автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств при плазменной наплавке износостойких покрытий на медь и высокоуглеродистую, марганцовистую стали

На правах рукописи

ИЛЬИЧЕВ Максим Валерьевич

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА МЕДЬ И ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТУЮ, МАРГАНЦОВИСТУЮ СТАЛИ

05 16 01 - Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003069247

Работа выполнена в Институте качественных сталей ФГУП ЦНИИчермет им И П Бардина и в отделе энергосбережения в металлургии и на транспорте Института новых энергетических проблем ОИВТ РАН

Научный руководитель Консультант

Официальные оппоненты

доктор технических наук, Филиппов Г А доктор технических наук, Исакаев М -Э X

доктор технических наук, профессор Ушаков Б К

кандидат физико-математических наук Лясоцкий И В

Ведущая организация Федеральное государственное

унитарное предприятие Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта

Защита диссертации состоится « 23 » мая 2007 г в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 217 035 01 ФГУП ЦНИИчермет им И П Бардина по адресу 105005, г Москва, 2-ая Бауманская ул д 9/23

С диссертацией можно ознакомится в технической библиотеке ЦНИИчермет им И П Бардина

Автореферат разослан 20 апреля 2007 г

Телефон для справок 777-93-50

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, v . «__

старший научный сотрудник <$v н М Александрова

© Объединенный институт высоких температур РАН, 2007 © Институт качественных сталей ФГУП ЦНИИчермет им И П Бардина, 2007

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Эффективным и экономичным путем повышения долговечности деталей, работающих в условиях циклических нагрузок, контактной усталости и истирания, является создание на их поверхностях прочных, долговечных и износостойких слоев Упрочнение тонкого поверхностного слоя массивных деталей из обычных конструкционных материалов позволяет экономить дорогостоящие и дефицитные материалы, повышать ресурс механизмов, успешно решать проблему восстановительного ремонта К таким деталям относятся элементы металлургического оборудования - стенки кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок и изделия железнодорожного транспорта - в частности крестовины стрелочных переводов

В производстве непрерывного литья заготовок одной из проблем является непродолжительность срока службы медного кристаллизатора из-за интенсивного износа материала стенок В связи с этим перед исследователями встает задача повышения износостойкости медных стенок кристаллизатора

Наиболее перспективным направлением на пути к повышению долговечности стенок медных кристаллизаторов является нанесение покрытий Нашли применение покрытия из хрома, никеля и сплавов на их основе, основным недостатком которых является их незначительная толщина (до 1 мм) Получение покрытий большей толщины сопряжено с опасностью снижения прочности сцепления покрытия с медной основой Поэтому разработка новых технологий плазменных покрытий большей толщины являются важной практической задачей

Железнодорожные крестовины изготовленные из стали 110Г13 (сталь Гатфильда) являются главным элементом верхнего строения пути Они подвержены вертикальным и боковым циклическим нагрузкам, которые могут быть достаточно большими в зависимости от интенсивности движения

Срок службы крестовин определяется величиной износа, который зависит от работы под подвижной нагрузкой, качества материала и технологии изготовления, условий эксплуатации и содержания крестовин

В последнее время усилилось внимание исследователей к вопросам восстановления изношенных крестовин и создания биметаллических крестовин на основе более простых марок сталей

Восстановление работоспособности изношенных крестовин стрелочных переводов является важным резервом экономии в условиях недостаточного финансирования железных дорог и удорожания новых крестовин К вопросу восстановления добавляется вопрос качества производимой наплавки, которая проводится вручную

Одним из наиболее перспективных способов наплавки является плазменные методы с подачей порошка вместе с плазмообразующим газом Однако, при разработке технологий нанесения покрытий (наплавки) существуют 2 основные проблемы

• обеспечение максимальной прочности сцепления покрытия и металла основы,

• предотвращение остаточных напряжений и растрескивания в наплавленном слое

Цель работы.

На основе исследования физико-технических характеристик плазмотрона с расширяющимся каналом сопла с внешним электродом и подачей порошка в разрядный промежуток, и установления закономерностей формирования структуры, фазового состава и механических свойств наплавленного слоя разработать установку для плазменной наплавки металлов и технологию плазменной наплавки жароизносостойкого сплава на медь, рельсовую сталь и сталь 110Г13, из которой изготавливают железнодорожные крестовины, обеспечивающие надежное сцепление покрытия с металлом основы и предотвращающие ее растрескивание

Основные задачи работы:

• провести исследования физико-технических характеристик и определить оптимальные конструктивные параметры плазмотрона с расширяющимся каналом сопла с внешним электродом и подачей порошка в разрядный промежуток вместе с плазмообразующим газом,

• выявить закономерности формирования фазового состава, структуры, механических свойств и сопротивления разрушения жароизносостойкого покрытия из порошкового сплава ПР-НХ15СР2 на медную основу и разработать технологию наплавки, обеспечивающую высокие прочность сцепления и износостойкость,

• установить механизм образования поперечных трещин в наплавленном металле при производстве наплавки на сталь 110Г13Л,

•разработать способ релаксационной обработки, предотвращающий растрескивание при производстве наплавки,

• исследовать закономерности формирования фазового состава, структуры, уровня остаточных напряжений, механических свойств и сопротивления разрушению наплавки порошкового сплава 65Х25Г1ЭНЗ на рельсовую сталь типа 76Ф и высоколегированную сталь 110Г13,

• создать опытно-промышленную установку и технологию плазменной наплавки для восстановления железнодорожных крестовин из стали 110Г13Л, обеспечивающие увеличение в 2 раза эксплуатационного ресурса

Научная новизна работы включает в себя:

• закономерности формирования фазового состава, структуры, механических свойств и сопротивления разрушения жароизносостойкого покрытия из порошкового сплава ПР-НХ15СР2 на медную основу, обеспечивающие толщину покрытия 4-6 мм, надежное сцепление с основой и увеличение износостойкости в 4-5 раз, что позволяет ожидать увеличения эксплуатационной стойкости стенок медного кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок с покрытием данного типа до 500-1000 плавок,

• оптимальные конструктивные параметры плазмотрона с расширяющимся каналом сопла с внешним электродом и подачей порошка в разрядный промежуток вместе с плазмообразующим газом, обеспечивающие повышение КПД, надежности работы и эффективности наплавки, а также технологические параметры процесса наплавки,

•механизм образования поперечных трещин в наплавленном металле - как результат долома под действием остаточных напряжений не залеченных внутренних интеркристаллитных трещин возникающих при оплавлении границ зерен металла основы,

• способ релаксационной обработки, заключающийся в синхронном с процессом наплавки теплом ударном наклепе, приводящем к релаксации остаточных напряжений за счет фазового у-а превращения и предотвращающем растрескивание при производстве наплавки,

• закономерности формирования фазового состава, структуры, уровня остаточных напряжений, механических свойств и сопротивления разрушению наплавки порошкового сплава 65Х25ПЗНЗ на рельс, подтвердившие принципиальную возможность создания биметаллической железнодорожной крестовины из

низколегированной стали типа 76Ф с наплавкой наиболее подверженных износу областей крестовины взамен высоколегированной стали 110Г13

Практическая ценность и реализация результатов работы: Использование полученных результатов позволяет снизить расходы на эксплуатацию и ремонт стенок медных кристаллизаторов МНЛЗ и железнодорожных крестовин стрелочных переводов Создана опытно-промышленная установка, разработана и освоена технология плазменной наплавки для восстановления железнодорожных крестовин из стали 110Г13Л, обеспечивающая увеличение эксплуатационного ресурса в 2 раза Разработаны и согласованы с МПС РФ технические условия

Надежность и достоверность результатов обеспечена использованием современных научно-исследовательских приборов и методов исследования, автоматизированных технологических средств нанесения покрытий, всестороннего и тщательного проведения экспериментов, комплексным анализом результатов исследований, а также подтверждается отсутствием аварийных разрушений восстановленных железнодорожных крестовин

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на 15-ой интернациональном симпозиуме по физике плазмы (Орлеан, Франция, 2001 г), 15-ой Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов» (Тольятти, 2003 г), на 16-ой интернациональном симпозиуме по физике плазмы (Таурмина, Италия, 2003 г), Стародубовские чтения «Строительство, материаловедение, машиностроение» (Днепропетровск, 2003 г), конференции по низкотемпературной плазмы (Киев, 2004 г), 7-ой Международной практической конференции-выставки «Технология ремонта, восстановления и упрочнения машин, механизмов оборудования, инструмента и технологической оснастки» (Санкт-Петербург, 2005 г), 1-ой конференции по инновационной деятельности НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН (Москва, 2005 г), 3-ей Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» (Моевка, 2006 г)

Публикации По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, приложения и содержит 16-7 страниц текста, 68 рисунка, 17 таблиц и список литературы из 57 названий

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, формулируются цели и задачи

В первой главе рассмотрены процессы поверхностного упрочнения и восстановления деталей путем создания покрытий, физические основы и схемы получения плазменной дуги Проведена классификация способов наплавки и изложены основные принципы электродуговой наплавки, наплавки заливкой жидкого - металла, наплавка расплавлением облицовок и плазменной наплавки, а так же характеристика наплавочных материалов и причины образования трещин при наплавке Рассмотрены условия работы и основные методы повышения эксплуатационной стойкости медных кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и железнодорожных крестовин Показано, что наибольшему повышению износоустойчивости медных стенок кристаллизатора является увеличение твердости рабочих поверхностей При этом используют материалы на основе никеля, хрома и их сплавов, применяя следующие способы нанесения, такие как гальванические, напыление, наплавку, термодиффузионное насыщение поверхностного слоя, плакирование меди листовым материалом Нашли широкое применения многослойные покрытия

По улучшению высокомарганцовистой стали из которой изготавливаются железнодорожные крестовины ведутся работы в следующих» четырех направлениях 1) поиск оптимального химического состава, включая легирование и модифицирование следующими элементами углерод, марганец, кремний и фосфор, 2) поиск оптимальной технологии изготовления (режим плавки, вакуумная обработка, термической обработки, применение холодильников), 3) улучшение прочностных характеристик стали за счет предварительной обработки отливок давлением (упрочнение взрывом, электрогидравлический удар, метод науглероживания, холодная накатка), 4) восстановления крестовин методом наплавки

