автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Формирование композиционных покрытий с мультимодальным распределением частиц упрочняющей фазы по размерам

На правах рукописи

'? У?

Маков Дмитрий Анатольевич

ФОРМИРОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ С МУЛЬТИМОДАЛЬНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЧАСТИЦ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ФАЗЫ ПО РАЗМЕРАМ

Специальность 05.16.09 Материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2012

005049208

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Гнюсов Сергей Федорович Официальные оппоненты:

Тарасов Сергей Юлъевич -доктор технических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, старший научный сотрудник лаборатории физики упрочнения поверхности

Гончаренко Игорь Михайлович -кандидат технических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, старший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», г. Барнаул

Защита диссертации состоится « 21 » декабря 2012 г. в 16— на заседании диссертационного совета Д003.038.02 при ИФПМ СО РАН по адресу: 634055, г. Томск, проспект Академический, 2/4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФПМ СО РАН.

Автореферат разослан « 49 » ноября 2012г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор

В.И. Данилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: В настоящее время для увеличения износостойкости рабочих поверхностей деталей машин, как при их изготовлении, так и в процессе ремонта, в качестве наплавляемых порошковых смесей применяют твердые и сверхтвердые композиционные материалы, такие, как релит, сор-майт, стеллит, которые содержат в качестве упрочняющей фазы твердые карбиды в количестве от 30 до 90 вес. %. Данные покрытия имеют ряд недостатков: хрупкость, неравномерность распределения частиц упрочняющей фазы по объему наплавленного слоя, склонность к трещинообразованию. Это не позволяет применять их в условиях характеризующихся многофакторным воздействием. Однако современный уровень развития промышленности требует создания многофункциональных покрытий с равномерной структурой по всей толщине наплавки, удовлетворяющей следующим требованиям: высокой абразивной износостойкости, малым пластическим деформациям, способности противостоять ударным нагрузкам и низкой температуре.

Перечисленные выше обстоятельства требуют кардинально иного подхода к формированию упрочненных слоев. Одним из возможных путей решения данной проблемы мог бы стать способ применения наплавочного материала, в котором карбидные частицы (например, Т1С, \¥С) имеют разную способность к растворению в жидкометаллической ванне и к карбидообразованию. Структура, сформированная таким способом, будет состоять из исходных карбидных частиц (рис. 1а), первичных (эвтектических) частиц (рис. 16) и мелкодисперсных вторичных частиц (рис. 1в). При этом каждому типу упрочняющих частиц присущ свой масштабный фактор (мультимодальность в распределении частиц твердой фазы по размерам), что будет способствовать повышению общего уровня износостойкости.

В качестве основы необходимо использовать аустенитные стали. Во-первых, из-за своей вязкости они хорошо удерживают карбидные частицы. Во-вторых, в аустените растворяется значительное количество легирующих элементов, которые выделяются в виде дисперсных твердых фаз при дальнейшей термической обработке. Дополнительное упрочнение может быть достигнуто переводом аустенитной матрицы в метастабильное состояние. Это позволит матрице упрочняться в процессе эксплуатации за счет деформационных мартенситных превращений или субструктурных изменений.

а и 5 б

• . • 7Х 1 Iе '^и

ГУ оТЧ •|У» • >4 • И. ° 'А ► 0 /Сд

.Л? 'О- ЧЛ о о о / ТЧо в а• а0«. • •. о* •

оС1 в О • оХ Эг.'.»

Рис. 1. Схема построения структуры композиционных покрытий: а - исходные карбидные частицы, б - первичные (эвтектические) карбидные частицы, в - вторичные карбидные частицы в объеме зерна

В качестве метода формирования упрочненного слоя наиболее подходит электронно-лучевая технология наплавки в вакууме. Она позволяет организовать микрометаллургический процесс с минимальным воздействием на основной металл. Значительный перегрев сварочной ванны будет способствовать растворению твердых частиц, а минимальное время ее существования - формировать пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в аустените.

В процессе изготовления или эксплуатации оборудования зачастую возникает необходимость нанесения покрытия на детали сложной формы либо выполнять их ремонт без демонтажа. В таких условиях применение способа электронно-лучевой наплавки в вакууме технологически невозможно. Необходим простой и широко распространенный способ наплавки, позволяющий формировать покрытие из легированных материалов. Одним из таких способов является ручная дуговая наплавка в среде аргона.

Цель работы - разработка составов и способа наплавки на стальную основу износостойких покрытий с мультимодальным распределением упрочняющей фазы по размерам на основе изучения структуры и свойств композиционных наплавок «легированная Мо и V аустенитная сталь - тугоплавкий карбид титана или вольфрама».

Для достижения цели работы были сформулированы следующие задачи:

1. Исследовать структуру, механические и трибологические свойства композиционных покрытий, полученных с помощью ЭЛН, в зависимости от типа аустенитной матрицы и карбидной фазы.

2. Исследовать структуру и свойства электронно-лучевых композиционных покрытий в зависимости от режимов последующей термической обработки.

3. Провести исследования влияние структуры покрытий на твердость и абразивный износ.

4. На основании анализа структуры и износостойкости покрытий совместить процесс ЭЛН и термической обработки в один технологический цикл.

5. Экспериментально определить режим термической обработки для покрытий, выполненных с помощью аргонодуговой наплавки.

6. Провести промышленные испытания разработанных покрытий в условиях наплавленных рабочих поверхностей зубьев каменноугольной дробилки, используемой на ТЭЦ ОАО «Сибирский химический комбинат», г. Северск Томской обл.

Научная новизна

1. Установлены составы порошковых композиционных наплавочных смесей на основе Ре-№ или Ре-Мп сталей, содержащих 4 вес.% Мо, 4 вес.% V и 15 вес.% нанесение которых позволяет получить структуру покрытия, состоящую из марганцовистого или никелевого аустенита с карбидами УС и МбС.

2. Установлен оптимальный режим старения покрытий (600°С, время выдержки 1...2 часа), обеспечивающий сохранение аустенитной структуры матрицы и получение мультимодапьного распределения карбидной фазы по размерам в объеме упрочненного слоя.

3. Показано, что сформировать подобное структурно-фазовое состояние композиционного покрытия возможно в условиях совмещения процесса вакуумной электронно-лучевой наплавки и термической обработки.

4. Экспериментально установлено, что мультимодальное распределение карбидной фазы по размерам в объеме упрочненного слоя приводит к увеличению коэффициента относительной износостойкости композиционных покрытий на основе марганцовистого аустенита на -38...42% и на основе никелевого ау-стенита на 5... 12%.

Практическая значимость работы

1. Разработан наплавочный материал, представляющий собой композиционный порошок на основе легированной Мо и V аустенитной стали и 15 вес. % WC, предназначенный для упрочнения рабочих поверхностей, которые эксплуатируются в условиях ударно-абразивного изнашивания.

2. Отработаны режимы электронно-лучевой и аргонодуговой наплавок для ремонта деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа и низких температур (до -40...-50°С).

3. Разработанные композиционные покрытия применены для упрочнения рабочих поверхностей зубьев каменноугольной дробилки, используемой на ТЭЦ ОАО «Сибирский химический комбинат». Эффект от применения композиционных покрытий состоит в 4-х кратном увеличении межремонтного периода работы оборудования.

Работа выполнялась в рамках гранта государственного задания Министерства образования и науки РФ на проведение научно-исследовательских работ ТПУ №8.3664.2011.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разработан композиционный наплавочный материал на основе легированной Мо и V аустенитной стали, содержащий 15 вес. % WC и предназначенный для упрочнения поверхностей, работающих в условиях ударно-абразивного износа (защищенный патентом РФ).

2. Предложен способ получения композиционного покрытия с мультимо-дальным распределением частиц упрочняющей фазы по размерам, заключающийся в формировании упрочненного слоя за счет многопроходной наплавки, причем последний проход делают расфокусированным электронным лучом без подачи наплавляемого материала, обеспечивая температуру нагрева покрытия 650...700°С (защищенный патентом РФ).

3. Закономерности развития структурно-фазового состояния композиционных покрытий «легированный аустенит - карбид вольфрама или титана», реализующегося в процессе наплавки и термической обработки, которые определяют формирование мультимодальной структуры, обеспечивающей высокий уровень микротвердости и абразивной износостойкости.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях: IX Международной конференции «Современные техника и технология», г. Томск, 2003 г.; VII International Conference «Computer-Aided Desing of Advanced Materials and Technologies «CADAMT-2003»», Tomsk, 2003; X Международной конференции «Современные техника и технология», г. Томск, 2004 г.; 23 Международной конференции «Сварка и контроль-2004», г. Пермь, 2004 г.; Международной конференции «Славяновские чтения. Сварка - XXI век», г. Липецк, 2004 г.; Научно-практической конференции

«Молодеж ЯТЦ - наука и производство», г. Северск, 2004 г.; II Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения», г. Томск, 2004 г.; 24 Международной конференции «Сварка и контроль-2005», г. Челябинск, 2005 г.; V Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии», г. Томск, 2012 г.

Публикации. Результаты работ опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 4-х статьях в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, получено 2 патента РФ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 166 наименований, приложения, всего 161 лист машинописного текста, включая 7 таблиц и 56 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость.

В первом разделе подробно проанализированы литературные данные, посвященные вопросам повышения износостойкости материалов с помощью нанесения защитных (износостойких) покрытий. Рассмотрены процессы наплавки, основанные на применении концентрированных потоков энергии. Особое внимание уделено материалам, использующимся для наплавки. Сформулированы цели и задачи исследований.

Во втором разделе представлены материалы и методы их исследования. Объектами анализа являются композиционные покрытия, которые наносятся на упрочняемую поверхность с помощью электронно-лучевой или аргонодуговой наплавок. Химический состав порошковой шихты для наплавки композиционных покрытий представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Исходный химический состав порошковой шихты

Номер покрытия Содержание элемента, вес.%

Бе N1 С Мп Мо V Прочее

1 остальное - 0,9 20 4 4 10%Т1С

2 остальное 20 - - 4 4 10%Т1С

3 остальное - 0,9 20 4 4 15%АУС

4 остальное 20 - - 4 4 15%\УС

Для электронно-лучевой наплавки (ЭЛН) смеси готовили путем смешивания исходных порошков с размером частиц меньше 50 мкм, спекания, последующего дробления полученных спеков и рассевом их на фракции. Для наплавки использовалась фракция размером 90 - 250 мкм.

