton Welding Journal, 1, 29–32. https://doi.org/10.15407/tpwj2018.01.06
- Student, M. M., Voytovych, A. A., Sirak, Ya. Ya., Gvozdetskyi, V. M. (2020). Development of new electrode materials, methods of restoration and protection of thin-walled parts of equipment, which are operated under the conditions of abrasive and gas-abrasive wear. The Paton Welding Journal, 10, 31–34. https://doi.org/10.37434/tpwj2020.10.06
- Shtefan, V. V., Epifanova, A. S., Koval’ova, A. A., Bairachnyi, B. I. (2017). Electrolytic Deposition of Highly Hard Coatings of a Cobalt–Molybdenum Alloy. Materials Science, 53 (1), 47–54. https://doi.org/10.1007/s11003-017-0042-6
- Babinets, A. A., Ryabtsev, I. O. (2021). Classification of methods of modification and microalloying of deposited metal (Review). The Paton Welding Journal, 9, 2–8. https://doi.org/10.37434/tpwj2021.09.01
- Babinets, A. A., Ryabtsev, I. O. (2021). Influence of modification and microalloying on deposited metal structure and properties (Review). The Paton Welding Journal, 10, 3–10. https://doi.org/10.37434/tpwj2021.10.01
- Holovko, V. V., Ermolenko, D. Yu., Stepanyuk, S. M. (2020). The influence of introducing refractory compounds into the weld pool on the weld metal dendritic structure. Automatic Welding, 6, 3–10. https://doi.org/10.37434/as2020.06.01
- Glotka, O. (2021). Prediction carbides composition in nickel-based superalloys directional crystallization. Innovative Materials and Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering, 2, 13–21. https://doi.org/10.15588/1607-6885-2020-2-2
- Dudnikov, A. A., Dudnikov, I. A., Dudnyk, V. V., Burlaka, O. A. (2021). Methods of restoring parts of agricultural machines. Scientific Progress & Innovations, (2), 280–285. https://doi.org/10.31210/visnyk2021.02.37
- Bilous, V. Yu., Pashynskyi, V. V., Berezos, V. O., Selyn, R. V., Vrzhyzhevskyi, E. L. (2022). Structure and properties of welded joints of steel 20 modified by nanoparticles of tungsten carbide. Electrometallurgy Today, 1, 47–55. https://doi.org/10.37434/sem2022.01.06
- Liang, J. W., Shen, Y. F., Misra, R. D. K., Liaw, P. K. (2021). High strength-superplasticity combination of ultrafine-grained ferritic steel: The significant role of nanoscale carbides. Journal of Materials Science & Technology, 83, 131–144. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.11.078
- Akhonin, S. V., Berezos, V. O., Severin, A. Yu., Gadzira, M. P., Timoshenko, Ya. G., Davidchuk, N. K. (2020). Producing by electron beam melting the ingots of iron alloyed with silicon carbide. Electrometallurgy Today, 3, 24–29. https://doi.org/10.37434/sem2020.03.03
- Sisodia, R. P. S., Gáspár, M. (2021). Experimental assessment of microstructure and mechanical properties of electron beam welded S960M high strength structural steel. Manufacturing Letters, 29, 108–112. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2021.05.004
- Bhowmik, A., Zhai, W., Zhou, W., Nai, S. M. L. (2021). Characterization of carbide particle-reinforced 316L stainless steel fabricated by selective laser melting. Materials Characterization, 179, 111360. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111360
- Kuskov, Yu. M., Soloviov, V. G., Zhdanov, V. A. (2017). Electroslag surfacing of end faces with large-section electrode in current-supplying mould. The Paton Welding Journal, 12, 29–32. https://doi.org/10.15407/tpwj2017.12.05
- Kuskov, Yu. M. (2018). Influence of flux composition on the process of electroslag surfacing of end faces with discrete feeding of filler material. The Paton Welding Journal, 1, 33–37. https://doi.org/10.15407/tpwj2018.01.07
- ASTM G99-17. Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus (2023). ASTM International. https://doi.org/10.1520/g0099-17
- Netyaga, A. V., Kuskov, Yu. M., Proskudin, V. M., Zhdanov, V. A., Lantyugov, I. P. (2021). Formation of a layer of high-chromium cast iron in current-conducting mould of a square cross-section at electroslag surfacing. Electrometallurgy Today, 4, 16–19. https://doi.org/10.37434/sem2021.04.02
- Pereira, V. S. M., Davis, T. P., Mayoral, M. H., Kumar, A., Schut, H., Sietsma, J. (2022). Investigation of coarsening of oxide nanoparticles at 1400 K and its effect on the microstructure formation of an ODS Eurofer steel. Materials Characterization, 185, 111723. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.111723
- Rybalko, I., Saychuk, O., Zakharov, A., Borovyk, O. (2023). The process of electroslig soldering using electrode powder wires. International Science Journal of Engineering & Agriculture, 2 (1), 1–9. https://doi.org/10.46299/j.isjea.20230201.01
- Sydow, Z., Sydow, M., Wojciechowski, Ł., Bieńczak, K. (2021). Tribological Performance of Composites Reinforced with the Agricultural, Industrial and Post-Consumer Wastes: A Review. Materials, 14 (8), 1863. https://doi.org/10.3390/ma14081863
- Cuppari, M., Santos, S. (2016). Physical Properties of the NbC Carbide. Metals, 6 (10), 250. https://doi.org/10.3390/met6100250
- Fedorov, P. P., Yarotskaya, E. G. (2021). Zirconium dioxide. Review. Condensed Matter and Interphases, 23 (2), 169–187. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3427
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Oleksandr Saichuk, Olena Borovyk, Vadym Borovyk, Andrii Zakharov, Mykola Kapustianskyi
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.