Во второй главе описаны материалы, методики и оборудование исследований, позволяющих оценить параметры физико-механических и фазово-структурных характеристик металла

В работе исследовали рельсовую сталь ГОСТР 51685, сталь 110Г13 (сталь Гатфильда) ГОСТ 2176, электролитическую медь и материалы наплавочных порошков порошок наплавочный марки ПР-

65Х25Г13НЭ (для наплавки на рельсовую сталь и сталь 110 Г13), порошок наплавочный марки ПР-НХ15СР2 (для наплавки на медь)

При проведении исследования химического и фазового составов, микроструктуры и механических свойств после плазменного нанесения хромоникелевого порошка использовали следующие методы

Для проведения исследования распределения твердости по сечению покрытия и медной основы из образца наплавки вырезались поперечные темплеты размером ~ 20x30 мм, захватывающие зоны металла наплавки и основного металла Си Травление осуществлялось в «нитале» (3% НМ03) при комнатной температуре

Твердость по глубине наплавленного слоя определялась по методу Роквелла шариком при нагрузке 100 кг в соответствии методикой ГОСТ 9013

Замеры микротвердости по глубине наплавленного слоя проводились на приборе ПМТ-3 с нагрузкой 0,981 Н

Для определения прочности покрытия проводили испытания на растяжение образцов, вырезанных из поверхности наплавленного металла Испытания проводили на машине Чпйгоп" со скоростью деформации 1,1*10-3 сек'1 на плоских образцах длиной 30 мм

Испытания на срез, моделирующие напряжения в поверхностном слое стенки кристаллизатора, возникающие в процессе эксплуатации, проводили на машине Чпйгоп" со скоростью движения траверсы 0,2 см/мин с записью диаграммы нагрузка-деформация Поперечные образцы имели сечение 10x3,5 мм Испытывали металл наплавки, переходной зоны и медную подложку

Исследования износостойкости металла покрытия проводили методом нанесения непрерывной царапины на поперечном шлифе образца с покрытием Царапина наносилась алмазной пирамидкой при постоянная нагрузке 50 г При увеличении х470 проводили замер лунки через каждые 0,05 мм Износ оценивали, как величину пропорциональную квадрату ширины лунки, поскольку именно эта величина отражает потери материала при нанесении царапины конусом пирамиды

Микроструктура наплавленной зоны исследовалась на поперечных и косых шлифах, протравленных в 3% растворе НЫ03

В образцах наплавки на медную основу рентгеноструктурным методом оценивали уровень остаточных микронапряжений (по ширине рентгеновских интерференций (311) металла) Рентгенографировали образцы с наплавкой как с поверхности наплавки, так и по сечению

образца, в том числе и медной подложки, на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 в Fe - излучении в режиме записи дифракгограмм, в диапозоне углов Вульфа - Брегга от 52-146° Угловая скорость счетчиков импульсов 1°/мин, скорость движения диаграммной ленты 2400мм/час, щели гониометра 1x0,5 мм Отметка углов через 0,1°

При проведении комплексного исследования состава, структуры и механических свойств после плазменной наплавки хромомарганцового порошкового сплава 65Х25ПЗНЗ на рельсовую сталь и сталь Гатфильда использовали следующие методы

Химический состав определяли спектральным методом на приборе SPEKTRO «LAB S»

Твердость по глубине наплавленного слоя определялась по методу Роквелла шариком при нагрузке 100 кг в соответствии методикой ГОСТ 9013

Испытания на растяжения проводили на универсальной испытательной машине «ИНСТРОН» с записью диаграмм растяжения Скорость деформации составляла 1 х 10"3 сек"1

Испытания на ударную вязкость проводили при комнатной температуре +20 °С на образцах основного металла и наплавленного металла размером 10x8x55 мм с круглым надрезом вырезанных на расстоянии 0 мм и 10 мм от границы наплавки

Испытания на статический изгиб также осуществляли на универсальной испытательной машине «ИНСТРОН» при скорости нагружения 0,2 см/мин с записью диаграммы нагрузка-деформация Испытания проводили на образцах с круглым надрезом, а также на образцах без надреза По результатам испытаний оценивали работу разрушения и ее составляющие - работу зарождения и распространения трещин

Рентгеносъемки образцов наплавки на рельсовую сталь и сталь 110Г13 проводили на дифрактометре ДРОН-3 в Fe-излучении на продольном и поперечном шлифах в направлении по глубине наплавки на расстоянии — 3 мм, 7 мм, 15 мм, 19 мм , 22 мм от верхнего края шлифа, что означало соответствующее расстояние от поверхности наплавки В том числе рентгенографировался участок границы границы наплавки

Дифрактограммы записывали в Fe-излучении в области углов 26 Вульфа-Бреггов 20=44-136° Щели гониометра 1x0,5 мм Угловая скорость перемещения счетчика импульсов 1°/мин Фазовый состав определяли по межплоскостным расстояниям d Напряженное

состояние - по ширине интерференционных линий аустенита (311) и (111)

Фрактографические исследования изломов образцов проводили на сканирующем электронном микроскопе «HORIBA» с микроанализатором «Link QX 2000»

Третья глава посвящена разработке конструкции плазмотрона (рис 1) с внешним электродом Основное отличие его от существующих состоит в том, что он имеет расширяющееся сопло, в то время как существующие плазмотроны имеют цилиндрический канал выходного электрода Предпосылкой создания расширяющего канала сопла послужило то, что в цилиндрическом канале образуется местное обжатие дуги, приводящее к ее неустойчивости

Были проведены исследования на экспериментальной установке и сняты вольт-амперные характеристики плазматрона с различной геометрией сопла, его установкой относительно изделия и вариацией расхода аргона Они позволили выбрать следующие оптимальные параметры плазматрона угол раскрытия плазмотрона а = 6°, длина сопла 8мм, расстояние между торцом сопла и изделием 10 мм, расход газа -1и3/ч

I вода

газ + порошок

изолятор

устройство для ввода рабочего газа стержневой внутренний электрод

термоэмиссионный наконечник расширяющееся сопло - вода

внешнии электрод-изделие

Рис. 1. Схема плазмотрона с внешним электродом

Таким образом была разработана конструкция плазмотрона с внешним электродом, обеспечивающая его надежную работу, повышенную долговечность и высокие параметры регулирования Все дальнейшие наплавки проводились с использованием данной конструкции плазмотрона

В четвертой главе представлены разработки технологии и комплексного исследования химического и фазового составов, микроструктуры и механических свойств жароизносостойкого хромоникелевого покрытия (ПР - НХ15СР2) толщиной 5 мм на медную основу

Экспериментальная наплавка медных образцов 350x350x40 проводилась с помощью плазмотрона с расширяющимся каналом Медный образец укладывался в специальную изготовленную печь, где на дне располагались тэны Процесс наплавки вели на предварительно разогретую медь до температуры 600 °С, расход порошка 0,3 г/сек, расход аргона 1 м3/час, при силе тока 200 А и напряжении на дуге 40 В

Исследование

механических свойств, Рис 2- Распределение твердости по глубине твердости (рис 2) и наплавленного хромоникелевого покрытия на микротвердости в «едную основу

приграничной зоне приведены в табл 1 , Показано, что твердость покрытия в 4 раза выше твердости медной основы, прочность покрытия в 2 раза выше, прочность'сцепления покрытия с медной основой ниже прочности покрытия на срез и выше, чем прочность на срез медной основы Такое изменение прочности на срез по сечению позволяет предположить, что разрушение покрытия или его сползание с медной стенки кристаллизатора в процессе его работы практически исключено Износостойкость плазменного покрытия в 4-5 раз больше, чем медной основы

Размытость по поперечному сечению и высокая твердость переходного слоя, а также высокая прочность сцепления покрытия с медной основой связаны с образованием слоя с мелкодисперсной структурой со стороны покрытия, а также взаимного внедрения участков медной основы и №-Сг сплава

В результате плазменной наплавки в наплавленном слое возникают высокие внутренние микронапряжения, о чем свидетельствует большая размытость рентгеновской интерференционной линии (311) Причем в тонком поверхностном 15

100

80

т 60

а.

X 40

20

0

2 4 6 8

Расстояние от поверхности, мм

мкм слое они наиболее высоки - ширина рентгеновской линии достигает 62 мрад Высокий уровень остаточных микронапряжений в наплавленном металле, по-видимому, связан, с особенностями фазового состава образующегося в процессе охлаждения расплавленного металла на поверхности медной основы в результате протекания процессов взаимной диффузии химических элементов.

Общая Таблица 1

панорама Прочность и твердость хромоникелевого покрытия и

микроструктуры металла медной основы

представлена на Метапп ае ШВ Н 0.911

рис.3, видна Н/мм2 Н/мм2

четкая граница раздела М-Сг Покрытие (Сг -№) 550-600 575 280-370 310 73-81 75 3200-3550 3375

наплавки и меди Граница 180-220 20-70 8304500

Проведен- 200 45 2665

ный рентгено-структурный Основа (Си) 225-235 230 135-180 157 <20 820-860 840

анализ фазового

состава по сечению образца с наплавкой показал, что вблизи поверхности наплавки (~15мкм) выявлены два типа твердых растворов М-Сг и М-Си. Присутствуют также нитриды хрома, которые, по-видимому, образуются в процесс кристаллизации наплавленного слоя.

Далее (-3,5 мм) вблизи границы наплавленного слоя и металла основы появляются окислы хрома и участки меди. Окислы хрома очевидно образуются при контакте расплавленного металла с воздухом.