Часть образцов для предварительных исследований, с целью имитации структуры после однопроходной ЭЛН, подвергали закалке от 1100±20°С в масло. Старение образцов после наплавки проводили в воздушной печи сопротивления при температурах (Тс) 500, 600 и 700±10°С в течение 1, 2, 3, 5 и 10 часов с последующим охлаждении на спокойном воздухе и непосредственно в напла-

войной камере путем дополнительного воздействия электронным лучом без подачи наплавочного порошка.

Аргонодуговой наплавкой были наплавлены две серии образцов, основанные на легированном Mo и V марганцовистом и никелевом аустените и упрочненные карбидом вольфрама. Для наплавки, в качестве присадочного материала, применялись трубчатые электроды, шихтовый материал которых подбирался с таким расчетом, чтобы химический состав наплавленных покрытий соответствовал составам №3 и №4 (таблица 1). Заполняющий шихтовый материал готовили путем смешивания порошков исходных компонентов. Далее порошки засыпались в трубчатый электрод, уплотнялись и подвергались вакуумному спеканию.

Основные методы исследования: оптическая (микроскоп OLYMPUS GX51 с комплектом прикладных программ SIAMS 700) и растровая электронная (Philips SEM 515, снабженный микроанализатором EDAX ECON IV) микроскопия (РЭМ) образцов, микрорентгеноспектральный и рентгеноструктурный анализ (РСА), измерение микротвердости (ПМТ-3). Для определения абразивной износостойкости использовался метод «Испытания материалов на абразивное изнашивание при трении о нежесткозакрепленные абразивные частицы» (ГОСТ 23.208-79). Оценку параметров шероховатости поверхности после испытаний на износ проводили на установке сканирующего интерференционного микроскопа ZYGO NewView 7300.

Третий раздел посвящен исследованию формирования структурно-фазового состава композиционных покрытий в условиях электронно-лучевой наплавки.

На основе анализа данных металлографии (рис. 2 а,б) и рентгеноструктурных

в г

20%№-4%У-4%Мо)+10%Т1С; в,д - (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+ 15%\УС; г,е - (Ре-20%№-4%У-4%Мо)+15%У»'С; а-г — после наплавки, д,е — после старения при 600°С)

исследований структура покрытий после наплавки, где в качестве упрочняющей фазы использовали карбид титана, состоит из зерен аустенита и частиц карбида титана. Частицы карбида титана частично растворяются в матрице при электронно-лучевой наплавке. Размер оставшихся частиц упрочнителя полностью определяется гранулометрическим размером исходного порошка карбида титана.

Структура покрытий, где в качестве упрочняющей фазы применен карбид вольфрама (рис. 2 в,г), отличается от предыдущей тем, что в процессе наплавки происходит полное растворение исходных частиц монокарбида \¥С в матрице. При последующем охлаждении, согласно данным рентгеноструктурного и металлографического анализа, наблюдается формирование по границам зерна сетки эвтектических карбидов типа М6С. Внутри зерен матрицы выделяются в небольшом количестве вторичный карбид М6С и карбид УС. В марганцовистом ау-стените данные карбиды в основном расположены по границам зерен в виде тонкой сетки и частично внутри зерен в виде отдельных мелких включений размером меньше 0,5 мкм, а в никелевом аустените они представлены в виде крупных угловатых, грубых сетчатых и отдельных мелких частиц. Матрица в образцах, независимо от их системы легирования, представлена у - фазой (аустенит).

Проведенная количественная оценка микроструктуры позволила оценить средний размер и объемную долю частиц упрочняющей фазы: в покрытии (Бе-20%Мп-4%У-4%Мо)+15%\УС это 1,05 мкм и 18,4 %, а в покрытии (Бе-20%№-4%У-4%Мо)+15%\¥С - 1,8 мкм и 22,2 %. Согласно данным гистограммам (рис. 3), размеры карбидных частиц можно разделить на три диапазона: ¿1=0,3...2, <¿2=2...4 и <^з=4...7 мкм (мультимодальное распределение частиц упрочняющей фазы по размерам). Средний размер зерна в наплавке на основе марганцовистого аустенита равен 8,5 мкм, а в образцах на никелевой основе величина среднего размера между карбидными выделениями равна 4,3 мкм.

Термическая обработка (ТО) покрытий, упрочненных карбидом вольфрама, приводит к выделению дисперсных равноосных частиц типа М6С, которое начинает заметно проявляться при температуре 600°С (1...2 ч) (рис. 2 д,е). При этом мультимодальное распределение частиц упрочняющей фазы не только сохраняется, но и более явно проявляется (рис. 3 в,г).

а б

Рис. 3. Распределение карбидных частиц по размерам в покрытиях: а,в - (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+15%\УС; б,г - (Ре-20%№ -4%У-4%Мо)+15%\¥С; а,б - после наплавки; в,г - после наплавки и старения при 600 °С в течение 3 ч

Анализ рентгеновских данных свидетельствует, что после 2 ч старения матрица на основе марганцовистого у-твердого раствора остается полностью в аустенитном состоянии и только после 3 ч старения в покрытиях появляется 3...5 % сс-фазы, что связано с обеднением у-твердого раствора марганцем, который входит в состав карбида МбС. В никелевом аустените старение не вызываету—>а-превращения.

В процессе старения происходит изменение объемного содержания твердых частиц, находящихся в покрытии (рис. 4). Для всех кривых распределения достаточно явно выделяются два этапа старения. Этап резкого увеличения количества

а б

Рис. 4. Изменение объемной доли частиц упрочняющей фазы в покрытиях (Ре-20%Мп^%У-4%Мо)+15%\¥С (а) и (Ре-20%№ -4<%ЛМ%Мо)+15%\¥С (б), температура старения 600 °С. На вставках изменения объемных долей частиц упрочняющей фазы каждого из рассматриваемых диапазонов (ё;, и с13)

упрочняющих частиц (начальный этап 1...2 ч) и второй этап - менее интенсивного увеличения их содержания (3...10 ч старения). С увеличением времени и температуры старения происходит увеличение вклада крупных частиц, что говорит о преобладании процессов коагуляции над выделением (см. вставки на рис. 4).

Подробный анализ микроструктуры покрытий на основе марганцовистого аустенита (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+15%\¥С, полученной с помощью РЭМ и РСА, свидетельствует о наличии в объеме наплавленного металла после наплавки и после старения дисперсных округлых выделений частиц карбида УС размером до 150 нм (рис. 5). Данный факт хорошо согласуется с результатами исследований механизмов образования карбидов в сталях на основе марганцовистого аустенита. Авторами [1] установлено, что для всех исследуемых сталей характерно гомогенное матричное выделение карбидов ванадия. Однако в марганцовистом аустените образуются самые мелкие карбиды (3...6 нм) с плотностью распределения (2... 10)-1016 см

Рис. 5. Микроструктура (РЭМ) покрытий (Ре-20%Мп-4%\М%Мо)+15%\¥С после наплавки и старения при температуре 600°С в течение 2 ч

Термическая обработка наплавленных покрытий, содержащих карбид титана, приводит к выделению дисперсных частиц в объеме аустенитной матрицы, независимо от системы ее легирования. По данным рентгеноструктурного анализа образцов на основе никелевого аустенита, вновь образовавшиеся частицы имеют кубическую решетку с параметром, несколько отличающимся от параметра решетки исходного карбида титана. Это связано с легированием карбида титана молибденом и ванадием при выделении его из твердого раствора при старении. Необходимо отметить, что структура данных покрытий после старения также характеризуется мультимодальным распределением твердых частиц по размерам.

Вышеуказанные превращения в процессе термической обработки приводят к изменению характера распределения средней величины микротвердости наплавленных покрытий (рис. 6). Так в образцах (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+15%\\'С после старения при 600 и 700°С уже в течение 1 ч твердость резко увеличивается, что связано с интенсивным выделением дисперсных карбидов типа М6С. Далее, с увеличением времени выдержки микротвердость практически не меняется.

а б

Рис. 6. Изменение средней величины микротвердости покрытий (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+15%\¥С (а) и (Ре-20%№-4%У-4%Мо)+15%\¥С (б) в зависимости от времени старения и температуры: 1) 500°С; 2) 600°С; 3) 700°С

В образцах (Ре-20%№-4%У-4%Мо)+15%\¥С зависимость микротвердости от времени старения для всех рассматриваемых температур имеет более сложную зависимость. В интервале времен старения до 3...5 ч микротвердость образцов для всех температур изменяется по кривым с максимумом и далее плавно уменьшается по линейному закону. Упрочнение на первом этапе старения связано с конкурирующими процессами образования новых дисперсных частиц карбидов и их коагуляции.

Анализ всего комплекса полученных данных по микроскопии, изменению объемной доли частиц упрочняющей фазы в зависимости от температуры и времени старения композиционных покрытий, их микротвердости, а также литературных данных свидетельствует, что оптимальная структура с мультимо-дальным распределением частиц упрочняющей фазы по размерам формируется при температуре старения 600°С в течение 1...2 ч.

а б

Рис. 7. Микроструктура композиционного покрытия (Ре-20%Мп-4%\'-4%Мо)+15%\УС после наплавки и последующего старения при 600°С в течение 1 ч (а), и после совмещения процесса наплавки и старения (б)

Проведенное исследование полученных структур непосредственно после наплавки и после дополнительной термической обработки дает возможность внести изменения в технологический режим электронно-лучевой наплавки -

производить одновременно операцию наплавки и старения. Это осуществляется за счет предварительного подогрева подложки, многопроходного режима наплавки и окончательного подогрева наплавленной поверхности расфокусированным лучом. Данное обстоятельство хорошо подтверждается микроструктурой, представленной на рис. 7. Видно, что количество и размер карбидных выделений непосредственно после наплавки с подогревом близок к структуре образцов, подвергшихся наплавке и старению при 600°С.

Четвертый раздел посвящен исследованию формирования структурно-фазового состава композиционных покрытий в условиях аргонодуговой наплавки (АДН).

Структура покрытий на основе никеля представляет собой однофазную матрицу с частицами упрочнителя, основное количество которых располагается вдоль границ зерен и в меньшей степени по их объему. Средний размер этих частиц составляет с1 = 3,3 мкм. По данным микрорентгеноспектрального анализа, покрытия имеют следующий химический состав (вес. %): - 10,88, Мо -3,61, V- 3,58, Мп - 0,41, № - 14,52, Ре-основа.

Микроструктура покрытий на основе марганцовистого аустенита несколько отличается от полученной способом ЭЛН тем, что в процессе наплавки по всему объему формируется более выраженная дендритная структура упрочняющей фазы, которая находится в аустенитно-мартенситной матрице. По данным рент-геноструктурного анализа, количество а - фазы не превышает 3...5%. Дендриты представляют собой сложный карбид типа М6С. Микрорентгеноспектральный анализ выявил в покрытии следующий химический состав (вес. %): 10,99, Мо - 3,51, V - 3,95, Мп - 10,07, Сг - 0,4, Бе - основа.

