автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Совершенствование составов и способов литья кобальтовых стеллитов

ФУРМАН Игорь Евгеньевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СОСТАВОВ И СПОСОБОВ ЛИТЬЯ КОБАЛЬТОВЫХ СТЕЛЛИТОВ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2007

003052271

Работа выполнена на кафедре «Литейное производство и упрочняющие технологии» ГОУ ВГГО Уральского государственного технического университета - УПИ.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Мысик Р.К.

Официальные оппоненты:

доктор технических паук, профессор Кулаков Б.А.

кандидат технических наук Митрофанов М.Н.

Ведущее предприятие:

ЗАО «Уральский завод прецизионных сплавов»

Защита состоится « 13» апреля 200_7_ года в 15 - 00 часов на заседании дис-сергационного совета Д 212.285.05 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» в зале Ученого Совета металлургического факультета (ауд, Мт-323) по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-3, ул. Мира, 28,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Уральского государственного технического университета - УПИ.

Огаывы на автореферат, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г, Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ», ученому секретарю, факс (343) 374-53-35

Автореферат разослан « 7 » марта 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

профессор, доктор технических наук

С.В. Карелов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Одной из важнейших задач машиностроения является снижение материалоемкости продукции, повышение срока службы и технического уровня выпускаемых машин, их надежности, удлинения межремонтных периодов. В большинстве случаев выход из строя деталей машин обусловлен локальным изнашиванием рабочих поверхностей в местах интенсивного взаимодействия с рабочей средой или сопряженной деталью. При этом изменение первоначальных размеров деталей в большей степени зависит от поверхностной прочности, которая является не менее важной характеристикой, чем объемная. Высокая поверхностная прочность при условии эксплуатации деталей часто должна сочетаться с пластичностью сердцевинных областей. Обеспечить такой комплекс свойств, используя для изготовления только один сплав, не всегда удается, а в некоторых случаях это становится экономически не обоснованным Существует целый ряд способов повышения износостойкости деталей: химико-термический, поверхностное легирование, наплавка и напыление специальных сплавов на поверхность деталей, армирование их, и т.д

Поверхности деталей машин, работающих при повышенных температурах и в агрессивных средах, наплавляют специальными высоколегированными сплавами, содержащих обычно до 30% легирующих элементов Этот способ оправдал себя при изготовлении многих деталей машин, например, пил, ножей для резки горячего металла, седел вентилей, клапанов двигателей, подшипников шарошечных долот. Для упрочнения деталей, работающих в условиях значительного нагружения и высоких температур, используют наплавку высоколегированными кобальтовыми сплавами - стеллитами.

В России разработкой стеллитов на основе кобальта практически не занимались. ГОСТ 21449-75 содержит всею две марки аеллита ВЗК и ВЗКр, которые используются в деревообрабатывающей промышленности, для упрочнения зубьев дисковых, рамных и тарных пил, и ножей рубанков, в автомобильной промышленности для наплавки клапанов и седел двигателей, а также в нефтегазовой промышленности для упрочнения клапанов задвижек высокого давления. Такой универсализм не позволяет достичь максимальных рез\лыагов упрочнения на всех этих деталях Пределы варьирования содержания легирующих элементов в этих сплавах очень велики и составляют обычно несколько процентов, что приводит к тому, что один и тот же сплав об-

ладает совершенно различными физико-механическими свойствами. Это так же приводит к ограничению использования этих сплавов в промышленности

Кроме того, изготовление наплавочных прутков из стеллитов производится методом литья в песчано-глинистые формы, и не позволяет получать их с качественной поверхностью без пригара и шероховатости Прутки, изготавливаемые по такой технологии, требуют дополнительной механической обработки, что приводит к значительным потерям таких дорогостоящих материалов как кобальт и вольфрам. Кроме того, применяемая технология не позволяет получать прутки диаметром меньше 4 мм, что во многом сдерживает их применение в авиационной промышленности, и требует ее совершенствования.

Цель работы. Изучение влияния содержания легирующих элементов кобальтовых стеллитов и технологических параметров литья прутков с целью повышения износостойкости деталей за счет регламентации химического состава сплава и совершенствования технологии изготовления прутков.

Основное внимание было уделено решению следующих задач: изучению влияния основных легирующих элементов на смачивание стеллитами различных марок сталей и сплавов, из которых изготавливаются изделия, подвергаемые упрочнению стеллитами; исследованию влияние химического состава стеллитов ВЗК, ВЗКр, ЗВ14КБ на их эксплуатационные свойства; разработке технологических параметров литья прутков диаметром от 2 до 8 мм из вышеуказанных сплавов, обеспечивающих получение качественных готовых изделий.

Научная новизна работы.

1. Установлено, что углерод и хром снижают поверхностное натяжение кобальтовых стеллитов, а вольфрам и ниобий незначительно его увеличивают, краевые углы смачивания стеллитами долотных сталей 14ХНЗМА, 15НЗМА, 19ХГНМА; клапанной стали 40Х9С2; стали Х9В и сплава ЖС6У меняются в пределах 8° - 51°, что существенным образом влияет как на адгезионную прочность сцепления наплавленных слоев, так и на режимы наплавки

2. Уточнены пределы легирования стеллитов ВЗК, ВЗКр, ЗВ14КБ углеродом, вольфрамом и хромом, позволяющие повысить износостойкость сплавов при работе в различных агрессивных средах.

-53. Установлены закономерности формирования равномерной карбидной структуры кобальтовых стеллитов в зависимости от термовременных параметров их выплавки и обработки.

4. Установлены и обоснованы режимы литья кобальтовых с [еллитов в кварцевые трубы методом вакуумного всасывания, обеспечивающие получение литых наплавочных прутков без внутренних и поверхностных дефектов.

Практическая значимость работы. Разработана технология получения прутков из кобальтовых стеллитов ВЗК, ВЗКр, ЗВ14КБ диаметром от 2 до 8 мм, обеспечивающая получение готовой продукции, соответствующей требованиям нормативной документации. Прутки из вышеуказанных сплавов прошли промышленные испытания на ОАО «Уралбурмаш». ОАО «Пермский моторный завод», ФГУП ММПП «Салют», ОАО «Арамильский авиаремонтный завод № 695». ОАО «Ростовский завод гражданской авиации № 412». ООО «Ремжилстрой-КСЗ». На предприятии ОАО «Уралбурмаш» была внедрена технология изготовления прутков диаметром 4 и 6 мм с уточненными пределами содержания легирующих элементов в сплаве ЗВ14КБ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях, съездах и семинарах: Second International Conference on Mathematical Modeling & Computer Simulation of Metal (Ariel. Israel, 2002): на VI съезде литейщиков России (Екатеринбург, 2003), на VII отчетной конференции молодых ученых (Екатеринбург, 2005): на VII съезде литейщиков России (Новосибирск. 2005); на XII международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых (Томск, 2006)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 141 страницу текста. 21 ia6-лицу, 61 рисунок и состоит из введения, 5-ти глав, заключения, списка литературы, состоящего из 81 источника, приложений.

-6-

Содержание работы Во введении дана общая характеристика проблемы, сформулированы основные цели и задачи исследования

В первой главе приведен состав современных литых жаропрочных кобальтовых сплавов. Рассмотрено влияние легирующих элементов и структуры на их физико-механические и эксплуатационные свойства. Показано, что при работе при высоких температурах и абразивном изнашивании в условиях трения обычно используют детали из стеллитов или детали, наплавленные стеллитами. Химические составы выпускаемых в России стеллитов приведены в табл. 1

Таблица 1

Химический состав типа стеллитов, вес %

Сплав \У Сг Со Ре & N1 С

Стеллит ВЗК 4-5 28-32 осн. до 2 2,0-2,7 до 2 1,0-1,5

Стеллит ВЗКр 7-11 28-32 осн. до 2 1,3-1,8 до 2 1,8-2,2

Стеллит ЗВ14КБ 12-15 26-30 осн. до 2 0,5-1,0 до 2 2,6-3,0

Сплавы этого типа выпускают в виде литых прутков длиной 350 - 400 мм и диаметром 3 - 8 мм и применяют, главным образом, для наплавки рабочих поверхностей быстроизнашивающихся деталей, штампов и др.

Для кобальтовых стеллитов характерна высокая коррозионная стойкость против влияния атмосферы, морской воды, ряда кислот и щелочей. Стеллитоподобные сплавы (сор-майты) и никелевые стеллиты обладают меньшей коррозионной стойкостью.

Стеллиты могут работать длительное время при температуре 800° и выше и противостоять окислению. В силу этого они, в частности, нашли применение для упрочнения и восстановления лопаток авиационных двигателей.

Благодаря присутствию в стеллитах достаточно в большом объеме карбидной фазы, они, наряду с высокой жаропрочностью обладают высокой износостойкостью.

Для кобальтовых стеллитов характерны карбидные выделения типа МС, М2зС6 и М6С. Выделения МС обычно имеют вид грубых неправильных кубов или иероглифов, а М2зС6 проявляет заметную склонность к выделению по границам зерен. Обычно это выделения неправильной формы, хотя иногда наблюдаются и геометрически правильные пластины. Карбиды типа М6С также могут образовываться по границам зе-

рен в виде выделений округлой формы. Реже возникает внутризеренная видманштед-това структура этих карбидов.

В зависимости от содержания в сплавах хрома и углерода в них могут образовываться различные карбиды.

Пределы варьирования легирующих элементов в кобальтовых стеллитах ВЗК, В4Кр, ЗВ14КБ, выпускаемых по нормативно-технической документации, достаточно велики и составляют обычно несколько процентов. В результате, при наплавке деталей прутками из вышеуказанных стеллитов, получается упрочняемый слой с различной структурой и физико-механическими свойствами. Это приводит к нестабильности эксплуатационных свойств наплавленных деталей.

Из анализа практики использования стеллитов для упрочнения быстро изнашиваемых деталей машин и инструментов можно сделать вывод, что выбор состава кобальтовых стеллитов должен учитывать условия эксплуатации каждого изделия с анализом механизма его разрушения (наличием ударных нагрузок, абразивного износа, его характера, наличием и интенсивностью теплообмена и т.п.). В конечном итоге это позволит повысить эффективность упрочнения и срок службы деталей.

Во второй главе представлено исследование смачивания сталей Х9В, 40Х9С2; 14ХНЗМА; 15НЗМА; 19ХГНМА, наиболее часто упрочняемых стеллитами, кобальтовыми сплавами ВЗК; ВЗКр, ЗВ14КБ Изучено влияние химического состава сплавов с различным содержанием легирующих элементов (в рамках ГОСТ) на краевые углы смачивания вышеуказанных сталей.

Краевые углы смачивания в исследуемых системах измеряли в процессе растекания расплавленных стеллитов по подложкам из вышеперечисленных сталей. Измерения проводили после завершения кинетического режима течения, когда на периметре смачивания устанавливались равновесные углы смачивания.

Кроме того, методом лежащей капли было изучено влияние основных легирующих элементов - С, Сг, на поверхностное натяжение кобальтовых стеллитов. Установлено, что при варьировании содержания легирующих элементов в рамках ГОСТ поверхностное натяжение меняется незначительно (от 1270 до 1330 мДж/м2). В то время как краевые углы смачивания меняются более значительно (от 8° до 51 Такое различие может сказаться как на адгезионную прочность сцепления наплавленных слоев, так и на режимы наплавки

В третьей главе представлено исследование влияния химического состава стеллитов ВЗК, ВЗКр, ЗВ14КБ на их износостойкость. Исследование проводилось при различных видах абразивного изнашивания - износ по закрепленному абразиву, износ по незакрепленному абразиву, газо-абразивному износу, трению металл но металлу.

Изучение износа стеллитов при воздействии закрепленных абразивных частиц проводилось на карборундовой наждачной бумаге. Удельный нагрузки на истираемую поверхность варьировались в пределах от 100 до 600 кПа. При каждой из нагрузок образец проходил 5 циклов длиной 50 м. О величине износа судили по потере веса образца.