Рис. 3. Панорама микроструктуры границы раздела наплавленного хромо никелевого покрытия и медной основы (хЮО)

Под наплавленным слоем (~6-8 мм) кроме медной основы выявлены окислы и немногочисленные. нитриды хрома Проникновение их в медную основу, очевидно, связано с перемешиванием жидкого расплава и расплавленных поверхностных слоев меди

Для оценки интенсивности протекания диффузионных процессов проводили микрорентгеноструктурный анализ по поперечному сечению образца и были построены концентрационные зависимости химических компонентов сплава

Наиболее интересным оказалось обнаруженное высокое содержание в наплавленном слое меди от 20% до 40% При этом высокая концентрация меди наблюдается вблизи границы наплавленного слоя (примерно до 0,5 мм) Далее по сечению наплавки она практически не изменяется

Спектральный анализ показал, что в процессе формирования наплавленного слоя кроме перемешивания расплава происходит окисление его компонентов, сродство к кислороду которых велико (кремний, железо), и взаимная их диффузия

Как показала оценка коэффициента диффузии исходя из концентрационных профилей его величина изменяется от 10"4 до 10"® см2/сек Коэффициент диффузии, например, никеля в меди и меди в никеле составляют при 600-700°С 1,4х10"11 и 4,1х10"12 см2/сек соответственно В тоже время, известно, что величины коэффициентов диффузии в жидком состоянии примерно одинаковы и составляют 10^-10"5 см2/сек Поэтому можно полагать, что наблюдаемый концентрационный профиль является следствием диффузии компонентов в жидком расплаве

Таким образом, с учетом износостойкости покрытия, можно ожидать увеличения эксплуатационной стойкости кристаллизатора МНЛЗ в 4-5 раз

В пятой главе проведен анализ накопленного опыта по производству наплавки на сталь Гатфильда, что позволило выбрать в качестве металла наплавки порошок 65Х25ПЗНЗ соответствующий по химическому составу электродной проволоки марки ЦНИИН-4, предназначенной для наплавки железнодорожных крестовин, определены оптимальные режимы наплавки, разработана технология релаксационной обработки для снижения уровня остаточных напряжений в наплавленном слое, представлены механические свойства основного металла (ОМ), переходной зоны (границы) и наплавленного металла (НМ)

Серия экспериментов по наплавке позволила выбрать оптимальные режимы наплавки сила тока 190 А - при наложении первого слоя (180 А - последующие слои, для уменьшения тепловложения), напряжение дуги - 40 В, расход порошка - 0,3 г/сек, продольная скорость перемещения плазмотрона \/прод=10 мм/мин, поперечная скорость перемещения плазмотрона Vnonep =20 мм/мин, расстояние от среза сопла до изделия 10-14 мм, расход аргона -1м3/ч

При опробовании технологии плазменной наплавки на сталь Гатфильда столкнулись с высокими остаточными микронапряжениями в наплавленном слое, которые в свою очередь приводят к образованию микротрещин на границе раздела основного металла и наплавленного металла Кроме того, была обнаружена трещина на поверхности области стыка наплавленного слоя и металла основы, т е в области окончания процесса наплавки, которая обладает рядом характерных особенностей

•трещина интеркристаллитная,

•трещина пересекает наплавку, зону конвективного перемешивания жидкого расплава наплавки и металла основы, область внутреннего окисления металла основы и распространяется по границам литых кристаллитов металла основы,

• ширина русла трещины возрастает не от вершины к поверхности, как это должно было бы быть при зарождении трещины на поверхности и распространении ее внутрь металла, а наоборот, по мере углубления ее в металл основы,

• вблизи поверхности наплавки у русла трещины видны скопления неметаллических включений

Исходя из перечисленных особенностей этой трещины можно предположить, что зарождение ее происходило не на поверхности наплавки, а внутри металла Тогда один из наиболее вероятных механизмов возникновения трещины в конце наплавки можно представить следующим образом

При не очень тщательной зачистке поверхности крестовины перед наплавкой, особенно в области, где процесс наплавки должен быть завершен, окалина может быть частично не снята

Поскольку окислы Fe, Mn, Si, входящие в состав окалины металла основы, являются более тугоплавкими, то при оплавлении границ зерен литой структуры они могут препятствовать проникновению жидкого расплава наплавки вдоль границ, выходящих на поверхность металла основы Это приводит к эффекту

закупоривания границ зерен снаружи Оплавленные же границы в результате усадочных процессов не залечиваются при быстром остывании (малая толщина жидкого расплава) и служат готовыми внутренними трещинами

В пользу этого механизма свидетельствует то, что наблюдаемая трещина раскрыта в большей степени не у поверхности, а в конце, в толще металла основы Создается впечатление, что границы зерен в результате оплавления раскрылись под поверхностью основного металла и вызвали долом более прочного наплавленного слоя под воздействием остаточных напряжений

Для снижения остаточных напряжений и устранения

растрескивания возникла необходимость разработать технологию релаксационной обработки Исследования и отработка этой технологии проводили на примере рельсовой стали Были предприняты следующие технологические приемы наплавка на рельсовую сталь в термоупрочнен-ном состоянии (закалка в масло 830 °С, 50 мин, отпуск 500 °С) с теплым ударным наклепом и без него, наплавка на отожженную рельсовую сталь (отжиг 850 °С, 2 часа, охлаждение с печью до 600 °С, далее на воздухе) с теплым ударным наклепом Так же рассматривали влияние отпуска (450 °С) после каждой обработки

Кроме того, эти исследования важны еще для оценки возможности осуществления наплавки высоколегированного сплава на простую углеродистую сталь и создания на этой основе экономнолегированной железнодорожной крестовины

Показано, что отпуск не влияет на механические свойства Ударный наклеп практически не изменяет механические свойства, но

Расстояние от поверхности к границе наплавки, мм

Рис. 4 Ширина интерференционных линий у- фазы (311) а) - закаленная рельсовая сталь + наплавка сплавом 65Х25ПЗНЗ с наклепом, б) - отожженная рельсовая сталь + наплавка сплавом 65Х25Г1ЗНЗ с наклепом, в) - закаленная рельсовая сталь + наплавка сплавом 65Х25ПЗНЗ без наклепа

снижает суммарную работу заролодения и распространения трещины Ударный наклеп уменьшает ширину рентгеновской линии (рис 4) и увеличивает количество а - фазы в наплавленном металле (рис 5) Причем наиболее низкий уровень остаточных микронапряжений достигается при наплавке на отожженную рельсовую сталь с ударным наклепом

Можно полагать, что уменьшение ширины рентгеновской линии является следствием протекания релаксационных процессов в результате фазового у->а превращения

Таким образом разработана технология релаксационной обработки, позволяющая уменьшить уровень остаточных напряжений за счет образования новой а - фазы и предотвратить образование дефектов типа трещин Кроме того показана принципиальная возможность получения биметаллической крестовины путем наплавки износостойкого! покрытия на рельсовую сталь Разработанная технология применена для проведения восстановительного ремонта крестовин из стали Гатфильда

Была проведена наплавка порошком 65Х25ПЗНЗ на реальный образец, вырезанный из новой крестовины, в несколько слоев, с промежуточной абразивной зачисткой между слоями и теплым

Расстояние от поверхности Расстояние от поверхности

наплавки, мм наплавки, мм

Рис. 5. Изменение количества а-фазы и у-фазы по глубине наплавки для обработки а) - рельсовая сталь + наплавка сплавом 65Х25ПЗНЗ с наклепом, б) - рельсовая сталь + наплавка сплавом 65Х25ПЗНЗ без наклепа

ударным наклепом каждого наплавленного слоя для снятия остаточных напряжений При этом общая толщина наплавки составила 22 мм С целью определения- механических свойств ОМ, НМ и границы были проведены комплексные механические испытания образцов, вырезанных в продольных и в поперечных направлениях

ннс

Измерения значений твердости ШЧС проводили на глубину наплавленного слоя до 20 мм и основного металла до 30 мм (рис.6). Как видно на глубине 30 мм ОМ твердость составляет 9-12 Н!ЧС. По мере приближения к границе твердость возрастает до 17-20 ЖС на глубине ~ 2 мм. На границе уровень твердости резко возрастает и составляет 32-34 НР!С. Далее в наплавленном металле от границы и до глубины 20 мм уровень твердости стабилен и составляет 32-35 НИС, Испытания на растяжение продольных образцов из НМ, границы и ОМ показали, что образец из ИМ разрушился при нагрузке в 2 раза большей, чем образцы из ОМ и границы.

Исследования механических свойств

показали, что наилучшими механическими свойствами обладает НМ (рис.7).

Ударная вязкость

образцов НМ,

непосредственно у границы и на расстоянии 10 мм, близка по значению: 8,7 Дж/см2 и 7,5 Дж/см^. Испытания ОМ дали прямо противоположные результаты, КШ образца,

40

30

Ли.»:.!:1-!!»!-

I

-30

■ * ш

ж! *Яшт

10

10-

Расстояние, мм

Рис.6. Изменение твердости НРС по глубине наплавленного слоя сплавом 65Х25ПЗНЗ и основного металла стали Гатфильда

находящегося непосредственно у границы, составила 143 Дж/см , а у образца, удаленного от границы на 10 мм, КСи-212 Дж/смг, что в 1825 раз превышает значение КС11 наплавленного металла.

Разрушающее напряжение образцов из непосредственно границы и расстоянии 10 составляет 1612

ДЛЯ НМ

У

на мм, и

2 §

3

1731 Н/мм3

соответственно, для образцов из ОМ оно в 1,4 раза ниже. Пластические же свойства образцов из

16 1 О.