При старении мультимодальность в распределении твердых частиц не только сохраняется, но и более явно проявляется (рис. 8) в виде 3-х четких максимумов: 4, 11 и 15 мкм. При этом в образцах на основе никелевого аустенита

Рис. 8. Распределение частиц твердой фазы по размерам в покрытии (Ре-20%№-4%У-4%Мо)+15%\¥С: а - после наплавки; б - после наплавки и старения (600°С, 1 ч)

наблюдаются два процесса, влияющих на размер карбидных выделений. Первый - коагуляция дисперсных частиц вдоль границ зерен, что приводит к увеличению как среднего размера частиц с 3,3 до 5,4 мкм, так и к смещению пиков мультимодальности в сторону больших размеров. Второй - выпадение дис-

персных частиц как вдоль границ зерен, так и по их объему. При этом количество мелких частиц остается преобладающим, а размер зерна матрицы уменьшается с 9,5 до 8,5 мкм, и она после старения остается в однофазном (у - фаза) состоянии.

Старение образцов на основе марганцовистого аустенита приводит к образованию дисперсных равноосных частиц карбида типа М6С при сохранении первичных двойных карбидов, имеющих дендритную морфологию. Выделение равноосной дисперсной твердой фазы в ходе старения происходит как по границам зерен, так и в самом зерне. В данных образцах процесс карбидообразо-вания способствует дополнительному у—>а превращению в ходе старения и увеличению содержания а-фазы до 9... 11%.

Структурные изменения в процессе термической обработки влияют на характер распределения микротвердости в наплавленном слое. В образцах на основе марганцовистого аустенита, в результате старения при температуре 600°С в течение 1 ч, значение микротвердости наплавленного слоя увеличивается с 4,7±0,34 до 6±0,3 ГПа. В образцах на основе никелевого аустенита - с 2,9±0,1 до 3,3+0,1 ГПа.

Пятый раздел посвящен исследованию износостойкости композиционных покрытий и их промышленным испытаниям.

На рис. 9 представлены данные по относительной износостойкости композиционных покрытий непосредственно после наплавки и термической обработки (старение при 600°С, 1 ч). Видно, что независимо от типа применяемых карбидных частиц, покрытия, основанные на марганцовистом аустените, показывают большую износостойкость по сравнению с никелевым. При этом в

£

Рис. 9. Значения коэффициента относительной износостойкости покрытий: 1 - эталон (сталь 45); 2 - (Ре-20%Мп-4%У^%Мо)+10%"ПС; 3 - (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+10%Т1С после наплавки и ТО: 4 - (Ре-20%Мп^%У-4%Мо)+10%Т1С совмещение наплавки и ТО; 5 - (Ре-20%№ -4%V -4%Мо)+10%ТЮ; 6 - (Ре-20%№-4%УЧ%Мо)+10%Т1С после наплавки и ТО; 7 - (Ре-20%№4%У-4%Мо)+10%Т1С совмещение наплавки и ТО; 8 - (Ре-20% Мп -4%У-4%Мо)+159ШС; 9 - (Ре-20%МпЧ%У-4%Мо)+15%\УС после наплавки и ТО; 10 - (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+15%1Л'С совмещение наплавки и ТО; 11 - (Ре-20%№4% \М%Мо)+15%\\'С; 12 - (Ре-20%№4%\М%Мо)+159ШС после наплавки и ТО; 13 - (Бе-20%№^%У-4%Мо)+15<%Л¥С совмещение наплавки и ТО; 14 - (Ре-20%Мп-4%У- 4%Мо) + 15%\¥С; 15 - (Ре-20%Мп-4%\М%Мо)+15%Л\'С после наплавки и ТО; 16 - (Ре-20%№-4%\М%Мо)+15%\УС; 17 - (Ре-20%№4%У-4%Мо)+15%\УС после наплавки и ТО. Покрытия 2-13 выполнены ЭЛН, 14-17 выполнены АДН.

образцах, упрочненных с помощью частиц карбида титана, термическая обработка или совмещение процесса наплавки и старения не приводят к значительному увеличению коэффициента относительной износостойкости. Это напрямую связанно с тем, что частицы карбида титана практически не растворяются в жидкой металлической ванне при наплавке. В связи с этим процессы выделения твердых частиц не столь интенсивны и значительно не влияют на свойства покрытий. Более того в образцах на основе никелевого аустенита исходный материал показывает большую стойкость нежели подвергнутый термообработке.

Анализ поверхностей износа с помощью РЭМ (рис. 10 а) выявил, что мелкие лунки, характерные для покрытий (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+10%Т1С, образуются в результате выкрашивания исходных карбидных частиц НС, присутствующих в исходном материале (рис. 2 а). Более крупные лунки на поверхности износа покрытий (Ре-20%№-4%У-4%Мо)+Ю%Т1С (рис. 10 б) связаны с выкрашиванием крупных карбидных частиц ПС или их конгломератов и формированием разветвленных трещин, по которым в ходе износа происходит дальнейшее выкрашивание частиц твердой фазы.

а б

Рис. 10. Поверхность износа композиционных покрытий (РЭМ) (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+10%'ПС (а) и (Ре-20%№-4%У-4%Мо)+10%Т1С (б) после испытаний на абразивный износ; оба покрытия после наплавки были подвернуты старению при 600°С (1 ч)

Таким образом, покрытия, упрочненные карбидом титана, не могут эксплуатироваться в условиях абразивного износа с ударными нагрузками из-за того, что матрица не обеспечивает надежного закрепления карбидных частиц.

В образцах, упрочненных карбидом вольфрама, дополнительная термическая обработка или совмещение процесса наплавки и старения приводит к увеличению коэффициента относительной износостойкости композиционных покрытий (на основе марганцовистого аустенита на -38...42%, никелевого -~5...12%). Значительное повышение износостойкости связано с выделением дисперсных частиц сложного карбида типа М6С (рис. 2 д) и карбида ванадия (рис. 5) в объеме аустенитной матрицы в процессе старения, что обеспечивает явно выраженное мультимодальное распределение частиц по размерам и, следовательно, способствует формированию более однородной композиционной структуры.

Анализ поверхностей износа с помощью РЭМ выявил, что для покрытий (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+15%\УС характерно равномерное изнашивание по всей контактной поверхности (рис. 11 а). Явно просматривается наличие мно-

гочисленных дисперсных (< 1мкм) частиц упрочнителя в виде мелкой сетки по всей поверхности износа. Аналогичные карбидные выделения характерны и для композиционного покрытия на основе никелевого аустенита (рис. 11 б). Однако их размер примерно в два раза больше, чем для покрытий на основе марганцовистого аустенита. Более того, в данных покрытиях присутствуют крупные частицы упрочняющей фазы или их конгломераты, которые подвергаются выкрашиванию и, следовательно, формируется более грубый рельеф поверхности.

а б

Рис. 11. Поверхность износа композиционных покрытий (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+15%У/С (а) и (Ре-20%№-4%У-4%Мо)+15%\¥С (б) после испытаний на абразивный износ (старение при 600°С)

Для композиционных покрытий (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+15%\¥С наибольшая высота неровностей профиля (Ятах) не превышает 1,6...2 мкм, а среднее арифметическое отклонение профиля (11а) - 0,45...0,24 мкм (рис. 12 а). Поверхность износа композиционных покрытий (Ре-20%№-4%У-4%Мо)+15%\\'Х] характеризуется в три раза большей высотой неровностей профиля (Ятах = 5,1...6,3 мкм) и его средним арифметическим отклонением (Иа = 0,63...0,71 мкм) (рис. 12 б). Это связано с выкрашиванием крупных конгломератов карбидов в процессе износа (рис. 11 б).

а б

Рис. 12. Результаты измерения микрогеометрии поверхности трения покрытий (Ре-20%Мп-4%У-4%Мо)+15%У/С (а) и (Ре-20%№-4%У-4%Мо)+15%\УС (б) после испытаний на абразивный износ (старение при 600°С, 1 ч)

Анализ относительной износостойкости композиционных покрытий полученных ЭЛН и АДН свидетельствует о том, что одноименные электроннолучевые покрытия имеют на -20% большую износостойкость по сравнению с аргонодуговыми (рис. 9). Такое различие вызвано формированием более грубой

структуры, что связано с увеличением объема жидкометаллической ванны и длительностью ее существования при АДН.

На ТЭЦ ОАО "Сибирский химический комбинат" для дробления крупных кусков угольный породы, не прошедшей через сепаратор, применяется барабанная дробилка. Дробление породы происходит с помощью зубьев, расположенных на барабане. Сам зуб изготавливается из низкоуглеродистой стали, а его рабочая поверхность упрочняется защитным покрытием, наносимым ручной дуговой наплавкой с помощью электродов Т-590 (Э-320Х25С2ГР). Дробилка работает в условиях одновременного воздействия абразивных частиц, ударных нагрузок и низкой температуры (до -40...-50°С). При таких условиях эксплуатации покрытия, выполненные электродами Т-590, не могут обеспечить необходимую износостойкость.

Для наплавки рабочих поверхностей зубьев каменноугольной дробилки была применена разработанная композиционная порошковая шихта (Fe-0,9%C-20%Mn-4%V-4%Mo)+15%WC. Нанесение покрытий осуществляли с помощью ЭЛН и АДН, по технологии, способствующей получению мультимодального распределения частиц упрочняющей фазы по размерам. Проведенные исследования показали, что применение разработанного покрытия позволило увеличить износостойкость зубьев каменноугольной дробилки более чем в 4 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных исследований в работе сделаны следующие выводы.

1. Разработаны оптимальные составы композиционных порошков для наплавки на основе легированного молибденом и ванадием марганцовистого ау-стенита и 15вес.% WC, предназначенные для упрочнения поверхностей, работающих в условиях ударно-абразивного износа и низкой температуры (защищенные патентом РФ).

2. В процессе электронно-лучевой наплавки частицы карбида вольфрама полностью растворяются в жидкой металлической ванне и при последующем охлаждении выделяются в виде карбида М6С. Карбид ванадия в покрытиях представлен в виде отдельных равноосных частиц, размер которых в марганцовистой матрице не превышает 150 нм, а в никелевой —1 мкм.