Результаты исследования показали, что наибольшей износостойкостью обладают образцы с максимальным количеством легирующих элементов - Сг; Ш; С. Как вид)го из рис, 1, в образцах этого состава находятся иглообразные сложные карбиды типа (СгхШуСог)гзС6 с микротвердостю 16500 МПа. Кроме того, матрица, состоящая из кобальта, в значительной мере обогащена хромом и вольфрамом и имеет микротвердость порядка 8000 МПа. Введение в сплав с максимальным содержанием легирующих элементов ниобия до 1-6% способствует росту износостойкости сплава более, чем на 30% благодаря образованию округлых карбидов ниобия с микротвердостью 27300 МПа (рис. 2). При уменьшении легирующих элементов в стеллите структура его заметно меняется. Она состоит из сложных карбидов М23Сл и матрицы-кобальта, обогащенной хромом и вольфрамом, но соотношение металлов, входящих в состав карбида, меняется, а соответственно меняется его микротвердость (рис. 3). Наименьшей износостойкостью обладают сплавы, содержащие минимальные количества хрома (26%); вольфрама (12%) и углерода (2,6%).

Рис. 1. Структура сплава Рис. 2. Структура сплава Рис. 3. Структура сплава

ЗВ14КБ с максимальным ЗВ14КБ с максимальным со- ЗВ14КБ с минимальным

содержанием легируюших держанием легирующих эле- содержанием легирующих

элементов ментов и содержащим 6% элементов

ниобия

Износ образцов о незакрепленные частицы определяли на установке типа Бринел-ля-Хауорта. Один цикл испытаний включал пропускание 1,0 кг абразива между образцом и резиновым кругом, скорость движения которого была 250 об/мин, а нагрузка на образец составляла 100 Н. О величине износа судили по потере веса образца. Были подвергнуты испытаниям образцы того же состава, что и при истирании закрепленными абразивными частицами. В качестве абразива использовался порошок электрокорунда фракцией 0,20,- 0,315 мм.

Результаты испытаний образцов при воздействии незакрепленного абразива качественно коррелируют с данными, полученными в ходе испытаний на износ по закрепленному абразиву. Некоторая нелинейность зависимости износа от времени испытаний связана с неравномерностью износа твердых карбидов М2зС6 и менее твердой матрицы. Поэтому для упрочнения деталей, работающих в условиях абразивного износа, как закрепленными, так и незакрепленными абразивными частицами, могут быть рекомендованы стеллиты для их упрочнения с максимальными содержаниями легирующих элементов. Кроме того, эти сплавы целесообразно дополнительно легировать сильным карбидообразующим элементом - ниобием.

Для определения износостойкости упрочненных отливок при газо-абразивном износе использовали экспериментальную установку, позволяющую менять угол атаки абразивных частиц от 0" до 90°. Разгон частиц абразива (электрокорунд фракции 0,20,4 мм) производился сжатым воздухом (Р=4 105 Па).Скорость частиц на выходе из сопла равнялась примерно 75-80 м/с. В качестве испытуемых образцов использовались сплавы того же состава, что и при опытах с закрепленным и незакрепленным абразивами. Эксперименты показали, что износостойкость материалов при малых углах атаки (а=10°) качественно не отличается от таковой при износе по незакрепленному абразиву. Ее зависимость от микротвердости структурных составляющих близка к прямо пропорциональной, что соответствует многочисленным исследованиям износостойкости сплавов и композиционных материалов. С увеличением угла атаки абразивных частиц происходит качественное изменение механизма износа. Под действием ударных нагрузок частиц происходит образование микротрещин и разрушений наиболее твердых структурных составляющих сплава - карбидов (Сгх\УуСо2)2зСб. Эффект образования микротрещин тем заметнее, чем крупнее частицы карбидов, выше их микротвердость и чем больше угол атаки абразивного потока частиц. Поэтому при

болыыих углах атаки наибольшей износостойкостью обладают сплавы, имеющие в своей структуре менее твердые карбидные частицы, т.е. сплавы, имеющие в своем составе минимальное содержание основных легирующих элементов. Легирование сплавов ниобием достаточно эффективно сказывается на износостойкость сплавов даже при углах атаки абразивных частиц близких к 90°. Это, по-видимому, объясняется тем, что в отличие от карбидов(Сгх\УуСог)23С6 карбиды ниобия имеют размеры меньшие, чем абразивные частицы и ударный импульс даже от одной частицы воспринимает как твердый карбид, так и более пластичная кобальтовая матрица, демпфирующая интенсивные ударные нагрузки Проведенные эксперименты позволяют рекомендовать в качестве упрочняющих сплавов для деталей, работающих в условиях ударно-абразивного воздействия, стеллиты с минимальным содержанием основных легирующих элементов и упрочненные карбидами ниобия.

В связи с тем, что большинство деталей, упрочняемых наплавкой кобальтовыми стеллитами, работают при повышенных температурах порядка 500 - 600 °С было изучено влияние химического состава различных марок стеллитов на их износостойкость при газо-абразивном воздействии в условиях повышенных температур. Опыты проводились при температурах 200, 400, 600 °С. О износостойкости судили по потере массы образца. Так как при этих температурах в кобальтовых стеллитах вышеуказанных марок не происходит фазовых превращений, а микротвердость фазовых составляющих меняется не-

♦ ЗВИИБ

• взк

значительно, износостойкость кобальтовых стеллитов при этих температурах так же не отличалась от таковой, полученной при комнатных температурах. - Действительно, для стеллита ЗВ14КБ с

, максимальным содер-1 \ёапепжц

О "02030405060708090 град жанием легирующих

Рис.4. Газо-абразивный износ образцов при Т=600 °С элементов износ при

600 °С превысил таковой при 20°С в среднем на 12%, а для сплава ВЗК - на 16,7 % (рис. 4) что свидетельствует о достаточной эффективности использования таких материалов при повышенных температурах.

Наряду с абразивным изнашиванием изучен износ стеллитов в условиях трения металлических пар. Для определения износостойкости применялась установка СМЦ-2. В качестве образцов использовались темплеты из долотной стали 19ХГНМА, наплавленные опытными прутками стеллитов, состав которых приведен в табл. 12. В качестве контртела использовали цилиндрические образцы из стали мартенситного класса 55СМ5ФА с твердость 55-57 НЯС. Опыты проводили как при нормальных температурах, так и при температуре 400°С.

1- ЗВ14КБ; Сг-26,08%; \\М2,21%; С-2,64%; 2- ЗВ14КБ; Сг-26,01%; -\У-14,79%; С-2,62%; 3-ЭВ14КБ; Сг—29,85%; W-13,55%; С-2,68%; 4-ЗВ14КБ; Сг-29,96%; W-14,91%; С-2,94%;

5-ЗВ14КБ; Сг-29,91%; W-14,98%; С-2,96%;

Рис. 5. Износ (а) и суммарный износ (б) при трении ЗВ14КБ-55СМ5ФА

Опыты показали (рис. 5), что наибольшей износостойкостью из всех исследованных сплавов обладает сплав ЗВ14КБ с максимальным содержанием легирующих элементов. Однако при использовании такого сплава суммарный износ пары трения самый высокий, в то время как суммарный износ сплава, содержащего 6% ниобия -сталь 55СМ5ФА, минимален. Это, по-видимому, связано с тем, что грубые карбиды Сг23С6 (рис. 1), которые наблюдаются в сплаве ЗВ14КБ с высоким содержанием хрома и углерода, изнашивают контробразец из стали 55СМ5ФА. Напротив, карбиды

О 30 60 90 120 150 Ю 20 240 Е£етТ,мн

О 30 60 90 1Ю Я) Ю 20 240

$хм>Тмн

а)

б)

ниобия, образующиеся в сплаве ЗВ14КБ с 6% ниобия, как это видно из рис. 4, обладающие округлой формой, изнашивают контробразец в значительно меньшей степени. Это позволяет рекомендовать этот сплав для наплавки подшипника качения в горнорудных И нефтяных долотах типа ЦАУ, ГАУ, т.к. наплавляемый корпус подшипника работает в условиях трения качения в паре с роликами из сплава 55СМ5ФА.

Изучение износостойкости пар трения стеллит ЗВ14КБ — сталь-55СМ5ФА при температуре 400 °С показало, что износостойкость образца стеллита практически не изменилась по сравнению с комнатной температурой, а пары трения уменьшилась на 5-7%, что, по-видимому, связано со снижением износостойкости стали 55СМ5ФА.

Опоры шарошечных долот, наплавленные прутками с различным содержанием легирующих элементов, испытывались на испытательном стенде ОАО «Урал бур -маш». Разбуриваемая порода - кварцитовые блоки Бака л ьс кого рудоуправления высокой абразивности и крепостью до 16-18 ед. по шкале Протодьякокова. Показатели испытаний выбирались как средние данные па основании испытаний пяти долог.

В долотах, наплавленных стандартным сплавом ЗВ14КБ с высоким и низким содержанием углерода, наблюдается значительный износ роликов подшипника опоры шарошечного долота. Причем, наблюдается неравномерный износ в виде большого количества поперечных канавок, образующихся, в первую очередь, благодаря их царапанию иглообразными карбидами, образующимися в наплавленном слое. Максимальный износ роликов наблюдается при использовании стеллита с максимальным содержанием чрома и углерода. I ]ри этом происходит минимальный износ наплавленного слоя. Напротив, при минимальном содержании углерода и хрома в наплавленном стеллите износ роликов заметно снижается (примерно на 9-10%), а износ наплавленного слоя увеличивается незначительно (примерно на 1-2%). Кроме того, при высоком содержании углерода И хрома на-

Рис.6, Разрушения наплавленного слоя на отработанном долоте

блюдается образование трещин и выкрашивание наплавленного слоя (рис.6), возникающих из-за низкой ударной вязкости высокоуглсродистого стеллита Напротив, в стеллитах, содержащих 2,6% уыерода. раирескивание практически не наблюдалось.

Наименьший износ в паре трения ролики-наплавленный слой наблюдался при использовании сплава ЗВ14КБ, легированного 6% ниобия, что подтверждают данные, полученные при испытании образцов на установке СМЦ-2. Присутствие в наплавленном слое большого количества твердых карбидов ниобия округлой формы заметно снизило износ, как роликов, так и наплавленного корпуса опоры долота. Суммарный износ пары трения снизился примерно на 10%, что позволило рекомендовать проведение расширенных испытаний долот, наплавленных этим сплавом в условиях ГОКов.

Четвертая глава посвящена совершенствованию технологии изготовления литых наплавочных прутков из кобальтовых стеллитов. При наплавке деталей литыми прутками из кобальтовых стеллитов в наплавленном слое возникает ряд характерных дефектов: усадочные и газовые раковины, пористость, неметаллические включения, несплавляемость и дефекты структуры, приводящие к снижению эксплуатационных свойств наплавленных слоев Поэтому к литым наплавочным пруткам из кобальтовых сплавов предъявляются повышенные требования по газонасыщенносги и структуре, достичь которых можно только при соблюдении оптимальных режимов выплавки сплавов и последующей отливке прутков.

Установлено, что основным источником неметаллических включений является футеровка печи. В связи с этим были проведены опытные плавки стеллитов марки ВЗК и ЗВ14КБ в индукционной печи ИСТ 0,06 с кислой (кварцит), основ-ной(хромомагнезит) и нейтральной (корундовая шпинель МШПН) футеровками При использовании последней, неметаллические включения в прутках практически не возникают даже при двухчасовой выдержке расплава, в отличие от хромомагнезитовой и тем более кварцитовой футеровке Поэтому для выплавки кобальтовых стеллитов в индукционных печах в качестве футеровки целесообразно использовать корундовую шпинель МШПН.

Установлено, что в наплавленных стеллитами слоях стеллитами часто наблюдаются дефекты в виде гаюпых раковин. В ряде случаев возникновение указанных де-

фектов происходит из-за неправильной организации процесса наплавки, но в большинстве случаев они возникают из-за повышенной газонасыщенности расплава. Для снижения растворения газов в металле плавку стеллитов обычно ведут под покровными флюсами, однако из-за длительности процесса растворения тугоплавких металлов, в основном, вольфрама, и высоких температур делает их использование не достаточно эффективным. Раскисление расплава в конце плавки кремнием, алюминием и титаном не всегда дает положительный результат, т.к. присутствие в стеллитах остаточного содержания алюминия и титана приводит к возникновению хрупких эвтектических включений, а сам процесс раскисления указанными металлами приводит к возникновению в прутках неметаллических включений. Плавка стеллитов в вакуумных печах также технологически нецелесообразно, из-за того, что в вакууме происходит восстановление оксидов футеровки углеродом, что приводит к возникновению большого количества неметаллических включений, а так же к неконтролируемому изменению химического состава сплава.