12 ■

8 □ сг„,

4 □ г

Гранща НМиШ

Рис. 7. Механические свойства металла основы стали Гатфильда, наплавки сплавом 65Х25ПЗНЗ и переходной зоны

ОМ в 11-14 раз выше, чем у НМ Работа зарождения трещины Аз образцов НМ низкая, особенно у образца вблизи от границы -1,7 Дж/см2 Удаление от границы наплавки повышает работу зарождения трещины от 15,3 до 25,7 Дж/см2

Разброс значений характеристик пластичности и сопротивления заро>кдению трещины наплавленного и основного металла зависит от расстояния от границы наплавки и металла основы и обусловлен наличием дефектов в области переходного слоя

Это подтверждают фрактографические исследования На границе между наплавленными слоями встречаются дефекты типа пор, иногда заполненные неметаллическими включениями сложного состава Как показал микрорентгеноспектральный анализ в состав таких включений входят также марганец, кремний и хром

Микроструктура металла основы - стали 110Г13Л представляет собой аустенит с крупными зернами литой структуры Размер зерен литой структуры стали Гатфильда составляет 400-1500 мкм Микроструктура наплавленного металла существенно более мелкозернистая Отмечается большая неоднородность этой структуры по слоям наплавленного металла Так, вблизи поверхности раздела ОМ-НМ структура с ярковыраженными признаками литого металла Видны дендритные кристаллы и крупные зерна «Далее следует микроструктура с рекристаллизованной структурой 'Размер зерен аустенита в этой области наплавки соответствует 30-100 мкм

Наибольший интерес представляет граница раздела НМ-ОМ На самой границе обнаружен слой смешанной структуры ОМ и НМ, образовавшийся в результате перемешивания расплавленного металла основы и наплавки Толщина этого слоя составляет 150-500 мкм Хорошо виден эффект оплавления границ аустенитных зерен в поверхностных слоях основного металла и затекания в них жидкого расплава наплавки Такие "ручьи" расплавленного металла наплавки иногда достигают размера нескольких зерен литой структуры металла основы

Это, с одной стороны, повышает эффективность сцепления наплавленного слоя с подложкой, поскольку "ручеистое" межзереное внедрение металла наплавки в основной металл не дает возможности отслоения его от матрицы Это, кстати говоря, объясняет тот факт, что при растяжении поперечных образцов разрушение не всегда происходит строго по границе раздела ОМ-НМ, а в силу случайных причин может быть локализовано в наплавке или металле основы

О 5 10 15 20 25 30 Расстояние от поверхности, мм

16

-В(111) -В(311)

12

Исследование фазового состава наплавки показало, что состав наплавленного слоя неоднородный по глубине и представляет собой аустенит + е-мартенсит Это, по-видимому, является следствием особенностей деформации слоев при ударной обработке и температурно-скоростных процессов нагрева и охлаждения при послойной наплавке

Установлено, что по глубине слоя возникают внутренние микронапряжения Необходимо подчеркнуть, что при этом наблюдается увеличение количества е-мартенсита и резкое его возрастание у границы наплавленного слоя (рис 8) Однако, на границе наплавленного слоя

остаточные микронапряжения резко падают При этом имеет место наибольшее количество е-мартенсита Как известно, е-мартенсит - мартенсит с гексагональной решеткой является хрупкой фазой и ее наличие в значительных количествах может вызвать охрупчивание стали, что подтверждается при

испытаниях механических свойств (рис 7) Резкое падение ширины линий, по-видимому, связано с релаксацией микронапряжений

за счет фазового превращения Образование Е-мартенсита, возрастание его количества, особенно в области границы наплавки, является следствием наклепа металла первого наплавленного слоя

Для оценки влияния наклепа на количество Е-фазы исследовали влияние степени деформации на фазовый состав металла основы и наплавки Деформация растяжением на 5% приводит к некоторому возрастанию количества Е-фазы в металле основы от 9,7 до 12%

и

10

15 20 25 30

Рис 8. Изменение ширины интерференционной линии (111) и (311) аустенита и количества Е-мартенсита по глубине наплавленного слоя сплавом 65Х25Г1ЗНЗ на сталь Гатфильда

Деформация наплавленного металла на 4,7% приводит к большому увеличению количества е-фазы от 7,7 до 13% (табл 2)

Таким образом, увеличение в-фазы в ближайших к границе наплавленных слоях приводит к релаксации остаточных микронапряжений в результате ударного наклепа после нанесения наплавленного слоя и предотвращает растрескивание наплавленного металла

В шестой главе описана установка

плазменной наплавки

железнодорожных крестовин Установка разработана с целью совершенствования технологии восстановления изношенных участков литой части крестовины,

образовавшихся в результате контактной усталости

Установка может быть также использована для

плазменной наплавки других промышленных деталей, имеющих как плоскую, так и цилиндрическую поверхности

На основании полученных результатов были выбраны режимы и следующие условия наплавки

• При многослойной наплавке обязательна проковка каждого наплавленного слоя,

• Во избежание в процессе наплавки превращений, вызывающих выделение карбидов и охрупчивание стали, производить наплавку в условиях, обеспечивающих наименьшее тепловложение,

• В процессе наплавки, прилегающий к зоне наплавки, высокомарганцовистый металл не должен разогреваться больше, чем на 200 "С,

• Порошок, применяемый для наплавки, должен бьггь абсолютно чистым и иметь гранулы размером 160-315 мкм,

• Перед наплавкой с поверхности изделия - литой части крестовины должны быть удалены дефекты контактной усталости, наплавляемые поверхности зачищены до «свежего» металла, тщательно очищена от слоя окислов, масла, ржавчины и других загрязнений

Таблица 2

Влияние пластической деформации на фазовый состав и ширину рентгеновской интерференционной линии металла основы стали Гатфильда и наплавки сплавом 65Х25ПЗНЗ

Место отбора образцов е,% Тип фазы Рнь

Б-фаза у-фаза црад

%

Основной металл 0 9,7 90,3 12,0

5 12 88 12,9

Наплавка 0 7,7 92,3 11,3

4,7 13 87 12,1

Установка плазменной наплавки железнодорожных крестовин обладает рядом существенных преимуществ, повышающих удобство её эксплуатации и обеспечивающих требуемое качеЬгво обрабатываемых поверхностей Важнейшими из них являются

• наличие автоматического, с помощью ЭВМ, управления процессом наплавки при частичном сохранении возможности ручного ведения процесса,

• широкий диапазон и высокая точность регулирования расходов рабочих тел (аргона, порошка, воды), поперечной и продольной скорости наплавки, частоты и энергии удара, электрических параметров,

• наплавка широкой полосой за один проход (до 60 мм),

• сохранность данных о технологическом процессе

Управление технологическим процессом осуществляет ЭВМ по

разработанной программе «Полярная Звезда»

Две крестовины типа Р65, восстановленные плазменной наплавкой по разработанной нами технологии, были направлены на Московскую железную дорогу

Одна из крестовин пропустила 115 млн т брутто груза и по причине предельного износа была изъята из эксплуатации (следует отметить, что средний ресурс новой крестовины составляет примерно 60 млн т брутто фуза)

Вторая крестовина пропустила 174 млнт брутто груза, и она признана годной для продолжения эксплуатационных испытаний

ВЫВОДЫ

1 На основе исследованных физико-технических характеристик плазмотрона и закономерностей образования структуры, фазового состава, механических свойств наплавленного металла, переходной зоны и основного металла разработаны технологии плазменной наплавки износостойкого материала на медь, железнодорожный рельс и железнодорожную крестовину из стали Гатфильда

2 Разработана конструкция плазмотрона с внешним электродом, с расширяющимся каналом сопла и расплавлением порошка в канале выходного электрода для плазменной наплавки порошковых материалов, обладающего повышенными надежностью и ресурсом работы

3 Проведено комплексное исследование химического и фазового составов, микроструктуры и механических свойств

жаростойкого хромоникелевого покрытия на медную основу Установлено, что твердость покрытия в 4 раза, а износостойкость в 4-5 раз выше, чем твердость и износостойкость медной основы, что позволяет ожидать увеличения эксплуатационной стойкости стенок медного кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок с покрытием данного типа до 500-1000 плавок

4 Прочность сцепления покрытия с медной основой при испытании на срез на 20% выше, чем прочность на срез меди, и на 35% ниже таковой для металла покрытия Показано, что высокая прочность сцепления хромоникелевого покрытия с медной основой является следствием формирования при наплавке плавной переходной зоны с мелкодисперсной структурой, образовавшейся в результате конвективных и диффузионных процессов массопереноса в жидком наплавленном слое

5 Предложен механизм образования трещин на поверхности в области окончания процесса наплавки и перехода к металлу основы, заключающийся в образовании внутренней оплавленной интеркристаллитной трещины в металле основы*,»не залеченной жидким расплавом наплавки в результате "закупорки1' её русла на поверхности остатками окалины, и хрупком доломе тонкого наплавленного слоя под воздействием остаточных термических напряжений

6 Разработан и внедрен эффективный способ релаксационной обработки наплавки из стали 65Х25ПЗНЗ на рельсы из стали 76Ф и литую железнодорожную крестовину из стали 110Г13Л, включающий теплый ударный наклеп наплавленного слоя синхронно следующий за наплавкой, обеспечивающий снижение уровня остаточных напряжений и склонности к трещинообразованию

7 Установлено, что эффект релаксации остаточных микронапряжений в результате ударной обработки наплавленного слоя из сплава 65Х25ПЗНЗ является следствием более полного протекания фазового превращения (у->а) в наплавленном металле и развития процессов микропластической деформации в результате воздействия ударной нагрузки

8 Исследование влияния исходного состояния (термическое упрочнение и отжиг) рельсовой стали на структурное состояние, уровень остаточных микронапряжений и механических свойств наплавленного металла и переходной области показало, что наиболее предпочтительной является наплавка на отожженную рельсовую сталь с последующей релаксационной обработкой,

приводящей к однородному распределению свойств и остаточных микронапряжений

9 На основе установленных закономерностей формирования фазового состава, структуры, уровня остаточных напряжений, механических свойств и сопротивления разрушению наплавки порошкового сплава 65Х25Г13НЭ на рельс, показана принципиальная возможность создания биметаллической железнодорожной крестовины из низколегированной стали типа 76Ф с наплавкой наиболее подверженных износу областей крестовины взамен высоколегированной стали 110Г13

10 Наплавка с релаксационной обработкой порошкового сплава 65Х25ПЗНЗ на сталь Гатфильда увеличивает твердость и износостойкость, однако снижает пластичность, снижение пластичности тем больше, чем ближе к границе между наплавкой и основным металлом, что является следствием неоднородности фазового состава (увеличения a-фазы в результате образования мартенсита деформации) и влияния дефектов на границе раздела