3. На основе исследований температурно-временных параметров режимов старения наплавленных покрытий установлен рациональный режим старения (600 °С, время выдержки 1...2 ч), обеспечивающий сохранение аустенитной структуры матрицы и равномерное мультимодальное распределение карбидной фазы по размерам в объеме упрочненного слоя, что обеспечивает прирост среднего значения микротвердости на 35% по сравнению с только наплавленными покрытиями.

4. Разработан способ совмещения вакуумной электронно-лучевой наплавки и старения, позволяющий получить в объеме упрочненного слоя однородную дисперсно-упрочненную структуру с мультимодальным распределением частиц упрочняющей фазы по размерам (защищенный патентом РФ).

5. Мультимодальное распределение карбидных частиц по размерам в композиционных покрытиях в условиях однопроходной аргонодуговой наплавки

возможно только при дополнительной термической обработке - старении. Дополнительное выделение карбидных частиц в процессе старения способствует увеличению содержания а-фазы с 3...5 до 9... 11 об.%.

6. Дополнительная термическая обработка или совмещение процесса наплавки и старения приводит к увеличению коэффициента относительной износостойкости композиционных покрытий на основе марганцовистого аустенита на -38...42%, а на основе никелевого аустенита - 5... 12 %. Показано, что одноименные электронно-лучевые покрытия имеют на -20% большую износостойкость по сравнению с аргонодуговыми.

7. Износостойкость рабочих органов каменноугольной дробилки, наплавленных композиционным материалом на основе аустенитной высокомарганцовистой стали ((Ре-20%-Мп-4%У-4%Мо)+15%\УС) как электронно-лучевым, так и аргонодуговым методом, позволяет увеличить их износостойкость более чем в 4 раза по сравнению с покрытиями, нанесенными электродами типа Э-320Х25С2ГР (марка Т-590).

Список цитируемой литературы 1. Косицина И.И., Сагарадзе В.В. Аустенитные стали различных систем легирования с карбидным упрочнением // Металлы. - 2001. — №6. - С. 65 - 74.

Основные публикации по теме диссертации

В рецензируемых журналах и гаданиях, рекомендованных ВАК:

1. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А., Дураков В.Г. Формирование износостойких аустенитных покрытий с регулируемым карбидным упрочнением // Физика и химия обработки материалов. - 2004. - № 6 - С.54 - 60.

2. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А., Дураков В.Г. Особенности формирования износостойких аустенитных покрытий с помощью аргонодуговой наплавки // Известия ТПУ. - 2005. - Т. 308. - № 5 - С. 119 - 123.

3. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А., Дураков В.Г., Советченко Б.Ф. Повышение износостойкости оборудования, применяемого для измельчения смерзшегося и крупнокускового угольного топлива // Тяжелое машиностроение. 2006. - № 10 - С.22 - 24.

4. Патент Российской Федерации №2309827 от 10.11.2007г. БИ №31 Способ электронно-лучевой наплавки покрытий с мультимодапьной структурой / Гнюсов С.Ф., Гнюсов К.Ф., Дураков В.Г., Маков Д.А., Советченко Б.Ф.

5. Патент Российской Федерации №2322335 от 20.04.2008г. БИ №12 Композиционный материал для износостойкой наплавки электронным лучом / Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Маков Д.А., Советченко Б.Ф.

6. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А. Влияние режимов старения на эволюцию структурно-фазового состава и свойства композиционных покрытий // Известия ТПУ. - 2012. - Т. 321. - № 2 - С.100 - 106.

В других научных изданиях: 1. Маков Д.А., Малюк Е.О., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г. Формирование износостойких покрытий с регулируемым карбидным упрочнением // Современ-

ные техника и технология: Тезисы докл. IX Межд. конф. - 7-11 апреля, Томск. 2003. - Т. 1. - С.34 - 35.

2. Makov D.A., Durakov V.G., Gnyusov S.F. Formation of austenitic wear-resistance coatings with adjustable carbide hardening // VII International Conference «Computer-Aided Desing of Advanced Materials and Technologies «CADAMT-2003»» / August 18-23, Russia, Tomsk. 2003. - P.l 11.

3. Маков Д.А., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г. Формирование износостойких аустенитных покрытий с регулируемым карбидным упрочнением // Современные техника и технология: Тезисы докл. X Межд. конф. - 29 марта - 2 апреля, Томск. 2004. - Т.2. - С.55 - 56.

4. Маков Д.А., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г. Формирование мультимодальной структуры аустенитных покрытий с карбидным упрочнением // Сварка и кон-троль-2004: Тезисы докл. 23 Межд.конф. - 17-20 мая, Пермь. 2004. - Т.З. -С.170- 176.

5. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Маков Д.А. Получение износостойких композиционных покрытий с помощью аргонодуговой наплавки II Славяновские чтения. Сварка - XXI век: Труды Межд. научно-техн. конф. - 21-23 октября, Липецк. 2004. - Т.2. - С.440 -443.

6. Маков Д.А., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г. Возможность регулирования количества карбидной фазы в износостойких аустенитных покрытиях // Молодёжь ЯТЦ - наука и производство: Тезисы докл. научно-практич. конф. - 28-29 октября, Северск. 2004. - С.67 - 69.

7. Маков И.А., Дураков В.Г., Маков Д.А. Получение износостойких композиционных покрытий с помощью аргонодуговой наплавки // Современные проблемы машиностроения: Труды II Межд. научно-техн. конф. - 8-10 декабря, Томск. 2004.-С.218-222.

8. Маков Д.А., Дураков В.Г., Гнюсов С.Ф. Получение износостойких композиционных покрытий с помощью электронно-лучевой наплавки // Современные проблемы машиностроения: Труды II Межд. научно-техн. конф. - 8-10 декабря, Томск. 2004. - С.222 - 226.

9. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А., Дураков В.Г. Получение износостойких композиционных покрытий с мультимодальным распределением упрочняющей фазы // Сварка и контроль-2005: Тезисы докл. 24 Межд. конф. - 16-18 марта, Челябинск. 2005.-С.74- 82.

10. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А. Разработка композиционных покрытий на основе аустенитных сталей для работы в условиях ударно-абразивного износа // Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии: Тезисы докл. V Всероссийская конференция молодых ученых. 17-19 октября, Томск. 2012. -Т.2. - С.69-72.

Отпечатано в Издательстве ТГГУ в полном соответствии

с качеством предоставленного оригинал-макета

Подписано к печати 14.11.2012. Формат60x84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл.печ.л. 1,05. Уч.-изд.л. 0,95. _Заказ 1278-12. Тираж 110 экз._

Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008

юитнкги^т. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел./факс: 8(3822) 56-35-35, www.tpu.ru

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Методы упрочнения рабочих поверхностей.

1.2 Концентрированные потоки энергии как способ упрочнения поверхностей.

1.2.1 Наплавка с помощью лазерного луча.

1.2.2 Плазменная наплавка.

1.2.3 Электронно-лучевая наплавка.

1.3 Абразивный износ и износостойкость материалов.

1.4 Наплавочные материалы, применяемые для повышения абразивной износостойкости.

1.5 Постановка задачи.

2 ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Технологическое оборудование для нанесения покрытий.

2.2 Применяемые наплавочные материалы.

2.3 Структурно-фазовый анализ исследуемых покрытий.

2.4 Измерение микротвердости.

2.5 Испытание покрытий на сопротивление абразивному износу.

3 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТАВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ.

3.1 Влияние количества и типа карбидной фазы на абразивную износостойкость композиционных покрытий на основе стали 110Г13.

3.2 Изменение структурно-фазового состава композиционных покрытий на основе марганцовистого и никелевого аустенита после закалки в зависимости от типа карбидной фазы.

3.3 Влияние режимов старения на эволюцию структурно-фазового состава и свойства композиционных покрытий.

3.4 Влияние температуры и времени старения на микротвердость покрытий.

Выводы по разделу 3. Ю

4 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО

СОСТАВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ АРГОНОДУГОВОЙ

НАПЛАВКИ.

4.1 Изменение структурно-фазового состава композиционных покрытий на основе марганцовистого и никелевого аустенита после наплавки.

4.2 Влияние режимов старения на эволюцию структурно-фазового состава и свойства композиционных покрытий.

4.3 Влияние термической обработки на микротвердость покрытий.

Выводы по разделу 4.Ш

5 АБРАЗИВНАЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ

ПОКРЫТИЙ И ИХ ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ.

5.1 Износостойкость композиционных покрытий, выполненных электронно-лучевой наплавкой.

5.2 Износостойкость композиционных покрытий, выполненных аргонодуговой наплавкой.

5.3 Промышленные испытания разработанных покрытий.

Выводы по разделу 5.

В настоящее время во всех отраслях промышленности значительное количество изделий изготавливается из малоуглеродистых и конструкционных сталей с одновременной наплавкой износостойкого покрытия. Это позволяет существенно уменьшить затраты на дорогостоящую легированную сталь и ее механическую обработку, а также решить широкий круг технологических задач. Для увеличения износостойкости таких изделий, как при их изготовлении, так и в процессе ремонта, в качестве наплавляемых порошковых смесей обычно применяются твердые и сверхтвердые композиционные материалы (такие как стеллит, сормайт, релит и др.), содержащие, в качестве упрочняющей фазы твердые карбиды в количестве от 30 до 90 вес. %.

Значительное содержание карбидных частиц позволяет данным материалам обеспечивать требуемый комплекс эксплуатационных свойств, однако есть ряд недостатков, серьезно сдерживающих их более широкое применение. Это высокая стоимость, трудность в создании равномерной структуры по всей толщине наплавки (особенно при содержании карбидной фазы до 50 - 60 %), неспособность обеспечить многофункциональность покрытиям (способность работать в условиях одновременного действия высоких контактных нагрузок, сопровождающихся абразивным и ударно-абразивным износом).

Например, на теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) ОАО «Сибирский химический комбнат» (г. Северск) для измельчения крупных кусков породы, не прошедшей через сепаратор применяется барабанная дробилка. Её зуб является основным рабочим элементом, поверхность которого упрочняют наплавкой электродами Т-590 (Э-320Х23С2ГТР по ГОСТ 10051-75).

Известно, что покрытия, наплавленные данным материалом, демонстрируют высокие показатели эксплуатационных свойств при абразивном износе. Но в условиях работы дробилки дополнительно присутствуют ударные нагрузки и низкая температура (до минус 40.50°С), которые отрицательно влияют на стойкость наплавляемого материала, выполненного электродами Т-590. В процессе нанесения покрытия и его последующей эксплуатации формируется сетка трещин, в результате чего упрочненный слой начинает выкрашиваться. Данные причины сокращают сроки эксплуатации зубьев каменноугольной дробилки (зачастую они выходят из строя, не отработав даже отопительный сезон). Таким образом, необходимо формировать многофункциональные покрытия, удовлетворяющие целому ряду требований.