Выполненные промышленные эксперименты показали, что двойной или тройной переплав (в зависимости от состояния исходных шихтовых материалов) приводит к резкому снижению газонасыщенности сплава.

Немаловажным фактором, влияющим на качество прутка, является температурный режим ведения плавки и разливки сплава, поскольку они оказывают существенное влияние на конечную структуру и свойства изделия. Для определения необходимых режимов плавки кобальтовых сплавов был проведен ряд опытов по изучению одной из основных структурочувствительных характеристик расплава - кинематической вязкости в широком диапазоне температур. Для высокотемпературных измерений кинематической вязкости был использован метод, основанный на фиксировании периода и декремента затухания крутильных колебаний тигля с жидким металлом.

Изучено влияние основных легирующих элементов на вязкость кобальтовых стеллитов. Установлено, что с увеличением содержания вольфрама в стеллите типа ЗВ14КБ с 12% до 15% вязкость сплава повышается в 1,5 раза, а с увеличением его с 4% до 5% в сплаве ВЗК - в 1,3 раза, что может существенно сказаться на скорости растекания последних при наплавке. С увеличением углерода в сплавах наблюдается заметное увеличение вязкости расплава, связанное, по-видимому, с увеличением ко-

личества в сплаве крупных карбидов типа М3С2, М7С3, М2зСб. Наибольший интерес представляет зависимость вязкости стеллитов от температуры (рис. 7). При изучении

е *г

?д •4 di

чТ*1—*!—»л,,

- - 1 VV

1 /'

1 -1- \ / | V/

1250 1зоо то %оо uso боо то т

Температура С

-(Инагреб -•—(Нашхёеше (21нагреВ ~ Охлаждение

1300 1350 ВЗКр Haz -

а)

1Í00 uso ш Темпепература С

-ВЗКр Охл б)

1S50 1600 ВЗКИаг ВЗКОхл

Рис. 7. Влияние температуры на вязкость а)-сплава ЗВ14КБ при первом (1, 2) и втором (3, 4) переплаве; б)-сш1авов ВЗКр и ВЗК

вязкости сплава ЗВ14КБ было обнаружено, что при повышении температуры от Тшк до 1520°С происходит возникновение пиков на политерме вязкости. Это, очевидно, связано с расплавлением и разложением карбидов МзС2, М7С3 по схеме: 23 Сг7С3 = 7 Сг23С6 + 27С; 23 Сг3С2 = 3 Сг23С6 + 28 С.

Последнее приводит к заметному понижению вязкости стеллитов как при дальнейшем нагреве, так и при охлаждении сплава до ГС0Л.Таким образом, в указанных стеллитах наблюдается заметный гистерезис вязкости.

Так как наплавка газовым пламенем стеллитов ведется обычно в диапазоне температур 1480-1600°С, возможно за-

1350 1100 USO ISOO 1550

Нагреб Охлаждение Темпепература. С

Рис 8. Влияние температуры на вязкость сплава ХТН-61

метное изменение вязкости расплава, которое может сказаться на качестве наплавляемых слоев. Кроме того, при температуре 1520 - 1570°С в сплаве наблюдается заметное кипение, вызванное, взаимодействием свободного углерода, образовавшегося при разложении карбидов М3С2, М7С3, с остаточным кислородом. Это может объяснить образование мелких пор, возникающих при наплавке деталей стеллитами. При

повторном нагреве сплава выше 1520°С образование пиков и гистерезис вязкости становится гораздо меньше, что позволило рекомендовать режимы выплавки стеллитов ЗВ14КБ в следующем порядке: расплавление шихты, перегрев сплава до температуры 1580°С, выдержка при указанной температуре в течение 15-20 минут для протекания процесса взаимодействия свободного углерода с кислородом и последующее охлаждение сплава до температуры разливки. При использовании прутков, выплавленных по данной технологии, практически не возникает газовых дефектов в наплавленном слое. В сплавах с заметно меньшим содержанием углерода таких как ВЗК, ВЗКр, ХТН-61 заметного гистерезиса вязкости не наблюдается (рис. 8). По всей вероятности это связано с тем, что при низком содержании углерода в сплавах ВЗК и ВЗКр при расплавлении практически сразу образуются карбиды типа М23Сб. В сплавах типа ХТН - 61, у которых содержание хрома по сравнению с предыдущими сплавами заметно ниже, основным карбидообразующим элементом является ниобий. Образующиеся в их сплавах карбиды ниобия и вольфрама, имеющие температуру разложения свыше 2000°С, в указанных диапазонах температур достаточно устойчивы и не разлагаются. Поэтому для получения требуемой структуры литых прутков из этих сплавов нет необходимости проводить двойной переплав. Однако, для удаления растворенных газов при плавке сплавов «вымораживание» является практически единственным эффективным методом. Поэтому и для этих сплавов рекомендуется двойной переплав.

Как показал анализ микроструктуры при двойном переплаве стеллитов типа ВЗК, ВЗКр и ЗВ14КБ с максимальным содержанием легирующих элементов, при кристаллизации образуются достаточно крупные карбиды типа М23С6 - (Сг18\У0 7Со3)23С6, которые придают высокую износостойкость наплавленным слоям, работающим в условиях абразивного износа. Однако при работе наплавленных слоев в паре трения металл - металл такая структура приводит к заметному износу контртела, а, следовательно, к суммарному износу всей системы. Для измельчения структуры необходимо проводить модифицирование стеллитов. Достаточно эффективным оказалось и введение в сплав ЗВ14КБ ниобия до 6 вес.%. При этом в сплаве образуются округлые карбиды ниобия и вольфрама, а количество крупных карбидов хрома заметно снижается. Установлено, что модифицированные и упрочненные ниобием стеллиты обладают заметно большей износостойкостью при работе деталей в режиме трения.

-17В настоящее время существуют следующие способы получения наплавочных прутков из стеллитов: литье в кристаллизатор, в песчаные формы, литье по выплавляемым моделям и литье в кокиль.

Отливка в песчаные формы имеет много недостатков: пригар смеси к поверхности отливки, необходимость металлоемких литниковых систем, что определяет низкий выход годного металла. К тому же поверхность прутков подвергается механической обработке - шлифовке, что заметно увеличивает себестоимость продукции не только за счет дополнительной операции, но и из-за лишних потерь дорогостоящего металла и быстрого износа не менее дешевых алмазных шлифовальных кругов.

Точное литье обладает следующими преимуществами: достаточно высокая чистота поверхности отливки, любая конфигурация отливки; но является дорогим и трудоемким способом литья Этот способ более целесообразен при изготовлении деталей из этих сплавов сложной конфигурации со сложными внутренними полостями

Отливка в металлический кристаллизатор позволяет получать гладкую поверхность, не требует применение дорогостоящих формовочных материалов и противопригарных красок, имеет достаточно высокую производительность, однородность химического состава, свойств и размера сечения по всей длине. Однако этим способом не удается получить качественные прутки диаметром менее 4 мм, а так же полностью исключена возможность изготовления прутков диаметром менее 3 мм. Это связано с высокой теплопроводностью сплава, а его температура во время протяжки держится на уровне температуры ликвидуса, при которой жидкотекучесть сплава очень мала. Оксидная пленка, образующаяся на поверхности прутков в процессе литья, является источником газовых дефектов при наплавке. Поэтому прутки подвергаются шлифованию, как и прутки, отлитые в песчаные формы.

Отливка в металлические формы (кокили) обладает теми же недостатками, что и предыдущий способ. Кроме того, производительность и выход годного у этого способа ниже, а также наблюдается облой по разъему кокиля, но основным недостатком является очень малая стойкость кокиля при большой его стоимости.

Принимая во внимание все вышеизложенные недостатки, нами предложена технология получения литых наплавочных прутков из сложнолегированных сплавов методом вакуумного всасывания расплава в кварцевые трубы различного диаметра. Это

позволяет, в отличие от выше перечисленных методов, получить прутки диаметром до 1,2 мм без дополнительной механической обработки.

К наплавочным пруткам предъявляются требования по их длине (длина прутков диаметром 4 - 8 мм но ГОСТ 21449-75 составляет 450 мм. а длина Прутков диаметром 1,5-3 мм по ТУ заказчиков от 70 до 150 мм соответственно) и недопустимости несплошности и газо-усадочных раковин в объеме и на поверхности прутка. Для определения возможности достижения этих параметров и отработки технологии литья стеллитовых прутков методом вакуумного всасывания проведено пред в зрительное компьютерное исследование режимов заполнения кварцевых, труб расплавленными стеллитами.

Компьютерное моделирование велось в программах "Flow 3D1' и LlLVM Flow". Изучено влияние толщины стенки труб, внутреннего диаметра труб, разряжения в ресивере, температуры расплава на заполняемое™ трубы расплавом стеллитов и возникновение газовых дефектов за счет фонтанирования металла, а также на образование усадочных дефектов при кристаллизации расплавов в трубах.

Как показали эксперименты, увеличение содержания хрома и вольфрама в сплавах ВЗК, ВЗКр. ЗВ14КБ приводит к снижению заполндемости труб на 15 - 20% по сравнению со сплавами с минимально допустимым содержанием этих элементов. Это связано как с повышением вязкости расплавов, так и с повышением температуры ликвидуса сплавов при увеличении содержания вышеуказанных элементов.

Опыты показали, что тол шин а стенки трубы (в диапазоне 0.5-2,5 мм) не оказывает существенного влияния на высоту подъема расплава стеллита в трубе. Поэтому использовались трубки с толщиной стенки 2,0 - 2,5 мм, т.к. их стойкость к теплосменам

«ааг оказалась в 3-4 раза выше, чем у Tpv6oK с Ж,??'- толщиной стеНКЙ 1-1,5 мм, что очень су-

щественно при многократном использовании труб в производстве. При всасывании

в трубы с внутренним диаметром 4 и 6мм а) б)

Рис. 9. Газовые дефекты (а) и разрыв металла при разряжении больше ДР-0,85 атм.

(б) в прутках ЗВ14КБ лп л „

и ДР=0.70 атм. соответственно, наблюдалось фонтанирование сплава, что приводило к возникновению достаточно крупных газовых дефектов в прутках, а в некоторых случаях и к разрыву металла (рис, 9).

Кроме того, в некоторых случаях наблюдалось колебание уровня сплава, что приводило к возникновению спаев (рис. 10) на поверхности прутков.

• г^ЦХНИвЧЩЖЗ В*.....

Рис. 10. Спаи на поверхности прутка

Заметное влияние на заполняем ость, оказывает температура расплава. Опыты показали, что при высоких температурах расплава образовывается концентрированная усадочная раковина (рис. 11). которая способствует возникновению дефектов в наплавленных слоях. Установлено, что величина усадочной раковины, зависит от температуры заливки, Кроме того, несмотря на использование покровного флюса при высоких температурах возможно насыщение сплава газами, что приводит к возникновению газовых раковин и пор в наплавленном слое. Поэтому изготовление прутков целесообразно производить при температурах расплава равных 1380 - ¡420 °С. Рекомендуемый перепад давления при заливке прутков диаметром 6 мм из сплава ЗВ14КБ составляет - 0,6 атм; а для прутков диаметром 4 мм - 0,7 атм. Прутки ВЗК диаметром 2 мм целесообразно отливать при разряжении 0,85 - 0,95 атм.

На основании проделанных г ... ■■■ экспериментов была разработа- ,, „ ■'

на и создана опытно-промышленная установка для литья наплавочных прутков из стеллитов. В отличие от стандартных установок вакуумного

■ЦИ^^^ ...... .....-

1 , * -,■■ -ЛЯ

• К*-

Рис, 11. Усадочная раковина прутков

всасывания она не содержит трубопровода для транспортировки расплава к полости формы, т.к. кварцевые трубки, являющиеся, по существу, литейной формой, приводятся в контакт непосредственно с расплавом в тигле плавильной печи.