11 Разработана и опробована автоматизированная опытно-промышленная установка и технология восстановления плазменной наплавкой изношенных крестовин Ресурсные испытания железнодорожных крестовин, проведенные на Московской железной дороге показали, что эксплуатационная стойкость восстановленных по разработанной технологии крестовин в два раза выше, чем исходных, новых крестовин из стали Гатфильда

Материалы диссертации изложены в следующих работах:

1 М V lllichev, Е Kh Isakaev, G A Zhelobtsova, V A Katarzhis, N О Spektor and G A Filipov, An efficient method of plasma coating of copper base with wear resistant refractory layer II Proc of the 15th International Symposium on.Plasma Chemistry, Orlean, France, 9-13 July 2001, vol VI, pp 2571-2576,

2 Ильичев M В , Исакаев M -Э X, Желобцова Г А, Катаржис В А, Спектор Н О , Филиппов Г А , Эффективный метод плазменного нанесения жароизносостойкого покрытия на медную основу II Материалы конференции по Физике Низкотемпературной Плазмы ФНТП-2001, Петрозаводск, 1-7 июля, 2001 г Петрозаводск 2001 С 221-226,

3 G A Filippov, М V lllichev, Е Kh Isakaev, О A Sinkevich, G A Zhelobtsova, Assessment of the structure and the properties of the mn-cr-ni layer coating the hadfield steel, Proc of the TPP 7

Thermal Plasma Processes, Strasbourg, France, June 18-21, 2002 Progresss in plasma processing of materials 2003 pp 495-500,

4 Ильичев M В , Исакаев M -Э X , Желобцова Г А, Алексеева Л Е , Филиппов ГА Эффективный метод плазменного нанесения жароизносостойкого покрытия на медную основу II Металлург

2002 №2 С 55-57,

5 Исакаев М-Э X, Ильичев MB, Очкань АЛ, Филиппов ГА Эффективный метод увеличения срока службы железнодорожных крестовин путем плазменной наплавки // Технология металлов

2003 №7 С 29-34,

6 Исакаев М -Э X , Ильичев М В , Тюфтяев А С , Филиппов Г А Особенности структурообразования и формирования свойств при плазменной обработке углеродистой стали // Материаловедение 2003 №2 С 52-55,

7 G A Filippov, Е Kh Isakaev, А Е , A S Tyuftyaev, G A Zhelobtsova, М V lllichev, The surface plasma hardening of steel products // Proc of the International conference on physics of low temperature plasma PLTP-03, Kyiv, Ukraine, May 11-15, 2004 12 17 26-p,

8 Ильичев M В , Исакаев M -Э X , Тюфтяев А С , Филиппов Г А Особенности структуры и фазового состава поверхностных слоев стальных изделий, упрочненных плазменной обработкой и наплавкой // Сб научных трудов «Строительство, материаловедение, машиностроение», Стародубовские чтения 2003 г Днепропетровск, Украина, 18-19 апреля 2003 г Днепропетровск 2003 Вып 22, Часть 1, С 93-94,

9 Ильичев М В , Исакаев М -Э X, Тюфтяев А С , Филиппов Г А Повышение износостойкости изделий из стали 110Г13Л методом плазменной наплавки II Сб тезисов XV международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов», Тольятти, 30 сентября - 3 октября, 2003 Тольятти 2003 С 3-18,

10 EIGontaruk, MV lllichev, Е Kh Isakaev, OASinkevich, A S Tyuftyaev and G A Filippov, New application of plasma technology for the surface hardening of steel products II Proc of the 16th International Symposium on Plasma Chemistry, Taormina, Italy, June 22-27, 2003,

11 Алексеева ЛЕ, Желобцова ГА, Катаржис ВА, Ильичев MB, Исакаев Э X , Ливанова О В , Филиппов Г А Восстановление плазменной наплавкой изделий для металлургического оборудования и железнодорожного транспорта // В сб Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин,

механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки, Материалы 7-й международной практической конференции-выставки 12-15 апреля 2005 г, Санкт-Петербург 2005 С 117-123,

12 Алексеева ЛЕ, Желобцова ГА, Невский ВА, Ильичев МВ, Исакаев Э X , Исэров А Д , Катаржис В А , Ливанова О В , Очкань А Л, Филиппов Г А Установка плазменного восстановления железнодорожных крестовин // В сборнике 1-ой конференции по инновационной деятельности НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН, 11-12 апреля 2005 г, Москва, С 73-76,

13 Алексеева ЛЕ, Желобцова ГА, Невский ВА, Ильичев МВ, Исакаев Э X, Исэров А Д , Катаржис В А, Ливанова О В , Очкань А Л , Филиппов Г А Плазменная наплавка на медь и проблема повышения ресурса медных кристаллизаторов МНЛЗ // В сборнике 1-ой конференции по инновационной деятельности НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН, 11-12 апреля 2005 г, Москва, 164-168,

14 Алексеева ЛЕ, Желобцова ГА, Невский В А, Ильичев МВ, Исакаев Э X, Исэров А Д , Катаржис В А, Ливанова О В , Очкань А Л, Филиппов Г А Плазменная наплавка на медь и проблема повышения ресурса медных кристаллизаторов МНЛЗ // Бюллетень «Черная металлургия» 2005 №11 С 46-48,

15 Исакаев М-ЭХ, Тюфтяев АС, Ильичев МВ, Филиппов ГА Особенности формирования структуры и свойств при плазменной наплавке износостойких покрытий на медь // Тезисы докл Ш-ей Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» М , 18-20 апреля 2006 г МиСИС 2006 С 104

Ильичев Максим Валерьевич

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ

НАПЛАВКЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТУЮ, МАРГАНЦОВИСТУЮ СТАЛИ И МЕДЬ

Автореферат

Подписано в печать 17 04 2007 Формат 60x84/16

Печать офсетная Уч -издл 1,5 Уел -печл 142

Тираж 100 экз_Заказ № 45_Бесплатно

ОИВТ РАН 125412, Москва, Ижорская ул , 13/19

ВВЕДЕНИЕ.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ.

1.1.Виды поверхностного упрочнения и восстановления деталей.

1.2.Современные способы наплавки и их возможности.

1.3.Схемы получения плазменной дуги.

1.4.Наплавочные материалы.

1.5.Основные методы повышения эксплуатационной стойкости медных кристаллизаторов машин непрерывного литья (МНЛЗ).

1.6.0сновные методы повышения эксплутационной стойкости железнодорожных крестовин.

1.6.1. Условия работы железнодорожных крестовин.

1.6.2. Металлургический метод улучшения механических свойств высокомарганцовистой стали.

1.6.3. Методы повышения стойкости крестовин.

2. МАТЕРИЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1.Материалы и требования к ним.

2.2.Методы исследования.

3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЛАЗМОТРОНА С РАСШИРЯЮЩИМСЯ КАНАЛОМ СОПЛА ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ

НАПЛАВКИ.

4 ПЛАЗМЕННОЕ НАНЕСЕНИЕ ЖАРОИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА МЕДНУЮ ОСНОВУ.

4.1.Исследование распределения твердости по сечению покрытия и медной основы.

4.2.Исследование микроструктуры по сечению покрытия и металла основы.

4.3.Исследование напряженного состояния наплавленного слоя и металла основы, фазового состава, периода кристаллической решетки и концентрационных зависимостей покрытия, переходного слоя и металла основы.

5 РАЗРАБОТКА И ОПРОБОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ НА РЕЛЬСОВУЮ СТАЛЬ И СТАЛЬ ГАТФИЛЬДА.

5.1.Подбор материала наплавки и отработка технологии наплавки на рельсовую сталь и сталь Гатфильда.

5.2.Исследование влияния отпуска и исходного состояния рельсовой стали на механические свойства основного металла, наплавки и переходной области.

5.3.Исследование влияния ударного наклепа на механические свойства, фазовый состав и уровень остаточных микронапряжений при наплавке хромомарганцевого сплава на рельсовую сталь.

5.4.Исследование состава и механических свойств при плазменной наплавке на сталь Гатфильда хромомарганцевого порошкового сплава.

5.5.Фрактографические исследования поверхности разрушения. Оценка микроструктуры основного металла, наплавки и переходной области при плазменной наплавке хромомарганцевого сплава на сталь Гатфильда. Механизм образования трещин на поверхности области стыка наплавленного слоя и металла основы.

5.6.Рентгенографический анализ фазового состава наплавки и основного металла при наплавке на сталь Гатфильда.

6 СОЗДАНИЕ УСТАНОВКИ. НАПЛАВКА И РЕСУРСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНОЙ ПАРТИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КРЕСТОВИН ИЗ СТАЛИ ГАТФИЛЬДА.

ВЫВОДЫ.

Актуальность проблемы. Эффективным и экономичным путем повышения долговечности деталей, работающих в условиях циклических нагрузок, контактной усталости и истирания, является создание на их поверхностях прочных, долговечных и износостойких слоев. Упрочнение тонкого поверхностного слоя массивных деталей из обычных конструкционных материалов позволяет экономить дорогостоящие и дефицитные материалы, повышать ресурс механизмов, успешно решать проблему восстановительного ремонта [1-4]. К таким деталям относятся элементы металлургического оборудования - стенки кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок и изделия железнодорожного транспорта - в частности крестовины стрелочных переводов.

Процессы наплавки занимают одно из важных мест в современной сварочной технике. С их помощью на рабочих поверхностях разнообразных изделий получают сплавы с необходимыми свойствами: кислотоупорные, коррозионностойкие, жаропрочные, износостойкие, антифрикционные и т. п. Такие изделия находят применение практически во всех отраслях промышленности. Широкое использование биметаллических конструкций, получаемых путем наплавки, определяется не только техническими, но и экономическими преимуществами.