Перечисленные выше обстоятельства требуют кардинально иного подхода к формированию экономнолегированных упрочненных слоев, а именно: создание покрытий с равномерной структурой. Это особенно касается равномерного распределения упрочняющих частиц в объеме матрицы. При экономном легировании карбидными частицами сформировать равномерную структуру композиционного покрытия традиционными методами наплавки не удается.

Одним из возможных путей решения данной проблемы мог бы быть способ применения наплавочного материала, в котором карбидные частицы имеют разную способность к растворению в жидкометаллической матрице и карбидообразованию. Это позволило бы, во-первых, на этапе кристаллизации жидкометаллической ванны выделиться высоко дисперсным карбидам; во-вторых, за счет быстрого охлаждения сформировать пересыщенный твердый раствор карбидообразующих элементов в матрице; в третьих, в соответствующих температурно-временных условиях выделиться из твердого раствора в виде дисперсных карбидных частиц равномерно по всему объему; в четвертых, сохранить в условиях наплавки некоторое количество исходных карбидных частиц. Следовательно, необходимо сформировать мультимодальное распределение частиц упрочняющей фазы по размерам равномерно по всему объему матрицы.

В этих условиях необходимы и соответствующие подходы к выбору структурно-фазового состава матрицы. Это касается ее способности к значительному растворению карбидообразующих элементов при высокой температуре, высокой пластичности в малых по размеру межкарбидных прослойках в условиях эксплуатации. Такие требования может одновременно удовлетворить только аустенитная или аустенитно-мартенситная матрица, аустенит которой находится в метастабильном состоянии. В условиях внешнего воздействия он, как наиболее вязкий и пластичный по сравнению с другими фазами в стали, будет эффективно удерживать карбидные частицы от преждевременного выкрашивания, а за счет частичного фазового превращения упрочняться, внося тем самым вклад в общее упрочнение композиционного покрытия. Эти свойства упрочняющих частиц и матрицы обеспечат эффективную работу композиционного покрытия при А одновременном действии ударно-абразивного износа и низких температур.

В качестве метода формирования упрочненного слоя наиболее подходит электронно-лучевая технология наплавки в вакууме. Она позволяет организовать микрометаллургический процесс наплавки с минимальным воздействием на подложку с формированием упрочненного слоя, толщина которого регулируется в широких пределах. Концентрированный ввод энергии и значительный перегрев ванны в зоне действия электронного луча будет способствовать растворению твердых частиц в сварочной ванне, а минимальное время ее существования формировать пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в аустените.

Целью данной работы является разработка составов и способа наплавки на стальную основу износостойких покрытий с мулътимодалъным распределением упрочняющей фазы по размерам на основе изучения структуры и свойств композиционных наплавок «легированная Мо и V аустенитная сталь - тугоплавкий карбид титана или вольфрама».

Научная новизна

1. Установлены составы порошковых композиционных наплавочных смесей на основе Бе-М или Бе-Мп сталей, содержащих 4 вес.% Мо, 4 вес. % V и 15 вес.% нанесение которых позволяет получить структуру покрытия, состоящую из марганцовистого или никелевого аустенита с карбидами УС и М6С.

2. Установлен оптимальный режим старения покрытий (600°С, время выдержки 1.2 часа), обеспечивающий сохранение аустенитной структуры матрицы и получение мультимодального распределения карбидной фазы по размерам в объеме упрочненного слоя.

3. Показано, что сформировать подобное структурно-фазовое состояние композиционного покрытия возможно в условиях совмещения процесса вакуумной электронно-лучевой наплавки и термической обработки.

4. Экспериментально установлено, что мультимодальное распределение карбидной фазы по размерам в объеме упрочненного слоя приводит к увеличению коэффициента относительной износостойкости композиционных покрытий на основе марганцовистого аустенита на ~38.42% и на основе никелевого аустенита на 5. 12%.

Практическая значимость

1. Разработан наплавочный материал, представляющий собой композиционный порошок на основе легированной Мо и V аустенитной стали и 15 вес. % \¥С, предназначенный для упрочнения рабочих поверхностей, которые эксплуатируются в условиях ударно-абразивного изнашивания.

2. Отработаны режимы электронно-лучевой и аргонодуговой наплавок для ремонта деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа и низких температур (до -40.-50°С).

3. Разработанные композиционные покрытия применены для упрочнения рабочих поверхностей зубьев каменноугольной дробилки, используемой на

ТЭЦ ОАО «Сибирский химический комбинат». Эффект от применения композиционных покрытий состоит в 4-х кратном увеличении межремонтного периода работы оборудования.

Работа выполнялась в рамках гранта государственного задания Министерства образования и науки РФ на проведение научно-исследовательских работ ТПУ №8.3664.2011.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработан композиционный наплавочный материал на основе легированной Мо и V аустенитной стали, содержащий 15 вес. % ЖС и предназначенный для упрочнения поверхностей, работающих в условиях ударно-абразивного износа (защищенные патентом РФ).

2. Предложен способ получения композиционного покрытия с мулътимодалъным распределением частиц упрочняющей фазы по размерам, заключающийся в формировании упрочненного слоя за счет многопроходной наплавки, причем последний проход делают расфокусированным электронным лучом без подачи наплавляемого материала, обеспечивая температуру нагрева покрытия 650. 700°С (защищенный патентом РФ).

3. Закономерности развития структурно-фазового состояния композиционных покрытий «легированный аустенит - карбид вольфрама или титана», реализующегося в процессе наплавки и термической обработки, которые определяют формирование мулътимодалъной структуры, обеспечивающей высокий уровень микротвердости и абразивной износостойкости.

Личный вклад соискателя заключается в написании литературного обзора по тематике диссертации, постановке задачи диссертации, проведении экспериментов, обработке полученных результатов, формулировании выводов и положений, выносимых на защиту, написание статей и патентов по теме диссертации.

Достоверность результатов определяется применением комплекса современных методов исследований, систематическим характером проведения экспериментов и их обработки, согласием с результатами подобных исследований других авторов.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях: IX Международной конференции «Современные техника и технология», г. Томск, 2003 г.; VII International Conference «Computer-Aided Desing of Advanced Materials and Technologies «CADAMT-2003»», Tomsk, 2003; X Международной конференции «Современные техника и технология», г. Томск, 2004 г.; 23 Международной конференции «Сварка и контроль-2004», г. Пермь, 2004 г.; Международной конференции «Славяновские чтения. Сварка - XXI век», г. Липецк, 2004 г.; Научно-практической конференции «Молодеж ЯТЦ - наука и производство», г. Северск, 2004 г.; II Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения», г. Томск, 2004 г.; 24 Международной конференции «Сварка и контроль-2005», г. Челябинск, 2005 г.; V Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии», г. Томск, 2012 г.

Публикации. Результаты работ опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 4 статьях в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, получено 2 патента РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 166 наименований, приложения, содержит 161 лист машинописного текста, включая 7 таблиц и 56 рисунков.

Выводы по разделу 5

1. Установлено, что непосредственно после наплавки, покрытия на основе марганцовистой аустенитной матрицы (Ре-20%-Мп-4%У-4%Мо)+1 0%ТлС имеют в два раза большую износостойкость по сравнению с образцами на никелевой основе (Ре-20%№-4%У-4%Мо)+10%,ПС. Применение в качестве упрочняющих частиц карбида титана в композиционных покрытиях приводит, в условиях абразивного изнашивания, к выкрашиванию крупных исходных частиц упрочнителя или их конгломератов. Данный процесс наиболее интенсивно развивается в покрытиях на основе никелевого аустенита. Старение данных покрытий не приводит к существенному повышению износостойкости для марганцовистого аустенита (7.8 %), а в случае никелевого аустенита она вообще уменьшается на 25 %.

2. Значения коэффициента относительной износостойкости электроннолучевых композиционных покрытий на основе марганцовистого и никелевого аустенита с добавками 15 вес.% \¥С непосредственно после наплавки равны 3,25 и 2,85 соответственно. Дополнительная термическая обработка (старение при температуре 600°С в течение 1 часа) или совмещение процесса наплавки и старения приводит к увеличению коэффициента относительной износостойкости композиционных покрытий на основе марганцовистого аустенита на -38.42% и на основе никелевого аустенита на 5. 12%. Данные повышения износостойкости связаны с выделением дисперсных частиц сложного карбида типа М6С и карбида ванадия в объеме аустенитной матрицы в процессе старения, что приводит к формированию однородной композиционной структуры.

3. Показано, что одноименные электронно-лучевые покрытия имеют на -20% большую износостойкость по сравнению с аргонодуговыми. Эта зависимость сохраняется и для термообработанных покрытий. Старение покрытий, наплавленных аргонодуговым способом, привело к повышению абразивной износостойкости на ~24% только для композиции на основе марганцовистого аустенита с карбидом вольфрама.

4. Проведены промышленные испытания разработанного композиционного покрытия. Установлено, что наплавка рабочих органов каменноугольной дробилки композиционным материалом на основе высокомарганцовистой стали с добавками частиц карбидов вольфрама, молибдена и ванадия позволяет увеличить их износостойкость более чем в 4 раза по сравнению с наплавкой, нанесенной с помощью электродов Т-590. Показано, что независимо от способа нанесения данного покрытия (ЭЛН и АДН), износостойкость материала практически не изменяется.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных исследований в работе сделаны следующие выводы.

1. Разработаны оптимальные составы композиционных порошков для наплавки на основе легированного молибденом и ванадием марганцовистого аустенита и 15вес.% WC, предназначенные для упрочнения рабочих поверхностей, работающих в условиях ударно-абразивного износа и низкой температуры (защищенные патентом РФ).

2. В процессе электронно-лучевой наплавки частицы карбида вольфрама полностью растворяются в жидкой металлической ванне и при последующем охлаждении выделяются в виде карбида М6С. Карбид ванадия в покрытиях представлен в виде отдельных равноосных частиц, размер которых в марганцовистой матрице не превышает 150 нм, а в никелевой - ~1 мкм.

3. На основе исследований температурно-временных параметров режимов старения наплавленных покрытий установлен рациональный режим старения (600 °С, время выдержки 1.2 ч), обеспечивающий сохранение аустенитной структуры матрицы и равномерное мультимодальное распределение карбидной фазы по размерам в объеме упрочненного слоя, что обеспечивает прирост среднего значения микротвердости на 35% по сравнению с только наплавленными покрытиями.