Наряду с химическим составом основной сдат очной характеристикой прутков является их твердость. Твердость прутков из сплава ЗВ14КБ, ВЗКр, ВЗК должна быть не ниже 55НЛС, 48ЬЩ0, 40НКС соответственно. Однако, разработанная технология не позволяет получить равномерную структуру в прутках по всей их длине, а значит и

одннаковую твердость. Действительно, нижняя часть прутка находится в контакте с жидким металлом значительно дольше, чем верхняя. Поэтому скорости кристаллизации верхней и нижней части прутка заметно отличаются, что сказывается

на его структуре (рис.12). Влияние скорости кристаллизации на структуру бо-ЩЯЕм£.. лее заметно на прутках большого диа-MKi^ метра (4-6 мм). На прутках из сплава ХШ-Ы диаметром 1-2 мм, выаускае-¿JjAJy*' мых для наплавки турбинных лопаток б) авиационных двигателей, столь заметно-

Рис, 12. Излом верхней (а) и нижней (б) г0 изменения структуры не наблюдается, части прутка ВЗК диаметром 6мм

хотя всё-таки существуют небольшие различия верхней и нижней частях прутков. Для устранения вышеуказанного дефекта при литье прутков из стеллитов ВЗК, ВЗКр и ЗВ14К& нами было опробовано модифицирование этих сплавов редкоземельными металлами, а так же ниобием и гафнием. Эксперименты показали, что наиболее эффективным модификатором для кобальтовых стеллитов является гафний и ниобий. Действительно, при модифицировании редкоземельными металлами сохранялась значительная разница в структурах верхней и нижней части прутка (особенно на прутках диаметром более 4 мм). Кроме того, использование в качестве модификаторов редкоземельных металлов привело к увеличению неметаллических включений в литых прутках. Использование таких сильных карбидообразующих элементов как гафний и ниобий позволило заметно измельчить структуру сплавов и в большей мере нивелировать разницу в структурах верхней и нижней частях наплавочного прутка. Действие вышеуказанных модификаторов достаточно продолжительно, поскольку практически не обнаружено различие между структурами прутков, отлитых в разное время.

В пяго» главе предстанлены результаты промышленных испытаний деталей машин, наплавленных кобальтовыми стеллитами с уточненными химическими состав-вами.

Опоры н опорные поверхности радиальных и упорных подшипников качения горнорудных долот, наплавленные прутками из сплава JB 14К'К уточненного нами состава и изготовленные по upe;mOjKCиной технологии вакуумного всасывания в квар-

цевые трубки, прошли расширенные испытания на ГОКах с различной крепостью горных пород. Установлено, что использование стеллитов ЗВ14КБ с минимальным содержанием углерода и вольфрама и модифицированных ниобием позволяет значительно повысить износостойкость подшипников качения в долоте. На качканарском ГОКе долота проходят около 300 метров, а на ГОКе ОАО «УралАсбест» - свыше 600 метров.

Наплавочные прутки из сплавов ВЗК и ВЗКр уточненных составов опробованы для наплавки рамных и дисковых пил. Показано, что использование прутков, выплавленных по разработанной технологии, позволило увеличить производительность распила древесины на 4,4 % и повысить стойкость пил в 6 раз.

Разработанная технология литья наплавочных прутков позволила получить прутки из сплава ВЗК диаметром 2 мм для наплавки лопаток авиационных двигателей. Изготовленные по такой технологии прутки прошли успешные испытания на ара-мильском авиаремонтном заводе № 695 и ростовском заводе гражданской авиации № 412.

В заключении работы сформулированы выводы и общие результаты исследования.

1. Проведенный анализ работ, посвященных разработке составов и изучению физико-механических и эксплуатационных свойств кобальтовых стеллитов, показал, что в независимости от условий работы деталей машин их упрочнение проводится всего лишь тремя марками сплавов ВЗК, ВЗКр и ЗВ14КБ. Такой универсализм не позволяет достичь максимальных результатов упрочнения этими сплавами деталей машин. Пределы варьирования легирующих элементов в этих сплавах составляют обычно несколько процентов, что приводит к тому, что один и тот же сплав обладает совершенно различными физико-механическими свойствами. Это так же приводит к нестабильности упрочнения деталей кобальтовыми стеллитами.

2. Изучено влияние химического состава стеллитов ВЗК; ВЗКр; ЗВ14КБ на их физико-химические свойства. Установлено, что углерод и хром снижают поверхностное натяжение кобальтовых стеллитов, а вольфрам и ниобий незначительно его увеличивают.

Исследование смачивания стеллитами ВЗК; ВЗКр; ЗВ14КБ ряда сталей и сплавов: долотных сталей 14ХНЗМА, 15НЗМА, 19ХГНМА; клапанной стали 40Х9С2; стали

Х9В и сплава ЖС6У показало, что краевые углы смачивания возрастают с увеличением процентного содержания легирующих элементов (особенно вольфрама). В зависимости от химического состава краевые углы меняются в пределах от 8° до 51е. Такое различие может сказаться как на адгезионную прочность сцепления наплавленных слоев, так и на режимы наплавки.

3. Изучено влияние химического состава кобальтовых стеллитов ЗВ14КБ, ВЗК и ВЗКр на их износостойкое 1ь при воздействии закрепленного, незакрепленного абразива, а так же в условиях ) дарно-абразивных нагрузок и трения металл по металлу, как при комнатных, так и при повышенных температурах. Установлено, что в зависимости от условий абразивного воздействия на упрочненные детали наиболее рационально использовать стеллиты определенного химического состава. Так, например, в условиях воздействия закрепленного абразива наибольшей износостойкостью обладает сплав ЗВ14КБ, содержащий Сг - 30%, \У - 15%. С - 3%, а в условиях ударно-абразивного воздействия сплав ЗВ14КБ, содержащий Сг - 26%, W - 12%, С - 2,6%. Показано, что введение до 6% ниобия в сплав ЗВ14КБ приводит к образованию в нем мелких карбидов округлой формы, что значительно повышает износостойкость сплава при всех видах абразивного воздействия.

4. Установлено, что с увеличением содержания основных легирующих элементов - вольфрама, углерода и хрома вязкость стеллитов увеличивается. При температурах выше 1520 °С происходит распад карбидов М;С2. М7С-, с последующим образованием новой карбидной фазы М21С6, что приводит к возникновению гистерезиса вязкости Эксперименты свидетельствуют, что после двойного переплава стеллитов гистере-зисный характер температурных зависимостей вязкости практически исчезает, что свидетельствует о гомогенности расплава и стабильности фазового состава. В результате рекомендовано для производства прутков из кобальтовых стеллитов ВЗК, ВЗКр, ЗВ14КБ проводить их двойной переплав, что заметно снижает образование дефектов как в прутках, так и в наплавленном слое и позволяет получать наплавленные слои со стабильными свойствами.

Показано, что в кобальтовых сплавах с повышенным содержанием ниобия гистерезис вязкости не наблюдается, что. по-видимому, связано с образованием в расплавах устойчивой карбидной фазы МЬС Однако и такие стеллиты требуют при их производстве двойного переплава для глубокой дегазации.

5. Изучено влияние температуры (в диапазоне 1300-1600 °С) и перепада давления (в интервале 0,2-0,95 атм.) на заполняемость кварцевых трубок различного диаметра (1,4 - 6 мм) расплавом. Найдены необходимые режимы заполнения форм кобальтовыми стеллитами, позволяющие получить наплавочные прутки необходимой геометрии и не имеющие литых дефектов (усадочной раковины, газовой пористости, несла-ев и т.д.). Показано, что модифицирование и легирование стеллитов ниобием в количестве от 1% до б % позволяет получить по всей длине литых наплавочных прутков относительно равномерную мелкозернистую структуру.

6. Создана установка и отработаны режимы для производства литых наплавочных прутков из кобальтовых стеллитов, позволяющая получить прутки диаметром от 1,4 до 8 мм, не требующих дополнительной механической обработки.

7. Опоры и опорные поверхности радиальных и упорных подшипников качения горнорудных долот, наплавленные пруткам» из сплава ЗВ14КБ, с уточненным химическим составом и изготовленные по предложенной технолоши вакуумного всасывания в кварцевые трубы, пропит расширенные испытания на ГОКах с различной крепостью горных пород. Установлено, что использование стеллитов ЗВ14КБ с минимальным содержанием углерода и вольфрама и модифицированных ниобием позволяет повысить износостойкость подшипников качения в долоте на 11%.

Наплавка опорных поверхностей подшипника долот литыми прутками уточненного химического состава внедрена на ОАО «Уралбурмаш».

8. Наплавочные прутки из сплавов ВЗК и ВЗКр уточненных составов опробованы для наплавки рамных и дисковых пил. Показано, что использование прутков, изготовленных по разработанной технологии, позволило увеличить производительность распила древесины на 4,4 % и повысить стойкость пил в 6 раз.

9. Разработанная технология литья наплавочных прутков позволила получить прутки из сплава ВЗК диаметром 2 мм для нашивки лопаток авиационных двигателей, Изготовленные по такой технологии прутки прошли успешные испытания на арамильском авиаремонтном заводе № 695, а технология их изготовления внедрена на предприятии ООО «Литейное производство УБМ».

£

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Р.К, Мысик, И.Е. Фурман Некоторые особенности выплавки кобальтовых стел литов / Литейщик России №1, 2005, С. 39-40.

2. Р.К. Мысик, И.Е. Фурман Поверхностное натяжение стеллитов на основе КС бальта /1134 Научные труды VII отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВШ УГТУ-УПИ: сборник статей. В 3 ч. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005, Ч.' С.267

3. Е.Л. Фурман, С-П. Казанцев, Р.К. Мысик, И.Е. Фурман Лтые прутки из кс бальтовых твердых сплавов / Труды \'П-го съезда литейщиков России. Новосибирс 23-27 мая. 2005. Т1.С. 365-369

4. Е.Л. Фурман, Д.В. Па гну ев, И.Е. Фурман Влияние химического состава кобал! тового сплава ЗВ14КБ на его износостойкость / Литейщик России №9, 2005, С. 28 -31

5. Р.К. Мысик, И.Е. Фурман Особенности производства ЛИТЫХ наплавочных прут ков из сл ож ¡гол егир о ванных кобальтовых сплавов / Труды XII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника технологии СТТ 2006». Томск 27-31 марта. 2006 г.

Екатеринбург Тираж 100 экз.

Ризография Заказ № 20

Рнзография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, Мира, 19

Подписано в печать

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса.

Глава 2. Физико-химические свойства кобальтовых стеллитов.

2.1 Поверхностное натяжение расплавов на основе кобальта.

2.2 Смачивание стали кобальтовыми стеллитами.

Выводы.

Глава 3. Износостойкость кобальтовых стеллитов.

3.1 Влияние химического состава на износостойкость кобальтовых стеллитов.

3.1.1 Износ по закрепленному абразиву.

3.1.2 Износ по незакрепленному абразиву.

3.1.3 Газо-абразивный износ.

3.1.4 Газо-абразивный износ при повышенных температурах.

3.1.5 Износ металла по металлу.

3.2 Изучение эксплуатационных свойств кобальтовых стеллитов для упрочнения опор шарошечных долот.

Выводы.

Глава 4. Технология изготовления литых наплавочных прутков из кобальтовых стеллитов.

4.1 Технология приготовления расплава.

4.2 Вязкость кобальтовых стеллитов.

4.3 Разработка технологии литья наплавочных прутков из стеллитов.

4.4 Влияние технологических параметров на заполняемость литейных форм кобальтовыми стеллитами.

4.5 Установка для вакуумного всасывания наплавочных прутков из стеллитов.

4.6 Влияние некоторых технологических параметров на структуру литых прутков.

Выводы.

Глава 5. Промышленные испытания деталей машин, наплавленные кобальтовыми стеллитами.

5.1 Промышленные испытания буровых долот.

5.2 Промышленные испытания пил со стеллитовой наплавкой.

5.3 Производственные испытания лопаток авиационных двигателей наплавленных стеллитом.

5.4 Опробование технологии вакуумного всасывания для получения литых прутков из жаропрочных никель-кобальтовых сплавов.

Выводы.