В большинстве случаев металл рабочих поверхностей изделий по своим свойствам должен отличаться от металла самой детали (например, зубья ковшей экскаваторов, вкладыши подпятников крупных турбогенераторов, коллекторные уплотнительные поверхности задвижек и клапанов для воды и др.). Такие изделия изготовляют преимущественно методами наплавки.

Многие изделия из дорогостоящих и дефицитных металлов и сплавов (например, из цветных металлов, нержавеющих, жаропрочных, кислотостойких сталей и т. п.) изготовляют комбинированными: основа состоит из наиболее дешевых материалов (например, обычной малоуглеродистой стали), а на рабочие поверхности наплавляют сплавы со специальными свойствами. Вес металла наплавки в этих изделиях составляет всего несколько процентов от веса всего изделиям. Поэтому такие биметаллические конструкции, полученные наплавкой, во много раз дешевле конструкций, изготавливаемых целиком из металла с требуемыми свойствами. Кроме того, эти конструкции по мере износа могут заново восстанавливаться наплавкой, что во много раз уменьшает расход металла для изготовления запасных частей оборудования [5].

Свойства металла наплавки и его соединения с основным металлом в большой мере зависят от глубины проплавления основного металла, перемешивания основного металла с наплавляемым и перехода элементов основного металла в металл наплавки. При этом, как правило, чем больше глубина проплавления, степень перемешивания и переход элементов основного металла в металл наплавки, тем хуже свойства как металла наплавки, так и соединения в целом. Поэтому для изготовления ответственных биметаллических изделий следует применять такие способы наплавки, которые обеспечивают минимальное проплавление или растворение основного металла. Наиболее широко применяющиеся в промышленности способы наплавки, основанные на плавлении основного и присадочного металлов, практически исчерпали свои возможности в части уменьшения глубины проплавления основного металла и его перехода в металл наплавки [6].

Из новых уже применяемых в промышленности способов наплавки наиболее полно удовлетворяют требованию получения биметаллических изделий с минимальной глубиной проплавления основного металла способы плазменной наплавки [7-9].

Струя низкотемпературной плазмы как источник тепла находит все более широкое использование в металлургии и обработке материалов, в том числе и для целей наплавки [10]. Энергетические, тепловые и газодинамические параметры струи низкотемпературной плазмы сравнительно легко регулируются в широких пределах. Это позволяет получать наплавленные слои с заданными физико-химическими и механическими свойствами. Наряду с этим плазменные способы наплавки обеспечивают и высокую производительность процесса, не требуют сложного оборудования и специализированных источников питания, могут быть с успехом внедрены в любом цехе, на любом участке, в любой мастерской, где производится наплавка разнородных металлов.

В производстве непрерывного литья заготовок одной из проблем является непродолжительность срока службы медного кристаллизатора из-за интенсивного износа материала стенок. В связи с этим перед исследователями встает задача повышения износостойкости медных стенок кристаллизатора [11,12].

Наиболее перспективным направлением на пути к повышению долговечности стенок медных кристаллизаторов является нанесение покрытий. Нашли применение покрытия из хрома, никеля и сплавов на их основе, основным недостатком которых является их незначительная толщина (до 1 мм). Получение покрытий большей толщины сопряжено с опасностью снижения прочности сцепления покрытия с медной основой. Поэтому разработка новых технологий плазменных покрытий большей толщины являются важной практической задачей.

Железнодорожные крестовины изготовленные из стали 110Г13 (сталь Гатфильда) являются главным элементом верхнего строения пути. Они подвержены вертикальным и боковым циклическим нагрузкам, которые могут быть достаточно большими в зависимости от интенсивности движения.

Срок службы крестовин определяется величиной износа, который зависит от работы под подвижной нагрузкой, качества материала и технологии изготовления и условий эксплуатации крестовин [13-16].

В последнее время усилилось внимание исследователей к вопросам восстановления изношенных крестовин и создания биметаллических крестовин на основе более простых марок сталей.

Восстановление работоспособности изношенных крестовин стрелочных переводов является важным резервом экономии в условиях недостаточного финансирования железных дорог и удорожания новых крестовин. К вопросу восстановления добавляется вопрос качества производимой наплавки, которая проводится вручную [17-20].

Одним из наиболее перспективных способов наплавки является плазменные методы с подачей порошка вместе с плазмообразующим газом. Однако, при разработке технологий нанесения покрытий (наплавки) существуют 2 основные проблемы:

• обеспечение максимальной прочности сцепления покрытия и металла основы;

• предотвращение остаточных напряжений и растрескивания в наплавленном слое.

Цель работы.

На основе исследования физико-технических характеристик плазмотрона с расширяющимся каналом сопла с внешним электродом и подачей порошка в разрядный промежуток, и установления закономерностей формирования структуры, фазового состава и механических свойств наплавленного слоя разработать установку для плазменной наплавки металлов и технологию плазменной наплавки жароизносостойкого сплава на медь, рельсовую сталь и сталь 110Г13, из которой изготавливают железнодорожные крестовины, обеспечивающие надежное сцепление покрытия с металлом основы и предотвращающие ее растрескивание.

Основные задачи работы:

• провести исследования физико-технических характеристик и определить оптимальные конструктивные параметры плазмотрона с расширяющимся каналом сопла с внешним электродом и подачей порошка в разрядный промежуток вместе с плазмообразующим газом;

• выявить закономерности формирования фазового состава, структуры, механических свойств и сопротивления разрушения жароизносостойкого 7 покрытия на медную основу и разработать технологию наплавки, обеспечивающую высокие прочность сцепления и износостойкость;

• установить механизм образования поперечных трещин в наплавленном металле при производстве наплавки на сталь 110Г13Л;

• разработать способ релаксационной обработки, предотвращающий растрескивание при производстве наплавки;

• исследовать закономерности формирования фазового состава, структуры, уровня остаточных напряжений, механических свойств и сопротивления разрушению наплавки порошкового сплава 65Х25ПЗНЗ на рельсовую сталь типа 76ГФ и высоколегированную сталь 110Г13;

• создать опытно-промышленную установку и технологию плазменной наплавки для восстановления железнодорожных крестовин из стали 110Г13Л, обеспечивающие увеличение в 2 раза эксплуатационного ресурса.

Научная новизна работы включает в себя: •закономерности формирования фазового состава, структуры, механических свойств и сопротивления разрушению жароизносостойкого покрытия на медную основу, обеспечивающие толщину покрытия 4-6 мм, надежное сцепление с основой и увеличение износостойкости в 4-5 раз, что позволяет ожидать увеличения эксплуатационной стойкости стенок медного кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок с покрытием данного типа до 500-1000 плавок;

• оптимальные конструктивные параметры плазмотрона с расширяющимся каналом сопла с внешним электродом и подачей порошка в разрядный промежуток вместе с плазмообразующим газом, обеспечивающие повышение КПД, надежности работы и эффективности наплавки, а также технологические параметры процесса наплавки;

•механизм образования поперечных трещин в наплавленном металле -как результат долома под действием остаточных напряжений не залеченных внутренних интеркристаллитных трещин возникающих при оплавлении границ зерен металла основы;

•способ релаксационной обработки, заключающийся в синхронном с процессом наплавки теплом ударном наклепе, приводящем к релаксации остаточных напряжений за счет фазового у—» а превращения и предотвращающем растрескивание при производстве наплавки;

•закономерности формирования фазового состава, структуры, уровня остаточных напряжений, механических свойств и сопротивления разрушению наплавки порошкового сплава 65Х25ПЗНЗ на рельс, подтвердившие принципиальную возможность создания биметаллической железнодорожной крестовины из низколегированной стали типа 76ГФ с наплавкой наиболее подверженных износу областей крестовины взамен высоколегированной стали 110Г13.

Практическая ценность и реализация результатов работы: Использование полученных результатов позволяет снизить расходы на эксплуатацию и ремонт стенок медных кристаллизаторов MHJI3 и железнодорожных крестовин стрелочных переводов. Создана опытно-промышленная установка, разработана и освоена технология плазменной наплавки для восстановления железнодорожных крестовин из стали 110Г13Л, обеспечивающая увеличение эксплуатационного ресурса в 2 раза. Разработаны и согласованы с МПС РФ технические условия (см. Приложение).

Надежность и достоверность результатов обеспечена использованием современных научно-исследовательских приборов и методов исследования, автоматизированных технологических средств нанесения покрытий, всестороннего и тщательного проведения экспериментов, комплексным анализом результатов исследований, а также подтверждается отсутствием аварийных разрушений восстановленных железнодорожных крестовин при эксплуатации.

выводы

1. На основе исследованных физико-технических характеристик плазмотрона и закономерностей образования структуры, фазового состава, механических свойств наплавленного металла, переходной зоны и основного металла разработаны технологии плазменной наплавки износостойкого материала на медь, железнодорожный рельс и железнодорожную крестовину из стали Гатфильда.

2. Разработана конструкция плазмотрона с внешним электродом, с расширяющимся каналом сопла и расплавлением порошка в канале выходного электрода для плазменной наплавки порошковых материалов, обладающего повышенными надежностью и ресурсом работы.

3. Проведено комплексное исследование химического и фазового составов, микроструктуры и механических свойств жаростойкого хромоникелевого покрытия на медную основу. Установлено, что твердость покрытия в 4 раза, а износостойкость в 4-5 раз выше, чем твердость и износостойкость медной основы, что позволяет ожидать увеличения эксплуатационной стойкости стенок медного кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок с покрытием данного типа до 500-1000 плавок.

4. Прочность сцепления покрытия с медной основой при испытании на срез на 20% выше, чем прочность на срез меди, и на 35% ниже таковой для металла покрытия. Показано, что высокая прочность сцепления хромоникелевого покрытия с медной основой является следствием формирования при наплавке плавной переходной зоны с мелкодисперсной структурой, образовавшейся в результате конвективных и диффузионных процессов массопереноса в жидком наплавленном слое.