4. Разработан способ совмещения вакуумной электронно-лучевой наплавки и старения, позволяющий получить в объеме упрочненного слоя однородную дисперсно-упрочненную структуру с мультимодальным распределением частиц упрочняющей фазы по размерам (защищенный патентом РФ).

5. Мультимодальное распределение карбидных частиц по размерам в композиционных покрытиях в условиях однопроходной аргонодуговой наплавки возможно только при дополнительной термической обработке -старении. Дополнительное выделение карбидных частиц в процессе старения способствует увеличению содержания а-фазы с 3.5 до 9. 11 об.%.

6. Дополнительная термическая обработка или совмещение процесса наплавки и старения приводит к увеличению коэффициента относительной износостойкости композиционных покрытий на основе марганцовистого аустенита на ~38.42%, а на основе никелевого аустенита на - 5. 12 %. Показано, что одноименные электронно-лучевые покрытия имеют на -20% большую износостойкость по сравнению с аргонодуговыми.

7. Износостойкость рабочих органов каменноугольной дробилки, наплавленных композиционным материалом на основе аустенитной высокомарганцовистой стали ((Ре-20%-Мп-4%У-4%Мо)+15%\¥С) как электронно-лучевым, так и аргонодуговым методом, позволяет увеличить их износостойкость более чем в 4 раза по сравнению с покрытиями, нанесенными электродами типа Э-320Х25С2ГР (марка Т-590).

1. Тушинский Л.И., Плохов А.В., Токарев А.О., Синдеев В.И. Методы исследования материалов: Структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий. - М.: Мир, 2004. - 384 с.

2. Анциферов В.Н., Шмаков А.М., Агеев С.С., Буланов В.Я., Газотермические покрытия. Екатеринбург: УО Наука, 1994. - 318 с.

3. Дорожнин Н.Н., Миронов В.А., Верещагин В.А., Кот А.А. Электрофизические методы получения покрытий из металлических порошков. Рига: Зинатне, 1985. - 132 с.

4. Грилихес С.Я. Электролитические и химические покрытия: Теория и практика. Л.: Химия, 1990. - 314 с.

5. Хасуи А., Моригати О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985.-240 с.

6. Клебанов Ю.Д., Григорьев С.Н. Физические основы применения концентрированных потоков энергии в технологиях обработки материалов -М.: ИЦ МГТУ «Станкин», 2005. 220 с.

7. Усов Л. Н., Борисенко А. И. Применение плазмы для получения высокотемпературных покрытий. М.: Наука, 1965, 84 с.

8. Uglov V.V., Anishchik V.M., Astashynski V.M., Cherenda N.N., Gimro I.G., Kovyazo A.V. Modification of WC hard alloy by compressive plasma flow // Surface and Coatings Technology. 2005. - V. 200. - P. 245-249.

9. Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Наука, 1970. - 272 с.

10. Криштал М.А., Жуков А.А., Кокора А.Н. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера. М.: Металлургия, 1973. - 192 с.

11. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера. -М.: Изд. МГУ, 1975. 383 с.

12. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов; Справочник / Под ред. Рыкалина Н.Н., Углова А.А., Зуева Н.В., Кокора А.Н. М.: Машиностроение, 1985.- 486 с.

13. Модификация и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / Под ред. Дж. М. Поута и др. / пер. с англ. Под ред. Углова A.A. М.: Машиностроение, 1987.- 424 с.

14. Ротштейн В.П. Модификация структуры и свойств металлических материалов интенсивными электронными пучками: Дис. докт. физ.- мат. наук. Томск, 1995. - 387 с.

15. Полетика И.М. Упрочнение поверхностного слоя стали легированием в концентрированных потоках энергии: Дис. докт. технич. наук. Томск, 1996.310 с.

16. Панин В.Е., Белюк С.И., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Ремпе Н.Г. Электронно-лучевая наплавка в вакууме: оборудование, технология, свойства покрытий // Сварочное производство. 2000. - №2. - С. 34-38.

17. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология / Пер. с нем. Цишевского В. П. М.: Энергия, 1980. - 528 с.

18. Белостоцкий Б.Р., Лобановский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. М.: Советское радио, 1972. - 114 с.

19. Справочник по лазерам: Т1 / Под ред. Прохорова A.M. M.: Советское радио, 1978. - 466 с.

20. Справочник по лазерной технике. / Под ред. Байбородина Ю.В. Киев.: Техника, 1978. - 284 с.

21. Справочник по лазерам: Т.2 / Под ред. Прохорова A.M. M.: Советское радио, 1978. - 390 с.

22. Архипов В.Е. Структура и свойства износостойких покрытий, полученных методом лазерной наплавки: Дис. канд. техн. наук. Москва, 1983.-212 с.

23. Charles H. Townes. The first laser // A Century of Nature: Twenty-One Discoveries that Changed Science and the World. University of Chicago Press, 2003. - P. 107-112.

24. Сидоров А. И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. -М.: Машиностроение, 1987. 192 с.

25. Малаховский В.А. Плазменные процессы в сварочном производстве. М.: Высшая школа, 1988. - 72 с.

26. Lavigne D., Have P.V.D., Maksymovwicz М. Automatic plasma ark welding // Joining materials. 1988. - V.7. - P. 19-25.

27. Grain E. The plasma ark process-rewiew // Welding journal. 1988. - V.2. - P. 19-25.

28. Вайнерман A.E., Шоршоров M.H., Веселков В.Д., Новосадов B.C. Плазменная наплавка металлов. JL: Машиностроение, 1969. - 192 с.

29. Гладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменная наплавка. -Киев: Экотехнология, 2007. 292 с.

30. Рябцев И.А. Наплавка деталей машин и механизмов. Киев: Экотехнология, 2004. - 160 с.

31. Герасимов А.Н. Плазменная технология: Опыт разработки и внедрения. -Л.: Лениздат, 1980. 152 с.

32. Гладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменная наплавка (обзор) // Сварочное производство. 2007. - №2. - С. 32-40.

33. Электронно-лучевая сварка / Назаренко О. К., Кайдалов А. А., Ковбасенко С. Н. и др. / Под ред. Б. Е. Патона. Киев: Наукова думка, 1987. -256 с.

34. Радченко М.В., Батырев Н.И., Тимошенко В.Н. Структура и свойства индукционных и электронно-лучевых наплавок из порошкообразных материалов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1987. -№7. - С. 58-60.

35. Радченко М.В., Берзон Е.В., Косоногов E.H. Электронно-лучевая наплавка в вакууме порошковой инструментальной стали // Изв. СО РАН СССР серия технических наук. 1989. - Вып. 4. - С. 115-118.

36. Радченко М.В., Белянина Т.Н. Исследование характера коррозионного износа защитных покрытий, выполненных методом электронно-лучевой наплавки порошковых сплавов в вакууме // Перспективные материалы. -1997,-№6.-С. 56-60.

37. Шевцов Ю.О. Разработка технологических основ износостойкой электронно-лучевой наплавки в вакууме самофлюсующихся порошковых материалов: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Барнаул, 1994. - 21 с.

38. Порошковый твердый сплав: а. с. 4877690/ Радченко М.В., Шевцов Ю.О., Быковский И.В., Косоногов E.H., Горобец В.В., Игнатьев В.В. заяв. 04.09.1990; опубл. 03.01.83.

39. Прибытков Г.А., Храмогин М.Н., Коржова В.В., Дураков В.Г. Электронно-лучевая наплавка покрытий порошками быстрорежущей стали Р6М5 // ФИХОМ. 2005. - №4. - С. 63-66.

40. Панин В.Е., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Белюк С.И., Свитич Ю.В., Голобоков H.H., Дехонова С.Э. Электронно-лучевая наплавка износостойких композиционных покрытий на основе карбида титана // ФИХОМ. 1997. -№2. - С. 54-58.

41. Панин В.Е., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Полев И.В., Белюк С.И. Электронно-лучевая наплавка порошковых карбидосталей // ФИХОМ. 1998. - №6. - С. 53-59.

42. Степуляк C.B., Дураков В.Г., Почивалов Ю.И., Гнюсов С.Ф. Формирование структуры титано-матричных композитов при электроннолучевой наплавке на сплав ВТ6 // ФИХОМ. 2003. - №4. - С. 31-35.

43. Гальченко Н.К., Белюк С.И., Панин В.Е., Самарцев В.П., Шиленко A.B., Лепакова O.K. Электронно-лучевая наплавка композиционных покрытий на основе диборида титана // ФИХОМ. 2002. - №4. - С. 68-72.

44. Дураков В.Г. Разработка технологии электронно-лучевой наплавки и исследование структуры и свойств композиционных покрытий тугоплавкоесоединение металлическая матрица: Дис. канд. техн. наук. - Томск, 1999. -140 с.

45. Гальченко Н.К., Дампилон Б.В., Белюк С.И., Самарцев В.П. Покрытия на основе азотистой стали с карбонитридным упрочнением, полученные методом электронно-лучевой наплавки // ФИХОМ. 2003. - №2. - С.61-65.

46. Гальченко Н.К., Дампилон Б.В., Самарцев В.П., Белюк С.И. Формирование структуры и свойств композиционных литых покрытий, полученных электронно-лучевой наплавкой в вакууме. // Литейщик России. -2002-№2. -С. 38-41.

47. Дампилон Б.В. Структура и свойства покрытий на основе азотсодержащей хромомарганцевой стали с карбонитридным упрочнением, полученных методом электронно-лучевой наплавки: Дис. канд. техн. наук. -Томск, 2003. 155 с.

48. Прибытков Г.А., Дураков В.Г., Полев И.В., Вагнер М.И. Структура и абразивная износостойкость керметов на основе карбида титана, полученных спеканием и электронно-лучевой наплавкой // Трение износ. 1999. - Т.20. №4. - С. 393-399.

49. Прибытков Г.А., Полев И.В., Батаев В.А., Иванов М.Б. Структура и абразивная износостойкость композитов тугоплавкий карбид металлическая матрица // Физическая мезомеханика. - 2004, Т.7. - Спецвыпуск, часть 1. - С. 419-422.

50. Полев И.В. Формирование структуры и абразивная износостойкость композиционных материалов и наплавленных покрытий карбид титана -высокохромистый чугун: Дис. канд. техн. наук. Томск, 2005. - 157 с.

51. Колесникова К.А., Гальченко Н.К., Белюк С.И., Панин В.Е. Структура и триботехнические свойства боридных покрытий, полученных электроннолучевой наплавкой // Изв. вузов. Физика. (Приложение). 2006. - №3. - С. 3637.