Актуальность работы

Одной из важнейших задач машиностроения является снижение материалоемкости продукции, повышение срока службы и технического уровня выпускаемых машин, их надежности, удлинения межремонтных периодов. В большинстве случаев выход из строя деталей машин обусловлен локальным изнашиванием рабочих поверхностей в местах интенсивного взаимодействия с рабочей средой или сопряженной деталью. При этом изменение первоначальных размеров деталей в большей степени зависит от поверхностной прочности, которая является не менее важной характеристикой, чем объемная. Высокая поверхностная прочность при условии эксплуатации деталей часто должна сочетаться с пластичностью сердцевинных областей. Обеспечить такой комплекс свойств, используя для изготовления только один сплав, не всегда удается, а в некоторых случаях это становится экономически не обоснованным. Существует целый ряд способов повышения износостойкости деталей: химико-термический, поверхностное легирование, наплавка и напыление специальных сплавов на поверхность деталей, армирование их и т.д.

Поверхности деталей машин, работающих при повышенных температурах и в агрессивных средах, наплавляют специальными высоколегированными сплавами, содержащими обычно до 30% легирующих элементов. Этот способ оправдал себя при изготовлении многих деталей машин, например, пил, ножей для резки горячего металла, седел вентилей, клапанов двигателей, подшипников шарошечных долот. Для упрочнения деталей, работающих в условиях значительного нагружения и высоких температур, используют наплавку высоколегированными кобальтовыми сплавами -стеллитами.

В России разработкой стеллитов на основе кобальта практически не занимались. ГОСТ 21449-75 содержит всего две марки стеллита ВЗК и ВЗКр, которые используются в деревообрабатывающей промышленности, для упрочнения зубьев дисковых, рамных и тарных пил и ножей рубанков, в автомобильной промышленности для наплавки клапанов и седел двигателей, а также в нефтегазовой промышленности для упрочнения клапанов задвижек высокого давления. Такой универсализм не позволяет достичь максимальных результатов упрочнения на всех этих деталях. Пределы варьирования содержания легирующих элементов в этих сплавах очень велики и составляют обычно несколько процентов, что приводит к тому, что один и тот же сплав обладает совершенно различными физико-механическими свойствами. Это так же приводит к ограничению использования этих сплавов в промышленности.

Кроме того, изготовление наплавочных прутков из стеллитов производится методом литья в песчано-глинистые формы, и не позволяет получать их с качественной поверхностью без пригара и шероховатости. Прутки, изготавливаемые по такой технологии, требуют дополнительной механической обработки, что приводит к значительным потерям таких дорогостоящих материалов как кобальт и вольфрам. Кроме того, применяемая технология не позволяет получать прутки диаметром меньше 4 мм, что во многом сдерживает их применение в авиационной промышленности, и требует ее совершенствования.

Цель работы

Изучение влияния содержания легирующих элементов кобальтовых стеллитов и технологических параметров литья прутков с целью повышения износостойкости деталей за счет регламентации химического состава сплава и совершенствования технологии изготовления прутков.

Основное внимание было уделено решению следующих задач: изучению влияния основных легирующих элементов на смачивание стеллитами различных марок сталей и сплавов, из которых изготавливаются изделия, подвергаемые упрочнению стеллитами; исследованию влияние химического состава стеллитов ВЗК, ВЗКр, ЗВ14КБ на эксплуатационные свойства изделий; разработке технологических параметров литья прутков диаметром от 2 до 8 мм из вышеуказанных сплавов, обеспечивающих получение качественных готовых изделий.

Научная новизна работы

1. Установлено, что углерод и хром снижают поверхностное натяжение кобальтовых стеллитов, а вольфрам и ниобий незначительно его увеличивают, краевые углы смачивания стеллитами долотных сталей 14ХНЗМА, 15НЗМА, 19ХГНМА; клапанной стали 40Х9С2; стали Х9В и сплава ЖС6У меняются в пределах 8° - 51°, что существенным образом влияет как на адгезионную прочность сцепления наплавленных слоев, так и на режимы наплавки.

2. Уточнены пределы легирования стеллитов ВЗК, ВЗКр, ЗВ14КБ углеродом, вольфрамом и хромом, позволяющие повысить износостойкость сплавов при работе в различных агрессивных средах.

3. Установлены закономерности формирования равномерной карбидной структуры кобальтовых стеллитов в зависимости от термовременных параметров их выплавки и обработки.

4. Установлены и обоснованы режимы литья кобальтовых стеллитов в кварцевые трубы методом вакуумного всасывания, обеспечивающие получение литых наплавочных прутков без внутренних и поверхностных дефектов.

Практическая значимость работы

Разработана технология получения прутков из кобальтовых стеллитов ВЗК, ВЗКр, ЗВ14КБ диаметром от 2 до 8 мм, обеспечивающая получение готовой продукции, соответствующей требованиям нормативной документации. Прутки из вышеуказанных сплавов прошли промышленные испытания на ОАО «Уралбурмаш», ОАО «Пермский моторный завод», ФГУП ММПП «Салют», ОАО «Арамильский авиаремонтный завод № 695», ОАО «Ростовский завод гражданской авиации № 412», ООО «Ремжилстрой-КСЗ». На предприятии ОАО «Уралбурмаш» была внедрена технология изготовления прутков диаметром 4 и 6 мм с уточненными пределами содержания легирующих элементов в сплаве ЗВ14КБ.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях, съездах и семинарах: Second International Conference on Mathematical Modeling & Computer Simulation of Metal (Ariel, Israel, 2002); на VI съезде литейщиков России (Екатеринбург, 2003); на VII отчетной конференции молодых ученых (Екатеринбург, 2005); на VII съезде литейщиков России (Новосибирск, 2005); на XII международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых (Томск, 2006).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Благодаря своим уникальным свойствам кобальтовые сплавы, несмотря на высокую стоимость кобальта, нашли достаточно широкое применение в современном машиностроении. В большинстве случаев кобальтовые сплавы используют в качестве жаропрочных сплавов, коррозионно-стойких сплавов, работающих, в том числе, при высоких температурах и износостойких сплавов, работающих в агрессивных средах и повышенных температурах.

Жаропрочные кобальтовые сплавы обычно подразделяют на следующие группы: деформируемые кобальтохромоникелевые сплавы или кобальто-хромоникельжелезные сплавы [1]; литые кобальтохромистые и кобальтохромоникелевые жаропрочные сплавы с присадками различных элементов [2]; литые кобальтохромистые сплавы типа стеллита [3]; псевдосплавы на основе карбидов вольфрама, титана и тантала с кобальтовой связкой [4].

В качестве жаропрочных сплавов кобальтовые сплавы Co-Cr-W и Со-Cr-Мо впервые стали применять в 40-е годы XX века для изготовления турбонагнетателей и газовых турбин, а так же рабочих и направляющих лопаток реактивного двигателя. Использование кобальтовых сплавов было обусловлено тем, что, во-первых, кобальтовые сплавы характеризуются более высокими температурами плавления по сравнению с аналогичными никелевыми сплавами, и, соответственно, более пологими кривыми длительной прочности [5]. Это обеспечивает их высокую работоспособность при более высоких температурах, чем у сплавов на основе никеля и железа. Во-вторых, вследствие более высокого содержания хрома, кобальтовые сплавы превосходят другие сплавы по стойкости против горячей коррозии в загрязненных газовых средах ГТД. Наконец, кобальтовые сплавы превосходят никелевые по сопротивлению термической усталости и по свариваемости.

Наиболее широкое распространение при изготовлении литых лопаток газовых турбин турбокомпрессоров получил кобальтохромомолибденовый сплав HS-21, разработанный в США и известный под названием виталли-ум[6]. Позднее были разработаны его модификации литейных сплавов HS-25, HS-31, Х-10, Х-63 [7] и деформируемых жаропрочных сплавов S-816 и S-590[8], имеющие высокие жаропрочные свойства при температурах до 800°С. Эти сплавы были использованы для литья лопаток газовых турбин в ряде реактивных двигателей [9].

Рабочие лопатки турбокомпрессоров и сопловые лопатки реактивных двигателей в эксплуатации обеспечивали вполне надежную работу при температурах порядка 800-900°С. Влияние легирующих элементов и условий изготовления литых деталей из сплавов типа Хайнес 21 и др. подробно описаны в работах [9-11,12,13].

Характерная особенность указанных сплавов заключается в том, что они при умеренных температурах имеют сравнительно невысокие характеристики жаропрочности, которые с повышением температуры до 900°С мало изменяются и вследствие этого становятся достаточно высокими по сравнению с характеристиками других жаропрочных сплавов. При 800°С эти сплавы обеспечивают сточасовую длительную прочность при напряжении 150-200 МПа, при 87 ГС - 110-160 МПа, а при 980°С - 60-80 МПа [1].

Химический состав литейных жаропрочных кобальтовых сплавов практически совпадает с химическим составом нержавеющих сталей. Роль легирующих элементов, присутствующих в наибольших и наименьших концентрациях, по существу, идентична для всех сплавов этой аустенитной системы. Основными легирующими элементами являются: хром, углерод и ряд тугоплавких металлов.

Хром вводят в количестве 20-30 вес.% [14], чтобы придать сплаву необходимое сопротивление окислению и горячей коррозии. Хром в кобальтовых сплавах образует целую серию карбидов с различным соотношением Сг/С, которые способствуют твердорастворному упрочнению этих сплавов карбидными выделениями, образующимися по реакции старения. При более высоком содержании хрома в сплавах образуется стабильная а-фаза, поэтому повышение содержания хрома приводит к охрупчиванию сплавов, чего необходимо избегать [15].

Углерод играет значительную роль в литейных сплавах, разработанных в расчете на самую высокую длительную прочность, поскольку карбидное упрочнение - основной механизм, реализуемый в Со сплавах при обработке старением. Известно [16], что с изменением содержания углерода в диапазоне 0,3-0,6 вес.% происходит нелинейный рост прочности. Для поддержания характеристик прочности при растяжении, длительной прочности и пластичности, управление действием углерода имеет критическое значение. В отличие от прочности пластичность снижается с ростом содержания углерода в этом диапазоне концентраций. Считается, что пластичность может заметно снизиться в результате образования вторичных карбидных выделений во время эксплуатации при 650 --927°С [17]. В большинстве низкоуглеродистых литейных сплавах (содержание С<0,15 вес.%) важным вкладом углерода является сдерживание роста зерен при термической обработке и в процессе эксплуатации.

Тугоплавкие элементы молибден и вольфрам используют, главным образом, для твердорастворного упрочнения деформируемых и литейных кобальтовых сплавов. Элементы с меньшей растворимостью, такие как Та, Nb, Zr и Hf, обычно эффективнее в качестве карбидообразователей. Типичное содержание вольфрама составляет 10-12 вес.% в литейных сплавах и 14-16 вес.% в деформируемых сплавах [18].

В то время, как большинство современных кобальтовых сплавов в качестве основного элемента для твердорастворного упрочнения содержат вольфрам, в наклепываемые сплавы с этой целью вводят молибден в количестве до 10 вес.% [19]. Было показано [20], что у литейных сплавов замена вольфрама на эквивалентные по атомной концентрации добавки молибдена повышает характеристики пластичности при кратковременном растяжении и испытании на длительную прочность (то и другое при повышенных температурах) без уменьшения прочности. Кроме того, происходит снижение плотности сплавов при незначительном изменении коэффициента термического расширения и микроструктуры. Добавки молибдена вызывают небольшое снижение температур ликвидус и солидус с расширением полного интервала кристаллизации, что приводит к некоторому изменению в морфологии карбидных выделений и образованию дополнительного количества эвтектического карбида.

Подобно вольфраму, рений активно растворяется в матрице, повышая температуры ликвидус и солидус. Добавка 2% Re и 3% Сг к сплавам системы Co-W приводила к дополнительному росту прочности, однако из-за высокой цены на сплав такое легирование не всегда экономически обосновано [21].

Чтобы повысить стабильность высокотемпературной аустенитной структуры (г.ц.к.) кобальтовой матрицы и подавить её превращение в структуру с г.п.у. решеткой при низких температурах, используют добавку 9-11 вес.% Ni и Fe [22,23]. Присутствие этих элементов в литейных сплавах снижает сопротивление деформации и повышает их обрабатываемость. Дальнейшее увеличение содержания никеля и железа приводит к достаточно резкому снижению длительной прочности.

Введение 4-6 вес.% алюминия способствует повышению сопротивления к окислению и горячей коррозии сплавов, однако, при этом снижается их длительная прочность [24].