5. Предложен механизм образования трещин на поверхности в области окончания процесса наплавки и перехода к металлу основы, заключающийся в образовании внутренней оплавленной интеркристаллитной трещины в металле основы, не залеченной жидким расплавом наплавки в результате "закупорки" её русла на поверхности остатками окалины, и хрупком доломе тонкого наплавленного слоя под воздействием остаточных термических напряжений.

6. Разработан и внедрен эффективный способ релаксационной обработки наплавки из стали 65Х25ПЗНЗ на рельсы из стали 76ГФ и литую железнодорожную крестовину из стали 110Г13Л, включающий теплый ударный наклеп наплавленного слоя синхронно следующий за наплавкой, обеспечивающий снижение уровня остаточных напряжений и склонности к трещинообразованию.

7. Установлено, что эффект релаксации остаточных микронапряжений в результате ударной обработки наплавленного слоя из сплава 65Х25ПЗНЗ является следствием более полного протекания фазового превращения (у->а) в наплавленном металле и развития процессов микропластической деформации в результате воздействия ударной нагрузки.

8. Исследование влияния исходного состояния (термическое упрочнение и отжиг) рельсовой стали на структурное состояние, уровень остаточных микронапряжений и механических свойств наплавленного металла и переходной области показало, что наиболее предпочтительной является наплавка на отожженную рельсовую сталь с последующей релаксационной обработкой, приводящей к однородному распределению свойств и остаточных микронапряжений.

9. На основе установленных закономерностей формирования фазового состава, структуры, уровня остаточных напряжений, механических свойств и сопротивления разрушению наплавки порошкового сплава 65Х25ПЗНЗ на рельс, показана принципиальная возможность создания биметаллической железнодорожной крестовины из низколегированной стали типа 76ГФ с наплавкой наиболее подверженных износу областей крестовины взамен высоколегированной стали 110Г13.

10. Наплавка с релаксационной обработкой порошкового сплава 65Х25ПЗНЗ на сталь Гатфильда увеличивает твердость и износостойкость, однако снижает пластичность; снижение пластичности тем больше, чем ближе к границе между наплавкой и основным металлом, что является следствием неоднородности фазового состава (увеличения а-фазы в результате образования мартенсита деформации) и влияния дефектов на границе раздела.

11. Разработана и опробована автоматизированная опытно-промышленная установка и технология восстановления плазменной наплавкой изношенных крестовин. Ресурсные испытания железнодорожных крестовин, проведенные на Московской железной дороге показали, что эксплуатационная стойкость восстановленных по разработанной технологии крестовин в два раза выше, чем исходных, новых крестовин из стали Гатфильда.

Заключение: mm mm тштш млн. т. брутто в год тонн силы, от 17.11.00

Скорость движения км/час,

Дата укладки ЯВЯН г ■ <>ата изъятая ЩЩ® г., Тоннаж изъятия ?■ ' ■ млн. т брутто.

Причина изъятая , . . . . , Нанесена маркировка "ОПЫТ НП", Порядковый № 22

Измерения выполнены прибором Линейка Янковского. Обнаружена дефектность При входном контроле: Сильный i и»

Высота сердечника и литых усовиков мм |

Бил контр. Входной Перед напл. После напл. Наплавлено

Дата 17.11.00 1!. 02.01

Горло а -2 -2 . +2 б -4,5 46 0 г -Т 7 +0",5 7 5 .1 д 45 -4,5 +55' 8 j

250 мм а -0.S -0.5 "О " б -2.5 If -2 г -6 -15 0 15 д -4 +3 10

МЦК а +1 +1 +5 4

Ь -2,5 -2,5 +2,5 5 г -5,5. "Г! +2,5 15!5 "

Д -2 -5,6 +4,5 10

Сеч. а +3,5 +3,5 +6,5 3 .

12 мм 6 -1.5 -1,5 +3,5 6 в -11 -25 -5 20 j г -Г -11 +3,5 14,5

Д -1,5 -4 +6 10

Сеч. а +Ь +0,5 +6 5,5

20 мм б -3 -5 +4 в в -11,5 -23 -1 п г -7 -10 +3,5 13,5

Д 0 -У +5 7

Сеч. а +2 +3,5 4.5

30 мм б i-e,5 -6,5 +1,5 8 в -10,5 -16 -1 15 г -6,5 -10 +1 11

L -,г. д +2 -3 +2,5 5,5 Сеч. а +1,5 -1 -1,6

40 мм б -3 -3,5 -3 в -8 -12 -1 г -5 -5 -3 д +1 0 0

60 мм в -3,5 -3,5 -1 2.5

80 мм в ■2 -2 -1

100 мм в -1 -1 -1

Представитель ОТК

I Начальник участка

2001 г.

Рис. 6.7. Протокол обмеров крестовины

После этого было принято решение провести испытания на путях Московской железной дороги. Две крестовины типа Р65, восстановленные плазменной наплавкой по разработанной нами технологии, были направлены на Московскую железную дорогу.

Одна из крестовин пропустила 115 млн. т./брутто и вторая крестовина пропустила 174 млн.т./брутто (см. Приложение) по причине предельного износа были изъяты из эксплуатации (следует отметить, что средний ресурс новой крестовины составляет примерно 60 млн.т. брутто груза).

После чего было принято решение о плазменной наплавке 30 железнодорожных крестовин, которые были переданы для эксплуатации на Московской железной дороге.

Разработанная технология принята МПС РФ, и выпущены Технические условия ТУ-СПТ-4-2001 «Крестовины железнодорожные из высокомарганцовистой стали, восстановленные плазменной наплавкой» (см. Приложение).

Полученные результаты позволяют разработать новую биметаллическую крестовину с основой из обычной углеродистой стали и рабочей зоной из наплавленного износостойкого покрытия. Преимуществами такой крестовины являются: уменьшение затрат дефицитного и дорогостоящего марганца, лучшая ремонтопригодность (металл литых крестовин из стали Гатфильда имеет много дефектов). Также является целесообразным создание передвижных установок для плазменного восстановления крестовин без их изъятия из железнодорожных путей.

Износ, мм 1 —♦— Износ усовика —■— Износ сердечника -

0 10 20 30 40

Тонная^ млн.т.бр.

Рис. 6.8. Кривая износа крестовины НП-2

1. Современные методы упрочнения поверхностей деталей машин : Аналит. обзор. (Науч.-техн прогресс в машиностроении; Вып.9.) М. : МЦНТИ, 1989. 286 с.

2. Хасуй А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М. Машиностроение. 1985. 239 с.

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

4. Лещинский Л.К., Самотугин С.С., Пирч И.И. и др. Плазменное поверхностное упрочнение. Киев.:Техника.1990. 109с.

5. Меликов В.В. Многоэлектродная наплавка. М.: Машиностроение, 1988.- 144 с.

6. Земзин В.Н. Сварные соединения разнородных металлов. М.-Л., изд -во «Машиностроение», 1966.

7. А.Н.Краснов, С.Ю.Шаривкер, В.Г.Зильберберг, Низкотемпературная плазма в металлургии, М., Металлргия, 1970.

8. Калугин И.Д., Николаева А.В. Дуговая плазменная струя как источник теплоты при обработке материалов. «Сварочное производство», 1959, №9.

9. Плазменная наплавка металлов. Вайнерман А.Е., Шоршоров М.Х., Веселков В.Д., Новосадов B.C., изд -во «Машиностроение», 1969 г., 192 с.

10. Л.Н.Усов, А.И.Борисенко Применение плазмы для получения высокотемпературных покрытий. М., Наука, 1965.11 .Нисковских Н.Н., Карлинский С.Е., Беренов А. Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. М: Металлургия. 1991. 272 с.

11. Развитие технологии непрерывной разливки стали. Лякишев Н.П., Шалимов А.Г. М.: ЭЛИЗ,2002. 208 с.

12. Крысанов Л.Г., Титаренко М.И. Влияние средних статистических осевых нагрузок вагонов на срок службы крестовин // Вестник ВНИИЖТ. 1981.-№ 7. - с. 52-55.

13. Путря Н.Н. Улучшение условий эксплуатации крестовин // Вестник ВНИИЖТ. 1965. № 6. - с. 29-33.

14. Шепель В.Н., Обухов А.В. Сварка и наплавка рельсов и крестовин // Транспорт -М.: 1959. С. 25-38.

15. Андреев В.В., Ушаков М.В. Термитная и дуговая сварка высокомарганцовистых сталей типа 110Г13Л // Сварочное производство. 1987. №5. С. 13-15.

16. И. А. Кондратьев, Н.М. Пономаренко. Полуавтоматическая наплавка крестовин стрелочных переводов. В сб. Наплавка в машиностроении и ремонте. Теоретические и технологические основы наплавки. Киев. ИЭС им. Е.О. Патона, 1981, с. 129-132.

17. Плазменные и лазерные методы упрочнения деталей машин/ Н.В. Спиридонов, О.С., Кобяков, И.Л. Куприянов; Под. Ред. В.Н. Чачина. -Мн.:Выш. Шк„ 1988.- 155 с.

18. Хренов К.К. Электрическая сварочная дуга. Машгиз, М., Киев, 1949.

19. Технология электрической сварки плавлением. Под ред. Б. Е. Патона. Москва-Киев, Машгиз, 1962.

20. Лукашек Я., Лебль К. Способ автоматической наплавки высоколегированных сталей и сплавов под флюсом. «Автоматическая сварка», 1959, №12.

21. Пацкевич И.Р., Баутина В.А. Вибродуговая наплавка бронзы на сталь. -«Сварочное производство», 1962, №11.

22. Никитин В.П. Метод сварки металлов с раздельным процессами плавления. ДАН СССР, т.56, №5, 1947.

23. Югансон Э.Ю. Исследование процессов соединения меди и ее сплавов со сталью и чугуном струей перегретого металла. Труды института металлургии им. Байкова, вып. 2,1957.

24. Тысовская С.Е. Новый способ наплавки бронз на чугун и сталь. ЛДНТП, №90,1958.

25. Вайнерман А.Е., Красулин Ю.Л., Шоршоров М.Х. Плазменная наплавка меди и бронз на сталь плазменной струей. «Автоматическая сварка», 1966.

26. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1984. 360 с.

27. Дудко Д.А., Лакиза С.П. О новых возможностях сварки высокотемпературной дугой, сжатой газовым потоком. «Автоматическая сварка», 1960, № 11.

28. Каленский В.К. и др. Исследование и разработка способа автоматической наплавки клапанов автомобилей. «Автоматическая сварка», 1963, №1.

29. Красулин Ю.Л., Кулагин И.Д. Регулирование температуры сварочной ванны при наплавке плазменной струей «Автоматическая сварка», 1966, №9.

30. Гладкий П.В., Фрумин И.И., Плазменная наплавка с присадкой порошков. Резка, наплавка и сварка сжатой дугой. М., ЦИНТИхимнефтемаш, 1968.

31. Л.А.Арцимович, Элементарная физика плазмы, Госатомиздат,1963.

32. Финкельбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. Иностранная литература, Москва, 1961.

33. Лифшиц П.С. Металловедение для сварщиков. М.: Машиностроение, 1979.- 263 с.

34. Кристаллизатор для непрерывной разливки, изготовленный из стали с покрытием. Усио тэцудзи и др. /Мисима косан к.к./ Япон. Заявка, Кл 11 В 091.1 (В 22 Д 11/04), № 54-124831, заявл. 22.03.78, № 53-32504, опубл. 28.09.79

35. Кристаллизатор для непрерывной разливки материалов на основе железа. Йокояма Дзиро. Комэока Кэидзи / К.к. Нисио материй-дзингу / Япон. Заявка, Кл. В 22 Д 11/04, С23 СЗ/00, №55-70452, заявл. 20.11.78, №53-144714, опубл. 27.05.80

36. Кристаллизатор для непрерывной разливки с покрытием из Ni-сплава. Уэда Фумихидэ/Асахи хасей коге к.к./ Япон. Заявка, Кл. 11 В 091.1, (В 22 Д11/04), Т 54-26227, заявл. 1.08.77, № 52-91442, опубл. 27.02.79

37. Белякова Л.,Глазков А, Панченко И., Герасименко В. Создание технологии повышения эксплутационной стойкости медных кристаллизаторов машин непрерывного литья // Тр. VI Конгр. Сталеплавильщиков. М., 2001. С. 458-460.

38. Б.Э. Глюзберг. Особенности износа крестовин стрелочных переводов с. 39-42.

39. Н.Я. Самарин, Р.З. Кац, В.А. Старцев О повышении эксплуатационной стойкости высокомарганцовистой стали для железнодорожных крестовин.

40. А.Г. Коган, В.В. Наркевнч Влияние качества металла крестовин на их износостойкость в эксплуатации // Вестник ВНИИЖТ. 1994. № 2. - с. 25-27.

41. М.С. Михелев, В.П. Балдина Влияние исходных свойств стали 110Г13Л на ее упрочнение наклепом. // Литейное производство №6, 1974. с.ЗЗ-34.

42. С.В. Амелин, Э.И. Даниленко, Е.И. Пряхин Сталь повышенной прочности для железнодорожных крестовин // Вестник ВНИИЖТ. -1979. №3.-с. 45-49.

43. Марганцовистая сталь. Перевод с англ. Б.А. Белоусова под ред. Д.т.н., проф. М.Е. Блантера М., Металлургиздат, 1959, 94 с.

44. Пряхин Е.И., Петрова Э.В., Макельский М.Ф. и др. Сталь для тяжелонагруженных литых изделий. Авт. Свид. №404892, 1973. «Открытия, изобретения, промышленные образцы», 1973, № 44, С. 94.

45. Е.И. Пряхин, Б.Б. Гуляев, Э.И. Даниленко Сталь для литых железнодорожных крестовин // Литейное производство. 1979. № 8. -с. 9-10.

46. Шульте Ю.А., Гладкий С.И. Литые образцы для контроля механических свойств стального литья // Литейное производство. -1964. №4.-с. 5-8.

47. Кац Р.З., Михалев М.С. О содержании углерода в стали Г13Л // Литейное производство. 1967. № 6. - с. 46.

48. Костинский Д.С. О соотношение содержания Мп и С в стали Г13Л // Литейное производство. 1965. № 1.-е. 8-9.

49. Власов В.И., Комолова Е.Ф. Литая высокомарганцовистая сталь. М. Машгиз, 1963. 196с.

50. Корнаушенков Н.Г. Влияние легирующих элементов и термической обработки на механические свойства и износостойкость стали типа Г13Л/М.: 1970.277 с.

51. Новомейский Ю.Д., Глазков В.М. Высокомарганцовистая аустенитная сталь Г13Л. М.: Металлургия, 1969.100 с.

52. Михайлов С.П., Туманский Б.Ф., Шерстюк А.А. Влияние кремния и фосфора на свойства высокомарганцовистой стали // Технология и организация производства. 1988. №1. С. 39-40.

53. Михайлов С.П., Туманский Б.Ф., Шерстюк А.А. Совместное влияние кремния и фосфора на физико-механические свойства стали 1 ЮГ 13Л// Литейное производство. 1988 №11. С.8-9.

54. Шерстюк А.А., Лунев В.В., Туманский Б.Ф. Эксплуатационная надежность высокомарганцовистой стали// Металловедение и термическая обработка металлов. 1972. № 10 С. 68-69.

55. Низкофосфористая высокомарганцевая сталь для железнодорожных крестовин/ Н.Я. Самарин, Р.З. Кац, В.А. Старцев и др.// Вестник ВНИИЖТ. 1981. № 1. С. 56-58.

56. Шульте Ю.А. Электрометаллургия стального литья. М.: Металлургия, 1970. 224 с.

57. Упрочнение взрывом рабочих органов горного оборудования/ A.M. Кудрявцев, В.С.Бухтин, Б.В. Захваткин и др.Кемерово: Кемеровское кн. Издательство, 1973. 40 с.

58. Упрочнение стали Г13Л взрывом/ Р.З. Кац, Ф.П. Заманская, М.В. Генце и др.// Вестник машиностроения. 1966. № 3. С. 67-69.

59. Исследование влияния исходной прочности стали Г13Л на ее свойства после упрочнения взрывом/ Е.Е. Зубков, Т.С. Тесленко, Т.М. Соболенко// Вестник ВНИИЖТ. 1982. № 2. С. 44-47.

60. Упрочнение взрывом высокомарганцовистой стали/ А.А. Дерибас, Ф.И. Матвеенков, Т.М. Соболенко// Физика горения и взрыва. 1966. № 3 С. 87-94.

61. Давыдов Н.Г., Ситников В.В. Свойства, производство и применение высокомарганцовистой стали. М.: Машиностроение, 1996. 232 с.

62. Крестовины, упрочненные методом науглероживания. ТУ // Путь и путевое хозяйство. 1994. № 2. С. 6-9.

63. Кац. Р.З. Перспективные методы повышения износостойких железнодорожных крестовин // Вестник ВНИИЖТ № 2 1967. с. 42-43.

64. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1978. - 391 с.

65. В.М.Кудинов, Н.В.Березина, В-Г. Петушков, К.Р. Мадей. Упрочнение взрывом наплавленного высокомарганцовистого металла. В журнале Автоматическая сварка. № 12.1977.С.21-24.

66. Е.Н.Морозовская. Автоматическая наплавка высокомарганцовой аустенитной стали Г13. В журнале Автоматическая сварка. № 3,1961 с.32-41.

67. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса: Пер. с англ. / У. Дж.Харрис, С. М.Захаров, Дж. Ландгрен, X. Турне, В. Эберсен. М.: Интекст, 2002. . 408 с.

68. Рутес B.C., Аскольдов В.И., Евтеев Д.П. и др. "Теория непрерывной разливки" М., "Металлургия", 1971 г., 293 с.76.3айт В. Диффузия в металлах. М., "Иностранная литература", 1958 г., 378 с.

69. Металловеление. Сталь. Справочник под ред. М. Л. Бернштейна, М., "Металлургия", 1995 г, т1 Л, с.97.

70. Захаров М.В., Захаров A.M. Жаропрочные сплавы. М., "Металлургия", 1972 г., 383 с.

71. Бэджер и Фритурин "Сплавы на основе никеля и кобальта" в ст. "Жаропрочные сплавы для сверхзвуковых полетов", М., Металлургиздат, 1962 г., с. 147-175.

72. А.И.Быков. Высоколегированный хромомарганцовистый наплавочный металл для наплавки крестовин. В сб. Теоретические и технологические основы наплавки. Науковадумка,Киев,1977,с.45-51.

73. Н.А.Гринберг. Упрочнение наплавкой деталей из высокомарганцовистой стали, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания. В жур. Автоматическая сварка. №2,1976,с.51-55.

74. Г.В.Рюмин., Б.В. Савченков. Новые износостойкие наплавочные материалы обеспечивающие повышение долговечности изделий из высокомарганцевой стали. В сб. Наплавка в машиностроении и ремонте. Киев. ИЭС им. Е.О.Патона, 1981.,с. 122-129.

75. Е.Н.Морозовская. Структура и свойства высокомарганцевого металла наплавленного порошковой проволокой. В жур. Автоматическая сварка. №4,196б,с.22-26.

76. Н.А.Гринберг, Л.С.Лифшиц. Наплавка деталей, работающих в условиях абразивного износа и ударных нагрузок. В жур. Автоматическая сварка. №7,1962,0.18-24.

77. Н.Г. Корнаушенков, Ю.Н. Корнаушенкова, А.А.Астафьев. Влияние легирующих элементов на механические свойства и износостойкость стал» 110Г13Л. В жур. Литейное производство. №6,1973,с.27-29.

78. Н.А.Гринберг, И.Я. Дзыкович. Химическая и структурная неоднородность и механические свойства износостойких легированных наплавок. В жур. Сварочное производство №3,1974.с.7-10.

79. Е.Н. Морозовская. Автоматическая наплавка высокомарганцовой аустенитной стали Г13. В журнале Автоматическая сварка. № 3, 1961 с.32-41.