52. Гальченко Н.К., Колесникова К. А., Белюк С.И. Особенности формирования вакуумных электронно-лучевых покрытий системы ТьВ-Ре иих трибологические характеристики // Упрочняющие технологии и покрытия. -2007. №9. - С. 43-47.

53. Колесникова К.А. Композиционные износостойкие покрытия системы Ть В-Бе, полученные методом электронно-лучевой наплавки в вакууме: Автореф. дис. канд. техн. наук. Томск, 2008. - 18 с.

54. Полетика И.М., Голковский М.Г., Перовская М.В. Формирование структуры и свойств поверхностных слоев стали и чугуна при закалке электронным пучком // ФиХОМ. 2006. №6. - С. 41-50.

55. Фоминский Л.П., Шишханов Т.С. Особенности оплавления поверхностей и покрытий пучком электронов // Сварочное производство. 1984. № 4. - С. 25-27.

56. Фоминский Л.П., Казанский В.В. Наплавка порошковых покрытий пучком релятивистских электронов // Сварочное производство. 1985. № 5. -С. 13-15.

57. Фоминский Л.П. Особенности воздействия электронных пучков на порошки при формировании покрытий // Электронная обработка материалов. 1986.-№2.- С. 20-22.

58. Фоминский Л.П., Левчук М.В., Вайсман А.Ф., Фадеев С.Н., Сидоров С.А. и др. Наплавка рабочих органов сельхозмашин с помощью электронного ускорителя // Сварочное производство. 1987. № 1. - С. 4-6.

59. Хрущов М.М., Бабичев М.А Абразивное изнашивание. М.: Наука, 1970. - 252 с.

60. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Сопротивление абразивному изнашиванию и твёрдость материалов // Доклады АН СССР, 53, т.88, №3. С. 445-448.

61. Хрущов М.М. Износостойкость и структура твёрдых наплавок. -М.: Машиностроение, 1971. 95 с.

62. Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Бершадский JI.M., Караулов А.К. Надёжность и долговечность машин. Киев: Техника, 1975. - 408 с.

63. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. Киев: Техника, 1970. - 396 с.

64. Львов П.Н. Основы абразивной износостойкости деталей строительных машин. М.: Изд-во литературы по строительству, 1970. - 71 с.

65. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М.: Машиностроение, 1976. - 271 с.

66. Avery Haward S. Wear resistance. Handsuck wech.Wear. Aun. Azbor Univ. Mich. Press, 1967, P. 25-28.

67. Крагельский И.В. Трение и износ. М: Машиностроение, 1968. - 480 с.

68. Гречин В.П. Износостойкие чугуны и сплавы. М.: Машгиз, 1961. - 126 с.

69. Трибология. Исследования и приложения. Опыт США и стран СНГ / Под ред. Белого В.А., Лудемы К., Мышкина H.K. М.: Машиностроение; Нью-Йорк: Аллертон пресс, 1993. - 454 с.

70. Лившиц Л.С., Гринберг H.A., Куркумелли Э.Г. Основы легирования наплавленного металла. М.: Машиностроение. 1969. - 188 с.

71. Киттель Ч. Введение в физику твёрдого тела. М: Изд. физ-мат. литературы, 1963. - 662 с.

72. Киффер Р. Шварцкопф П. Твёрдые сплавы. М.: Металлург издат, 1957. -664 с.

73. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983. - 526 с.

74. Фрумин И.И. Автоматическая электродуговая наплавка. Харьков: Металлург издат, 1961. -422 с.

75. Тылкин М.А. Повышение долговечности деталей металлургического оборудования. М.: Металлургия, 1971 - 586 с.

76. Сараев Ю.Н., Макарова Л.И., Гришков В.Н., Полнов В.Г., Кирилова Н.В. Рентгеноструктурное исследование покрытий, полученных электродуговой наплавкой композиционного порошка на основе карбида титана // Сварочное производство. 2000. - №8. - С. 21-23.

77. Гудремон Э.А. Специальные стали. Том 1 и 2. М.: Металлургия, 1966.

78. Кульков С.Н., Гнюсов С.Ф. Карбидостали на основе карбидов титана и вольфрама / Отв. ред. Е.Ф. Дударев. Томск: Изд-во НТЛ, 2006. - 240 с.

79. Jia К., Fischer Т.Е. Abrasion resistance of nanostructured and conventional cemented carbides // Wear. 1996. - V. 200. - P. 206-214.

80. Chen H., Xu C., Zhou Q., Hutchings I.M., Shipway P.H., Liu J. Micro-scale abrasive wear behaviour of HVOF sprayed and laser-remelted conventional and nanostructured WC-Co coatings // Wear. 2005. - V. 258. - P. 333-338.

81. Wang C.B., Wang D.L., Chen W.X., Wang Y.Y. Tribological properties of nanostructured WC/CoNi and WC/CoNiP coatings produced by electro-deposition // Wear. 2002. - V. 253. - P. 563-571.

82. Zhu Y., Yukimura K., Ding C., Zhang P. Tribological properties of nanostructured and conventional WC-Co coatings deposited by plasma spraying // Thin Solid Films. 2001. - V. 388. - P. 277-282.

83. Pirso J., Viljus M., Letunovits S. Friction and dry sliding wear behaviour of cermets // Wear. 2006. - V. 260. - P. 815-824.

84. Pirso J., Letunovits S., Viljus M. Friction and wear behaviour of cemented carbides // Wear. 2004. - V .257. - P. 257-265.

85. Pirso J., Viljus M., Juhani K., Letunovits S. Two-body dry abrasive wear of cermets// Wear. 2009. - V. 266. - P. 21-29.

86. Krakhmalev P.V., Adeva Rodil Т., Bergstrem J. Influence of microstructure on the abrasive edge wear of WC-Co hardmetals // Wear. 2007. - V. 263. - P. 240245.

87. Guilemany J.M., Miguel J.M., Vizcaino S., Climent F. Role of three-body abrasion wear in the sliding wear behaviour of WC-Co coatings obtained by thermal spraying // Surface and Coatings Technology. 2001. - V. 140. - P. 141146.

88. Shipway P.H., McCartney D.G., Sudaprasert T. Sliding wear behaviour of conventional and nanostructured HVOF sprayed WC-Co coatings // Wear. 2005. - V. 259.-P. 820-827.

89. Zhang G., Xing J., Gao Y. Impact wear resistance of WC/Hadfield steel composite and its interfacial characteristics // Wear. 2006. - V. 260. - P. 728-734.

90. Рябцев И.А., Переплетчиков Е.Ф., Миц И.В., Бартенев И.А. Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом // Автоматическая сварка. 2007. - №10. - С. 23-27.

91. Рябцев И.А. Структурная наследственность в системе исходные материалы металлический расплав - твердый металл // Автоматическая сварка. -2006.-№11.-С. 11-16.

92. Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменно-порошковая наплавка режущего инструмента // Сварочное производство. 2008. - №11. - С. 28-31.

93. Рябцев И.А., Васильев В.Г., Хайнце X. Структура и свойства высокоуглеродистых высокованадиевых сплавов на железной основе для наплавки // МиТОМ. 2003. - №5. - С. 36-40.

94. Полетика И.М., Голковский М. Г., Крылова Т. А., Иванов Ю. Ф., Перовская М. В. Формирование структуры металла электронно-лучевой наплавки карбидом вольфрама // Перспективные материалы. 2009. - №4. - С. 65-68.

95. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Гнюсов К.С. Вакуумная электронно-лучевая наплавка карбидосталей. I. Особенности формирования структуры и свойств покрытий сталь Р6М5 WC // Сварочное производство. - 2007.- №12. - С. 1215.

96. Гнюсов С.Ф., Дураков В .Г., Гнюсов К.С. Вакуумная электронно-лучевая наплавка карбндосталей. II. Особенности формирования структуры и свойств покрытий сталь Р6М5 WC // Технология машиностроения. - 2008. - №1. - С. 42-45.

97. Прибытков Г. А., Полев И.В., Дураков В.Г., Коржова В.В. Структурообразование и свойства электронно-лучевых покрытий карбид вольфрама металлическая связка // ФИХОМ. - 2001. - №1. - С. 61-66.

98. Humenik М., Parikh N. Fundamental concept related to microstructure and physical properties of cermet sistems // J. Amer. Ceram. Soc. 1956. - №2. - P. 6063.

99. Lee J.W., Jaffrey D., Browne J.D. Influence of process variables on sintering of WC-25%Co // Powder metallurgy. 1980. - №2. - P. 57-64.

100. Humenik M., Parikh N. Wettability and microstructural studies in liquid phase sintering // J. Amer. Ceram. Soc. 1957. - №9. - P. 315-320.

101. Самсонов Г. В., Дзодзиев Г.Т., Клячко Л.И., Витрянюк В. К. Влияние молибдена на свойства металлокерамических твердых сплавов TiC -Ni // Порошковая металлургия. 1972. - №4. - С. 57-60.

102. Хрущов М.М., Сороко-Новицкая А.А. Сопротивление абразивному изнашиванию углеродистых сталей // Изв. АН СССР. Отд. техн. наук. 1955. № 12. С. 35-47.

103. Наплавка. Опыт и эффективность применения / Под. ред. П. В. Гладкого. Киев: ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР, 1986. -108 с.

104. Попов B.C., Брыков Н.Н., Дмитриченко Н.С. Износостойкость прессформ огнеупорного производства. М.: Металлургия, 1971. - 160 с.

105. Бунин К.П., Иванцов Г.И., Малиночка Я.Н. Структура чугуна. Москва-Киев: Машгиз, 1952. - 161 с.

106. Макушенко A.B. Разработка наплавочного сплава и технологии упрочнения зубьев ковшей карьерных экскаваторов: Дис. канд. техн. наук. -Курск, 2008. 132с.

107. Богачев И.Н., Еголаев В.Ф. Структура и свойства железомарганцевых сплавов. М.: Металлургия, 1973. - 295 с.

108. Богачев И.Н., Коршунов Л.Г., Хадыев М.С. Исследование упрочнения и структурных превращений стали 110Г13Л при трении // Физика металлов и металловедение. 1977. - Т. 43. - Вып. 2. - С. 380-387.

109. Гуляев A.A., Тяпкин Ю.Д., Голиков В.А. Тонкая структура стали Гадфильда // Металловедение и термическая обработка. 1985. - №6. - С. 1418.

110. Жаров А.И., Рыбалко Ф.П., Михалев М.С. О деформационном упрочнении стали Гадфильда // Физика металлов и металловедение. 1974. -Т. 38.-Вып. 4.-С. 1110-1112.