Введение азота в состав некоторых литейных сплавов (как преднамеренное, так и неизбежное) также, подобно углероду, оказывает положительное, хотя и не очень существенное, упрочняющее влияние посредством образования нитридов или карбонитридов. Эти соединения менее устойчивы, чем карбиды, и в процессе эксплуатации вступают в реакции, ведущие к их вырождению и распаду, что приводит к нестабильности свойств сплава в процессе эксплуатации детали [25].

Бор вводят в литейные сплавы, чтобы повысить длительную прочность и пластичность, однако подлинная роль бора в микроструктуре обычно заслонена карбидными выделениями. Обычно бор добавляют в количестве 0,015 вес.%, однако, в некоторых случаях для повышения прочности его вводили и до 0,1 вес.% [26].

Значительного улучшения стойкости кобальтовых сплавов против окисления достигли путем введения добавок редкоземельных элементов, Y и La. Введение 0,08-0,15 вес.% этих элементов повышало прочность связи v окалины с основой и снижало скорость окисления, особенно в условиях термоциклирования; наиболее эффективными эти добавки оказались в стабилизации соединения Сг20з и сведения к минимуму образования С0СГ2О4 и соединении СоО [27,36].

Подобно своим аналогам на никелевой и железной основах, жаропрочные кобальтовые сплавы представляют собой сложный химический и кристаллографический комплекс. Он состоит из аустенитной матрицы и разнообразных фазовых выделений, таких как карбидные и интерметаллид-ные соединения, относящиеся к геометрически плотноупакованным (г.п.у.) и топологически плотноупакованными (т.п.у.) структурам (электронного или «размерного» типа)[28]. При температурах эксплуатации кобальтовые сплавы не являются подлинно равновесной системой, поскольку претерпевают воздействие, окружающей поверхность сплава, атмосферы, напряжений, температуры, времени. Диффузионный обмен элементами между фазами, вдоль границ зерен, между поверхностью и внутренними объемами сплава создает благоприятные условия для разнообразных твердофазных реакций, постоянно меняющих концентрационные соотношения и оказывающих сильное влияние на фазовую стабильность [5].

Современные кобальтовые сплавы упрочняют, главным образом, с помощью некогерентных карбидных частиц, образующихся по реакции старения и обладающих кубической структурой. Следовательно, содержание углерода (вес.%) в этих сплавах существенно выше, чем в сплавах на основе Ni или на основе Fe (0,1 - 0,6 вес. %) [29].

Выделение карбидных фаз в кобальтовых сплавах - до сих пор недостаточно изученное явление. Это объясняется относительно низкой стабильностью ряда карбидов при повышенных температурах, многостадий-ностыо процесса их образования, а так же сложностью их химического состава.

Комплексные карбиды типа М3С2, М7С3 и М2зСб, образующиеся в этих сплавах, как правило, являются карбидами хрома, в которых последний частично замещен кобальтом, вольфрамом или молибденом. Степень замещения можно выразить через соотношение между хромом и углеродом, как это схематически представлено на рис.1. Здесь М3С2 имеет орторомби-ческую решетку и вступает в перетектическую реакцию с хромом. Соединение М7С3 обладает тригональной структурой и образуется при низком соотношении содержаний Сг и С. В ряде кобальтовых сплавах это соединение метастабильно и в процессе старения превращается в М2зСб, однако, в процессе гомогенизирующей термической обработки его можно перевести в твердый раствор. Упрочнение вторичными карбидными выделениями наступает в результате распада М7С3, приводящему к образованию:

23 Cr,C3 = 7 Cr23C6 + 27C; 6C + 23Cr = Cr23C6.

7 б 5

J f 0

Рис. 1. Влияние легирующих элементов на тип карбидов, образующихся в кобальтовых стеллитах

ПС —

МгзСб МзСе МпСб

I М?Сз MiCi

1 М£г 1 1 мс

Со + М + Сг + Сг + Mo, + Zr.Ti Fe низкое высокое W СЬ, Та Сг/С Сг/С

Согласно микроренгеноспектральному анализу, типичный атомный состав М2зСб может быть выражен, как Cr17Co4W2C6; следовательно, значительное место в карбиде замещено кобальтом. В сплавах, предназначенных для литья по выплавляемым моделям, в процессе затвердевания могут образовываться первичные выделения М2зСб. У большинства промышленных сплавов это соединение представляет собой фазу, которая кристаллизуется последней. Поэтому она, главным образом, находится в виде междендритных выделений во вторичных дендритных ветвях. Это придает микроструктуре эвтектический вид, она состоит из последовательно чередующихся слоев М2зСб и у-матрицы. Морфологические особенности этой структуры могут изменяться в зависимости от химического состава сплавало].

Основную роль, упрочнение сплава, карбид МгзС6 играет в том случае, если присутствует в виде распределенных в матрице мелкодисперсных вторичных выделений. Реакция их образования идет наиболее активно в интервале температур 704-841 °С. В работе [5] отмечено, что эти тонкие выделения образуются преимущественно вдоль дефектов упаковки и границ двойников, особенно при более низких температурах. Неблагоприятным следствием образования выделений М2зС6 может быть ухудшение низкотемпературной пластичности, это особенно относится к литейным сплавам, содержащим более 0,5 вес.% углерода.

Карбиды М6С и МС, обогащенные тугоплавкими элементами, также используются для упрочнения кобальтовых сплавов. Как и в системах на основе никеля, соединение М6С присутствует, главным образом, в сплавах с пониженным содержанием Сг и содержанием Мо или W 4-6 ат.% и выше. Обычно выделения М6С обладают превосходной тепловой стабильностью, которая может в сильной степени зависеть от химического состава сплава [31]. Соединение МбС может быть и продуктом распада МС по реакции:

МС + аустенит-» М6С.

Присутствие карбидов МС принято считать главным фактором упрочнения кобальтовых сплавов, особенно когда эти соединения существуют в должной пропорции с выделениями М2зСб- Как известно[18], наиболее сильными карбидообразователями являются Hf, Zr, Та, Nb и Ti. В литейных сплавах выделение МС обычно образуется в виде отдельно расположенных компактных частиц правильной геометрической формы (алмазные пирамиды, кубы). В ряде исследований установлено [32], что наиболее устойчивые карбиды типа МС образуются в расплаве в качестве первой твердой фазы; следовательно, в основном, они концентрируются в дендри-тах.

При длительной эксплуатации сплавов сложные карбиды типа МС могут разлагаться до более низших карбидов. При высоком содержании хрома в карбиде преобладающей реакцией разложения будет переход карбидов МС в М2зСб- Следовательно, эффект «вторичного карбидного упрочнения» связан с присутствием выделений МС в дендритах, являющихся источником образования значительных количеств карбида М2зС6 [33].

Таким образом, механизмы упрочнения, которые реализуются в жаропрочных кобальтовых сплавах, основаны на соразмеренном соотношении вклада тугоплавких легирующих элементов в твердорастворное и в карбидное упрочнение. И тот, и другой вид упрочнения необходим для обеспечения высокотемпературной длительной и усталостной прочности. Карбидные выделения в сильной степени подавляют зернограничное проскальзывание и рост зерен, а так же снижают дислокационную подвижность. В интервале 538° - 816°С вдоль дефектов упаковки и в зоне их взаимного пересечения происходит активное образование мелкодисперсных вторичных выделений М2зСб, оказывающих сильное влияние на прочность и пластичность. При высоких температурах (Г > 982°С) роль твердорас-творного упрочнения при участии тугоплавких легирующих элементов возрастает, в то время как упрочняющее влияние внутризеренных карбидных выделений снижается в результате их срастания [5].

Влияние углерода на прочность и пластичность сплавов при его содержании более 0,3 вес.% носит нелинейный характер. В температурном интервале от 20°С до 760°С пластическое удлинение обратно пропорционально содержанию углерода, а длительная прочность достигает эффективного максимума при содержании углерода 0,5-0,6 вес.%. При температуре выше 760°С длительная прочность практически не зависит от содержания углерода. Когда содержание углерода превышает 0,6 вес.%, количество карбидных выделений существенно возрастает, но морфологические особенности частиц первичных карбидных выделений и эвтектических островков, по большей части, не оказывают существенного влияния на степень упрочнения. Пластичность же уменьшается до весьма низкого уровня, поскольку облегчено зарождение трещин и укорочен их путь от одной карбидной частицы до другой.

Несмотря на присутствие в жаропрочных кобальтовых сплавах карбидных включений, эти сплавы обладают невысокой износостойкостью, особенно в абразивных средах. Поэтому их используют исключительно в качестве конструкционных материалов, работающих в условиях высоких температур. Если детали работают не только в условиях повышенных температур, но и в условиях абразивного воздействия, то обычно применяют твердые псевдосплавы или так называемые стеллиты [5,14,34].

Особой стойкостью к абразивному износу отличаются псевдосплавы на основе карбидов вольфрама, титана и тантала с кобальтовой связкой [4]. Максимальная твердость по HRC достигает 87-92 единиц; состав карбидных материалов (в %) показан в табл.1 [35]:

Таблица 1

Состав карбидных материалов

Марка материала WC TiC ТаС Со

1 2 3 4 5

ВК-З 97 — — 3

ВК-6 94 — — 6

ВК-8 92 — — 8

ВК-10 90 — — 10

Продолжение таблицы 1

ВК-11 89 — — 11

ВК-15 85 — — 15

ВК-20 80 — — 20

Т30-К4 66 30 — 4

Т15-К6 79 15 — 6

Т5-К12 83 5 — 12

ТТ7-К12 81 4 3 12

ТТ10-К8 82 3 7 8

Псевдосплавы систем WC-Co, WC-TiC и WC-TiC-TaC-Co выпускаются серийно. Их готовят прессованием, спеканием и частично сплавлением соответствующих порошков; они сохраняют высокую твердость и режущие свойства при повышенных температурах. Однако твердые сплавы не обладают столь высокой жаропрочностью как кобальтовые и никелевые сплавы и обычно используются при температурах не выше 500-550°С из-за интенсивного окисления тугоплавких металлов, являющихся основной составляющей вышеуказанных сплавов. Разрабатываемые защитные покрытия, к сожалению, не обладают столь же высокой как и сами сплавы износостойкостью, и не дают существенного эффекта по жаропрочности, особенно при работе вышеуказанных сплавах в абразивных средах.

При работе при более высоких температурах, абразивном изнашивании и в условиях трения обычно используют детали из стеллитов или детали, наплавленные стеллитами [1,5,37,38].

Стеллитами называют сплавы на основе элементов VIII группы периодической таблицы, обладающих высокой жаропрочностью, износостойкостыо и коррозионной стойкостью. Их используют для упрочнения деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок при высоких температурах и в агрессивных средах [5].

Различают три основных класса стеллитов в соответствии с их основой: никелевые, кобальтовые и железные (псевдостеллиты). Кроме того, выделяют важную подгруппу материалов, содержащих в значительных количествах и никель, и железо - так называемые железо-никелевые стеллиты. Составы и свойства наиболее распространенных стеллитов представлены в табл. 2, 3.

Сплавы этого типа выпускают в виде литых прутков длиной 350 -400 мм и диаметром 3 - 8 мм и применяют, главным образом, для наплавки рабочих поверхностей быстроизнашивающихся деталей, штампов и др.

Таблица 2

Химический состав типа стеллитов, вес %

Сплав W Сг Со Fe Si Ni С

Стеллит взк 4-5 28-32 Осн. До 2 2,0-2,7 До 2 1,0-1,5

Стеллит ВЗКр 7-11 28-32 Осн. До 2 U-1,5 До 2 1,5-1,8

Стеллит ЗВ14КБ 12-15 26-30 Осн. До 2 0,5-1,0 До 2 2,6-3,0

Сормайт №1 — 25-31 — 54-65 2,8-4,2 3-5 2,5-3,3

Сормайт №2 — 18-27 — 74-81 1,5-2,2 U-2,2 1,5-2,0

Никелевый — 25-30 — До 2 1,5-2,0 Ост. 1,0-1,8 стеллит

Таблица 3

Некоторые свойства сплавов типа стеллитов (отливка в чугунную изложницу охлаждение на воздухе)

Свойства Стеллит ВЗКр Стеллит взк Стеллит ЗВ14КБ Сормайт №1 Сормайт №2

Температура плавления, °С 1260 1275 1247 1275 1300

Твердость, HRC 45-47 40-42 55-61 49-54 40-45

Предел прочности при растяжении, МПа-10'2 5,0-5,7 6,0 - 7,0 4,2-4,6 3,5 —

Модуль упругости МПа-10"3 18 20 16 21 19

Удельный вес 8,5 ВЛ 8,7 7,4 7,6

Коэффициент линейного расширения 20-500° ос-КГ6 9-10 10-11 8-10 8-11 10-12

За рубежом, в частности, в США, стеллиты выпускают также в виде различных литых изделий для оснащения режущего инструмента, зеркал рефлекторов и т.д.

Для кобальтовых стеллитов характерна высокая коррозионная стойкость против влияния атмосферы, морской воды, ряда кислот и щелочей. Стеллитопо-добные сплавы (сормайты) и никелевые стеллиты обладают меньшей коррозионной стойкостью [5,39].

Стеллиты и стеллитоподобные сплавы могут работать длительное время при температуре 800° С и выше и противостоять окислению. В силу этого, они, в частности, нашли применение для упрочнения и восстановления лопаток авиационных двигателей.

Срок службы деталей, наплавленных стеллитами и стеллитоподобными сплавами, увеличивается в среднем в 2 - 4 раза, а в отдельных случаях и больше.

Сплавы этого типа хорошо поддаются механической обработке шлифовкой, давая при этом ровную, гладкую поверхность. Эти сплавы находят применение для наплавки таких деталей, от которых требуется ровная, точная поверхность, например, штампов (вытяжные матрицы, гибочные пуансоны, штампы для цоколей и др.), арматуры (высокого давления, шестерни и др.).

Химический состав стеллитов включает в себя ряд основных компонентов (углерод, хром, вольфрам, кремний, молибден), содержание которых необходимо тщательно контролировать. Содержание «блуждающих» элементов - фосфора, серы, кислорода и азота - также необходимо регулировать, обращаясь к соответствующей практике выплавки. Содержание малых примесей - селена, титана, теллура, свинца и висмута - должно быть минимальным [5].

По соответствию величины атомного диаметра легирующих элементов к атомному диаметру кобальта легирующие элементы можно разбить на три класса. К первому классу относятся никель, железо, хром, молибден и вольфрам, которые практически совпадают по атомному диаметру и образуют с никелем аустенитную у-матрицу с решеткой г.ц.к. Ко второму классу отнесены алюминий, титан, ниобий, тантал и гафний, образующие у-фазу и переходят в ее состав. К третьему классу относятся бор, углерод, и цирконий, наиболее отличающиеся по атомному диаметру от кобальта и стремящиеся расположиться по границам зерен [5].

Также можно выделить два подкласса легирующих элементов: карби-дообразующие и образующие оксиды. К карбидообразующим элементам относятся хром, молибден, вольфрам, ниобий, гафний, тантал и титан. К элементам, образующим оксиды, относятся алюминий и хром. Они прочно связаны с основой, диффузионно плотны и защищают сплав от воздействия среды [40].

У стеллитов при высоких температурах наблюдаются химически динамичные структуры. Присутствующие в них фазы вступают в различные сложные реакции друг с другом.

В кобальтовых стеллитах присутствуют следующие фазы.

Матрица - аустенитная у-фаза с решеткой г.ц.к., придающая сплаву длительную прочность, достигающую 100000 часов [41]. Такая длительная прочность объясняется рядом факторов. Прежде всего, это возможность легировать кобальт в широких пределах без нарушения фазовой стабильности (третья электронная оболочка кобальта почти заполнена). Далее, склонность стеллитов к образованию поверхностных оксидных слоев Сг20з и AI2O3, придающих сплаву стойкость против взаимодействия с окружающей средой [42,45]. у'-фаза - соединение A3D с решеткой г.ц.к. и ее разновидностей. Место А занимают относительно электроотрицательные элементы (никель, кобальт и железо), место D - менее электроотрицательные элементы (алюминий, титан, тантал или гафний). Особенностью у'-фазы является то, что с ростом температуры увеличивается ее прочность, а высокая пластичность не дает ей стать источником разрушения [41].

Карбиды и карбидные выделения играют основную роль в фазовом составе сплавов, поскольку карбидное упрочнение - основной механизм упрочнения, реализуемый в кобальтовых сплавах, и решающее значение здесь имеет содержание углерода, поскольку входящий в состав стеллитов углерод почти целиком расходуется на образование карбидов. С незначительным ростом углерода происходит нелинейный рост прочности. Кроме того, карбиды способны влиять на пластичность и химическую стабильность матрицы [43].

Карбиды хрома, а также карбиды тугоплавких металлов, образующихся в кобальтовых стеллитах, имеют очень большую твердость, которая и определяет повышенную износостойкость этих сплавов.

Для кобальтовых стеллитов характерны карбидные выделения типа МС, М2зСб и М6С [5,43,44]. Выделения МС обычно принимают вид грубых неправильных кубов или иероглифов. М2зСб проявляет заметную склонность к выделению по границам зерен. Обычно это выделения неправильной формы, хотя иногда наблюдаются и геометрически правильные пластины [5]. Карбиды типа М6С также могут образовываться по границам зерен в виде выделений округлой формы. Реже возникает внутризеренная видманштедтова структура этих карбидов [44].

Обычно выделения типа МС образуются в стеллитах в процессе их затвердевания. Они появляются в виде дискретных частиц, неравномерно распределенных в сплаве и по границам, и в теле зерен; нередко они присутствуют на границах дендритов. Ориентационное соответствие этих выделений в матрице очень слабое или отсутствует вообще.

Эти первичные карбиды обладают очень прочной структурой г.ц.к., в отсутствии примесей они самые устойчивые соединения. Карбиды типа МС возникают в результате соединения углерода с тугоплавкими металлами, активно вступающими в реакцию. Примерами таких соединений являются: WC, МоС, TiC[41].

В стеллитах со средним и высоким содержанием хрома карбидные выделения М2зСб присутствуют в изобилии. Они появляются в процессе низкотемпературной термической обработки и эксплуатации, т.е. в интервале температур от 760° до 980°С, как в результате разложения выделений МС, так и при реакции с углеродом, всё еще растворенным в матрице. Обычно выделения МгзСб образуются по границам зерен, но в отдельных случаях их можно наблюдать вдоль двойниковых линий и «торцов» (так называемая «структура застежки-молнии»). Карбиды типа М2зСб имеют сложную кубическую структуру [43,44].

Существенное влияние на свойства кобальтовых стеллитов оказывают карбиды М2зСб- Их расположение на границах зерен имеет критическое значение в том смысле, что обеспечивает подавление зернограничного проскальзывания и, таким образом, благоприятно влияет на длительную прочность сплава. В конечном счете разрушение может произойти либо путем разрушения этих самих зернограничных частиц М23Сб, либо путем декогезии по поверхности их раздела с соседними фазами [43].

Карбиды типа М6С также обладают сложной кубической структурой; в сравнении с карбидами М2зСб температура их образования чуть выше 815-980°С. Они подобны карбидам М23Сб, но образуются, когда содержание Мо или W в сплаве высокое - 6-8 ат.% [44].

Таким образом, карбиды М6С образуются в тех случаях, когда Мо и W способны заменить Сг в карбидах другого типа, в отличие от более жесткой стехиометрии М23Сб соотношение компонентов в карбидах типа М6С может меняться в широких пределах. Поскольку при высоких температурах карбиды типа М6С более стойкие, чем карбиды М23Сб, они полезнее в качестве зернограничных выделений, предназначенных для управления размером зерна [44].

Фазы т.п.у. - пластинчатые выделения фаз ст, ц и Лавеса, которые могут образоваться при некоторых условиях. Выделение этих фаз крайне нежелательно, т.к. это приводит к снижению прочности и пластичности^ 1,46].

В России разработкой стеллитов на основе кобальта практически не занимались. ГОСТ 21449-75 [47] содержит всего две марки стеллита ВЗК и ВЗКр, которые используются и в деревообрабатывающей промышленности, и для упрочнения зубьев дисковых пил и ножей рубанков, и в автомобильной промышленности для наплавки клапанов и седел двигателей, и в нефтегазовой промышленности для упрочнения клапанов задвижек высокого давления [1,31,48]. При производстве шарошечных долот используют сплавы ЗВ14КБ и ЗВ16К [49], являющиеся аналогами марок Stellite 1 и Stellite 190 соответственно, разработанных компанией Deloro Stellite [50]. Такой универсализм не позволяет достичь максимальных результатов упрочнения на этих деталях. Пределы варьирования легирующих элементов в этих сплавах очень велики и составляют обычно несколько процентов, что приводит к тому, что один и тот же сплав обладает совершенно различными физико-механическими свойствами, что приводит к нестабильности эксплуатационных свойств деталей, изготовленных или наплавленных этими сплавами. Это так же приводит к ограничению использования этих сплавов в промышленности.

Основные задачи исследования

1. Исследовать влияние химического состава на износостойкость кобальтовых стеллитов марок ВЗК; ВЗКр; ЗВ14КБ при различных механизмах абразивного воздействия. Уточнить необходимые пределы легирования этих сплавов углеродом, вольфрамом и хромом, позволяющие повысить износостойкость сплавов при работе в различных агрессивных средах.

2. Изучить физико-химические свойства расплавов стеллитов в исследуемых пределах их легирования с целью определения температурно-временных параметров приготовления сплавов.

3. Исследовать влияние структуры литых наплавочных прутков из кобальтовых стеллитов на формирование износостойкого слоя на деталях.

4. Разработать технологию литья прутков для наплавки из кобальтовых стеллитов для получения наплавочных материалов с необходимыми структурами и эксплуатационными свойствами, позволяющие получать прутки малого диаметра (менее 2 мм).

5. В производственных условиях установить эффективность упрочнения литыми прутками из кобальтовых стеллитов различного химического и фазового состава деталей машин, работающих в различных условиях и средах.

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОБАЛЬТОВЫХ СТЕЛЛИТОВ

Как было отмечено ранее, в России для придания изделиям специальных свойств (в основном, износостойкости при повышенных температурах) используются кобальтовые стеллиты марок ВЗК, ВЗКр, ЗВ14КБ выпускаемых в виде наплавочных прутков диаметром от 4 до 8 мм. Параметры варьирования основных легирующих элементов углерода, вольфрама, хрома, кремния достаточно велики и составляют несколько процентов. Так для сплава ВЗКр содержание углерода предусмотрено ГОСТом 21449-75 в пределах 1,5% - 2,0%; хрома 28%-32%; вольфрама 7%-9%, а для сплава ЗВ14КБ эти пределы еще более широкие и составляют 2,5%—3,5 % углерода; 26%-31% хрома; 12%-15% вольфрама и 0,5%-1,3% кремния.

В результате, изготавливая одну и ту же марку сплава, мы можем получить как доэвтектический сплав, так и заэвтектический сплав, обладающий совершенно разными физико-механическими свойствами, что, в значительной степени, сказывается на эксплуатационных свойствах изделий, наплавляемых этими сплавами. Кроме того, в одной партии электродов, поступающих на предприятия для наплавки, встречаются наплавочные прутки совершенно разного химического и структурного состава, что не позволяет добиться стабильных свойств, упрочняющих изделие. Таким образом, использование упрочняющих сплавов с таким широким диапазоном варьирования химических элементов и обладающих различными физико-механическими и эксплуатационными свойствами не позволяет достичь оптимального упрочнения деталей машин, работающих в условиях интенсивного изнашивания и критических температур.

Большинство наплавляемых кобальтовыми стеллитами изделий подвергаются изнашиванию по самым различным механизмам: абразивному, газо-абразивному износу, истиранием, усталостному и коррозионному разрушениям. Поэтому для каждого конкретного случая упрочнения детали в зависимости от условий их эксплуатации, необходимо использовать различные упрочняющие составы, позволяющие добиться максимального упрочнения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведенный анализ работ, посвященных разработке составов и изучению физико-механических и эксплуатационных свойств кобальтовых стеллитов, показал, что в независимости от условий работы деталей машин, их упрочнение проводится всего лишь тремя марками сплавов ВЗК, ВЗКр и ЗВ14КБ. Такой универсализм не позволяет достичь максимальных результатов упрочнения этими сплавами деталей машин. Пределы варьирования легирующих элементов в этих сплавах составляют обычно несколько процентов, что приводит к тому, что один и тот же сплав обладает совершенно различными физико-механическими свойствами. Это так же приводит к нестабильности упрочнения деталей кобальтовыми стеллитами.