111. Филиппов М.А., Зильберштейн P.A., Луговых В.Е. Фазовые превращения и упрочнение нестабильных аустенитных сталей при пластической деформации и ударном нагружении // Металловедение и термическая обработка металлов. 1981. - № 9. - С. 38-40.

112. Счастливцев В.М., Филиппов М.А. Роль принципа метастабильности метастабильного аустенита Богачева-Минца при выборе износостойких материалов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. - № 1.-С. 6-9.

113. Сагарадзе В.В., Уваров А.И. Упрочнение аустенитных сталей. М.: Наука, 1989. 270 с.

114. Филлипов М.А., Литвинов B.C., Немировский Ю.Р. Стали с метастабильным аустенитом. М.: Металлургия, 1988. 256 с.

115. Малинов Л.С., Коноп В.И. Регулирование мартенситного превращения при нагружении в хромомарганцевых аустенитных сталях, // Металловедение и термическая обработка металлов. 1978. - № 8. - С. 10-16.

116. Виноградов В.Н., Лившиц Л.С., Платова С.И. Износостойкие стали с нестабильным аустенитом для деталей газопромыслового оборудования // Вестник машиностроения. 1982. - № 1. - С. 26-27.

117. Лившиц Л.С., Платова С.Н., Соколова Т.И. Поведение сталей с метастабильным аустенитом в условиях газоабразивного изнашивания // Известия вузов. Нефть и газ. 1980. - № 4. - С. 80-84.

118. Филиппов М.А., Луговых В.Е., Попцов М.Е. Деформационные мартенситные превращения и упрочнение углеродистых метастабильных аустенитных сталей // Изв. АН СССР. Металлы. 1989. - № 2. - С. 82-83.

119. Не J., Schoenung J. М. A review on nanostructured WC-Co coatings // Surface and Coatings Technology. 2002. - V. 157. - P. 72-79.

120. Voyer J., Marple B.R. Sliding wear behavior of high velocity oxy-fuel and high power plasma spray-processed tungsten carbide-based cermet coatings // Wear. 1999. - V. 225-229. - P. 135-145.

121. Jia K., Fischer Т.Е. Sliding wear of conventional and nanostructured cemented carbides // Wear. 1997. - V. 203-204. - P. 310-318.

122. Kear B.H., McCandlish L.E. Chemical processing and properties of nanostructured WC-Co materials // Nanostruct. Mater. 1993. - №.3. - P. 19-30.

123. Guilemany J.M., Dosta S., Miguel J.R. The enhancement of the properties of WC-Co HVOF coatings through the use of nanostructured and microstructured feedstock powders // Surface and Coatings Technology. 2006. - V. 201. - P. 1180-1190.

124. Li C.J., Ohmori A., Harada Y. Effect of powder structure on the structure of thermally sprayed WC-Co coatings // J. Mater. Sci. 1996. - V. 31 - P. 785-794.

125. Yang Q., Senda Т., Ohmori A., Effect of carbide grain size on microstructure and sliding wear behaviour of HVOF-sprayed WC-12 wt.% Co coatings // Wear. -2003,-V. 254.-P. 23-34.

126. Song Y., Yu H., Мао X. Wear behavior of WCP/Fe-C composites under highspeed dry sliding // J Mater Sci. 2008. - V. 43. - P. 2686-2692.

127. Орлик А.Г. Разработка технологии механизированной дуговой наплавки покрытия с заданным комплексом свойств, стойкого к гидроабразивному износу: Автореферат дис. канд. техн. наук. Москва, 2012. - 18 с.

128. Смышляева Т.В. Оценка работы разрушения трипстали при абразивном изнашивании // Трение и износ, 2001. - Т. 22. - №3. - С. 295-298.

129. Походня И.К. Сварочные материалы: состояние и тенденции развития // Сварочное производство. 2003. № 6, стр. 26-39.

130. Багров В. А., В. Н. Кальянов Влияние способа износостойкой наплавки на распределение упрочняющей фазы в наплавленном металле // Автоматическая сварка. 2000. - № 11. - С. 44 - 47.

131. Коберник Н. В., Чернышов Г. Г., Михеев Р. С., Чернышова Т. А. Аргонодуговая наплавка износостойких композиционных покрытий // Физика и химия обработки материалов. 2009. - № 11. - С. 51 - 55.

132. Попов, С. Н., Антонюк А. Д Оптимизация износостойкого наплавочного сплава системы Ре-С-ТьВ для условий изнашивания закрепленным абразивом // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. 2009. - № 1. - С. 93 - 99.

133. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография М.: Металлургия, 1970. - 376 с.

134. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронографический анализ. М.: Металлургия, 1970. - 368 с.

135. Лысак А.И., Николин Б.И. Физические основы термической обработки стали. Киев: Техника, 1975. - 304 с.

136. Добровольский А.Г., Кошеленко П.И. Абразивная износостойкость материалов: Справочное пособие. Киев.: Техника, 1989.-128 с.

137. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А., Дураков В.Г., Формирование износостойких аустенитных покрытий с регулируемым карбидным упрочнением // ФиХОМ. -2004. №6 - С. 54-60.

138. Косицина И.И., Сагарадзе В.В Аустенитные стали различных систем легирования с карбидным упрочнением // Металлы. 2001. - №6 - С. 65-74.

139. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А. Влияние режимов старения на эволюцию структурно-фазового состава и свойства композиционных покрытий // Известия ТПУ. 2012. - Т. 321. - № 2 - С. 100-106.

140. Смирнов А.Н., Козлов Э.В. Субструктура, внутренние поля напряжений и проблема разрушения паропроводов из стали 12Х1МФ. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2004. - 163 с.

141. Маков Д.А., Малюк Е.О., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Формирование износостойких покрытий с регулируемым карбидным упрочнением // Тезисы докл. IX Межд. конф. «Современные техника и технология». Томск, 2003. -Т.1.-С. 34-35.

142. Makov D.A., Durakov V.G., Gnusov S.F. Formation of austenitic wear-resistance coatings with adjustable carbide hardening // VII International Conference «Computer-Aided Desing of Advanced Materials and Technologies «CADAMT-2003»». Tomsk, 2003. P. 111.

143. Маков Д.А., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Формирование износостойких аустенитных покрытий с регулируемым карбидным упрочнением // Тезисы докл. X Межд. конф. «Современные техника и технология». Томск, 2004. -Т.2. С. 55-56,

144. Маков Д.А., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Формирование мультимодальной структуры аустенитных покрытий с карбидным упрочнением // Тезисы докл. 23 Межд.конф. «Сварка и контроль-2004». Пермь, 2004. Т.З. - С. 170-176.

145. Маков Д.А., Дураков В.Г., Гнюсов С.Ф., Получение износостойких композиционных покрытий с помощью электронно-лучевой наплавки // Труды II Межд. научно-техн. конф. «Современные проблемы машиностроения». Томск, 2004. С. 222-226.

146. Кикин П.Ю., Русин Е.Е., Пчелинцев А.И. Повышение теплостойкости и износостойкости быстрорежущих сталей лазерным ударно-волновым воздействием // ФИХОМ. 2003. - №5. - С. 15-17.

147. Уваров А.И., Васечкина Т.П. Структура и физико-механические свойства аустенитных стареющих сталей на железомарганцевой основе // Физика металлов и металловедение. 2001. - Т.92. - №4. - С. 71-84.

148. Патент Российской Федерации №2309827 от 10.11.2007г. БИ №31 Способ электронно-лучевой наплавки покрытий с мультимодальной структурой / Гнюсов С.Ф., Гнюсов К.Ф., Дураков В.Г., Маков Д.А., Советченко Б.Ф.

149. Гнюсов К.С. Формирование структуры и свойств покрытий на основе композиционного материала сталь Р6М5 тугоплавкий карбид: Дис. канд. техн. наук. - Томск, 2009. - 171 с.

150. Таран Ю.Н., Нестеренко A.M. Строение карбида М6С в литых быстрорежущих сталях системы Fe-Mo-C // Металловедение и термическая обработка металлов. 1977. - № 11. - С. 49-53.

151. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А., Дураков В.Г., Получение износостойких композиционных покрытий с мультимодальным распределением упрочняющей фазы // Тезисы докл. 24 Межд. конф. «Сварка и контроль-2005». Челябинск, 2005. С. 74-82.

152. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Маков Д.А., Получение износостойких композиционных покрытий с помощью аргонодуговой наплавки // Труды Межд. научно-техн. конф. «Славяновские чтения. Сварка XXI век». Липецк, 2004. - Т.2. - С. 440-443.

153. Маков И.А., Дураков В.Г., Маков Д.А., Получение износостойких композиционных покрытий с помощью аргонодуговой наплавки // Труды II Межд. научно-техн. конф. «Современные проблемы машиностроения». Томск, 2004.-С. 218-222.

154. Гнюсов С.Ф., Кульков С.Н. Фазовые превращения в стали Г13 при добавлении карбида вольфрама // Изв.вузов. Черная металлургия. 1990. -№8. - С. 61-63.

155. Иванов Ю.Ф., Пауль A.B., Гнюсов С.Ф., Кульков С.Н., Козлов Э.В. Структурно-фазовый анализ спеченного твердого сплава WC-30% сталь 110Г13 // Известия вузов. Физика. 1993. - Т. 36. - №5. - С. 96-99.

156. Гнюсов С.Ф., Кульков С.Н., Иванов Ю.Ф., Пауль A.B., Козлов Э.В. Исследование характера деформации твердого сплава WC-сталь 110Г13 // Известия вузов. Физика. 1994. - Т. 37. - №2. - С. 28-35.

157. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А., Дураков В.Г. Особенности формирования износостойких аустенитных покрытий с помощью аргонодуговой наплавки // Известия ТПУ. 2005. - Т. 308. - №5 - С. 119-123.

158. Маков Д.А., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Возможность регулирования количества карбидной фазы в износостойких аустенитных покрытиях // Тезисы докл. научно-практич. конф. «Молодеж ЯТЦ наука и производство». Северск, 2004. - С. 67-69.

159. Прыгаев А. К. Наплавочные сплавы для повышения износостойкости рабочих поверхностей // Вестник машиностроения. 2006. - № 9. - С. 29 - 46.

160. Патент Российской Федерации №2322335 от 20.04.2008г. БИ №12 Композиционный материал для износостойкой наплавки электронным лучом / Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Маков Д.А., Советченко Б.Ф.

161. Гнюсов С.Ф., Маков Д.А., Дураков В.Г., Советченко Б.Ф. Повышение износостойкости оборудования, применяемого для измельчения смерзшегося и крупнокускового угольного топлива // Тяжелое машиностроение. 2006. -№10 С. 22-24.