2. Изучено влияние химического состава стеллитов ВЗК; ВЗКр; ЗВ14КБ на их физико-химические свойства. Установлено, что углерод и хром снижают поверхностное натяжение кобальтовых стеллитов, а вольфрам и ниобий незначительно его увеличивают.

Исследование смачивания стеллитами ВЗК; ВЗКр; ЗВ14КБ ряда сталей и сплавов: долотных сталей 14ХНЗМА, 15НЗМА, 19ХГНМА; клапанной стали 40Х9С2; стали Х9В и сплава ЖС6У показало, что краевые углы смачивания возрастают с увеличением процентного содержания легирующих элементов (особенно вольфрама). В зависимости от химического состава краевые углы меняются в пределах от 8° до 51°. Такое различие может сказаться как на адгезионную прочность сцепления наплавленных слоев, так и на режимы наплавки.

3. Изучено влияние химического состава кобальтовых стеллитов ЗВ14КБ, ВЗК и ВЗКр на их износостойкость при воздействии закрепленного, незакрепленного абразива, а так же в условиях ударно-абразивных нагрузок и трения металл по металлу, как при комнатных, так и при повышенных температурах. Установлено, что в зависимости от условий абразивного воздействия на упрочненные детали наиболее рационально использовать стеллиты определенного химического состава. Так, например, в условиях воздействия закрепленного абразива наибольшей износостойкостью обладает сплав ЗВ14КБ, содержащий Сг - 30%, W - 15%, С - 3%, а в условиях ударно-абразивного воздействия сплав ЗВ14КБ, содержащий Сг-26%, W - 12%), С - 2,6%. Показано, что введение до 6% ниобия в сплав ЗВ14КБ приводит к образованию в нем мелких карбидов округлой формы, что значительно повышает износостойкость сплава при всех видах абразивного воздействия.

4. Установлено, что с увеличением содержания основных легирующих элементов - вольфрама, углерода и хрома вязкость стеллитов увеличивается. При температурах выше 1520 °С происходит распад карбидов М3С2, М7С3 с последующим образованием новой карбидной фазы М2зСб, что приводит к возникновению гистерезиса вязкости. Эксперименты свидетельствуют, что после двойного переплава стеллитов гистерезисный характер температурных зависимостей вязкости практически исчезает, что свидетельствует о гомогенности расплава и стабильности фазового состава. В результате, рекомендовано для производства прутков из кобальтовых стеллитов ВЗК, ВЗКр, ЗВ14КБ проводить их двойной переплав, что заметно снижает образование дефектов как в прутках, так и в наплавленном слое и позволяет получать наплавленные слои со стабильными свойствами.

Показано, что в кобальтовых сплавах с повышенным содержанием ниобия гистерезис вязкости не наблюдается, что, по-видимому, связано с образованием в расплавах устойчивой карбидной фазы NbC. Однако и такие стеллиты требуют при их производстве двойного переплава для глубокой дегазации.

5. Изучено влияние температуры (в диапазоне 1300-1600 °С) и перепада давления (в интервале 0,2-0,95 атм.) на заполняемость кварцевых трубок различного диаметра (1,4-6 мм) расплавом. Найдены необходимые режимы заполнения форм кобальтовыми стеллитами, позволяющие получить наплавочные прутки необходимой геометрии и не имеющие литых дефектов (усадочной раковины, газовой пористости, неспаев и т.д.). Показано, что модифицирование и легирование стеллитов ниобием в количестве от 1% до 6 % позволяет получить по всей длине литых наплавочных прутков относительно равномерную мелкозернистую структуру.

6. Создана установка и отработаны режимы для производства литых наплавочных прутков из кобальтовых стеллитов, позволяющая получить прутки диаметром от 1,4 мм до 8 мм, не требующих дополнительной механической обработки.

7. Опоры и опорные поверхности радиальных и упорных подшипников качения горнорудных долот, наплавленные прутками из сплава ЗВ14КБ, с уточненным химическим составом и изготовленные по предложенной технологии вакуумного всасывания в кварцевые трубы, прошли расширенные испытания на ГОКах с различной крепостью горных пород. Установлено, что использование стеллитов ЗВ14КБ с минимальным содержанием углерода и вольфрама и модифицированных ниобием позволяет повысить износостойкость подшипников качения в долоте на 11 %.

Наплавка опорных поверхностей подшипника долот литыми прутками уточненного химического состава внедрена на ОАО «Уралбурмаш».

8. Наплавочные прутки из сплавов ВЗК и ВЗКр уточненных составов опробованы для наплавки рамных и дисковых пил. Показано, что использование прутков, изготовленных по разработанной технологии, позволило увеличить производительность распила древесины на 4,4 % и повысить стойкость пил в 6 раз.

9. Разработанная технология литья наплавочных прутков позволила получить прутки из сплава ВЗК диаметром 2 мм для наплавки лопаток авиационных двигателей. Изготовленные по такой технологии прутки прошли успешные испытания на арамильском авиаремонтном заводе № 695, а технология их изготовления внедрена на предприятии ООО «Литейное производство УБМ».

1. Химушин Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы. Изд-во «Металлургия», 2-е изд., 1969, 752 с.

2. Химушин Ф.Ф. Нержавеющие, кислотоупорные и жароупорные стали. Металургиздат, 2-е изд., 1945, 512 с.

3. Herchenroeder R.B. "Haynes Alloy No. 188 Aging Characteristics," International Symposium on Structural Stability in Superalloys, Seven Springs, PA, September 1968, p. 110-112.

4. Туманов В.И. Свойства сплавов системы карбид вольфрама карбид титана - карбид тантала - карбид ниобия - кобальт. М., «Металлургия», 1973. 184 с.

5. Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок / Под ред. Симса Ч.Т., Столоффа Н.С., Хаге-ля У.К.: Пер. с англ. В 2-х книгах. Кн. 1 / Под ред. Шалина Р.Е. М.: Металлургия, 1995. - 384 с.

6. Griffiths W.T. "The Problem of High-Temperature Alloys for Gas Turbines," 739th Royal Aeronautical Society Lecture, London, October 1947, p. 47-48.

7. Morral F.R. Cobalt and Cobalt Alloys, Cobalt Information Center, Columbus, Ohio, 1967, p. 183-189.

8. Беттеридж У. Жаропрочные сплавы типа нимоник. Металлургиздат, 1961, 410с.

9. Bagder F.S. a. Sweeny W.O. Symposium on Materials for the Turbines, ASTM, 1946, June, p. 99-112.

10. Sweeny W.O. Trans. ASME, 1947, v. 69, № 6, p. 569-581.

11. Badger F.S., Kroft F.C.J. Metal Progress, 1947, Sept., p. 394-402.

12. Epremian E. Trans. ASM, 1947, v. 39, p. 88-91, 132.

13. Grant N.G. Trans. ASM, 1946, v. 39, p. 261-280.

14. Юкалов И.Н. Отливки из химически стойких сплавов. М.: «Машиностроение», 1964, 233 с.

15. Sims С.Т., Superalloys 1984, TMS-AIME, Warrendale, PA, 1984, p. 399.

16. Wood D.B. a. Gregg I.F. Metall Treatment 1957, v.24, №143, p. 317.

17. Fleischer R.L. "The Strengthening of Metals"Reinhold, New York, 1964, p. 93

18. Freche J.C., Ashbrook R.L., and. Klima S.J, Cobalt, 20, 1963, p. 114.

19. Pugliese L.A. and Stroup J.P., Cobalt, 43, June 1963, p. 80.

20. Morrow H., Danesi W.P., and Sponseller D.L., Cobalt, 4, 1973, p. 93.

21. Woodford D.A. and McMahon C.J., Jr., Proceedings of the Second International Conference Strength of Metals and Alloys Asilomar, ASM, Metals Park, OH, 1970, p. 1067.

22. Grant N.G. Trans. ASM, 1948, v.40, p. 585.

23. Wilson T. Materials a. Methods, 1946, v. 24, №4, p. 885.

24. Allen N.P., "A Summary of the Development of Creep-Resisting Alloys," Symposium on High Temperature Steels and Alloys for Gas Turbines, The Iron and Steel Institute, London, July 1952. p. 56.

25. Аппен A.A. «Температуроустойчивые неорганические покрытия». Изд. 2-е, пер. и доп. JL: «Химия», 1976, 219 с.

26. Knotek О., Lugcheider Е. Hartlegierungen fur das Pulverspritzen // DVS Ber. - 1977, №47, p. 51-59.

27. Приданцев M.B. Влияние примесей и редкоземельных металлов на свойства сплавов. Металлургиздат, 1962. 341 с.

28. Klastrom D.L., Superalloys 1980, ASM, Metals Park, OH, 1980, p. 131.

29. Coutsouradis D., J. Int. Appl. Cob., Bruxelles, 21, June 1964, p. 1-19.

30. Hopkins S.W., "in Thermal Fatigue of Materials and Components," D.A. Spera and D.F. Mowbray (eds.), ASTM STP 612, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1976, p. 157.

31. Захаров M.B., Захаров A.M. Жаропрочные сплавы. Изд-во «Металлургия», 1972, 384 с.

32. Корнилов И.И. Физико-химические основы жаропрочности сплавов. Изд-во АН СССР, 1961,631 с.

33. Железнякова Ш.Р., Эпштейн И.А. Свойства и применение жаропрочных сплавов. М, «Наука», 1966, 278 с.

34. Бескоровайный и др. Конструкционные материалы ядерных реакторов: Учебник для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1995, 704 с.

35. Титц Т., Уилсон Дж. Тугоплавкие металлы и сплавы. Изд-во «Металлургия», 1969, 259 с.

36. Приданцев М.В. Влияние примесей и редкоземельных металлов на свойства сплавов. Металлургиздат, 1962, 318 с.

37. Cabot Corporation USA. Stellite, Tribaloy. Wear Resistant Intermetalic Material, S. 1., 1980, 2 p.

38. Cabot Corporation USA. Stellite. Surfacing alloy powders, S. 1., 1980, 6 p.

39. Туфанов Д.Г. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, сплавов и чистых металлов.: Справочник. 4 изд. М.: Металлургия, 1982. - 352 с.

40. Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко СЛ., Ардатовская Е.Н. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Справ. Изд-во «Нау-кова думка», 1987, 523 с.

41. Rizzo F.J., Buzanell J.D. "Effect of Chemistry Variations on the Structual Stability of Alloy 718", International Symposium on Structural Stability in Super-alloys, Seven Springs, PA, 1968, p.219.

42. Структура и коррозия металлов и сплавов: Атлас. Справ. Изд./Сокол И.Я., Ульянин Е.А., Фельдгандлер Э.Г. и др. М.: Металлургия, 1989, 400 с.

43. Kent W.B. "Mechanical Properties and Structural Characteristics of NASA lib," AIME, Cleveland, OH, October 1970, p.39.

44. Tarr C. and Marshall J. "Phase Relationships in High-Temperature Alloys," AIME Fall Meeting, Chicago, IL, October 30 November 3, 1966, p.59.

45. Drapier J.M., Davin A., Coutsouradis D. A hot corrosion resistant cobalt base alloy for protective coating // High Temperatures, High Pressures, 1974, p.92.

46. Мровец С., Вербер Т. Современные жаростойкие материалы. М.: «Металлургия», 1986, 360 с.

47. ГОСТ 21449-75 Прутки для наплавки.

48. Эмингер 3., Вебер К. Производство отливок из специальных сталей. М.: ГНТИ Машиностроительной литературы, 1960, 138 с.

49. Грибенников Н.В. Опора шарошечного долота и перспективы ее развития. Екатеринбург: УрО РАН, 2000, 58 с.

50. Lewinstein М.А., Betts R.K. Thermal spray coatings in aircraft applications // Proc. 6th Int. Metal Spray. Conf, Paris, 1970, p. 2 20.

51. Попель С.И. Поверхностные явления в расплавах. М., Металлургия, 1994, 440 с.

52. Семенченко В.К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. М., Ме-таллургиздат, 1987,491 с.

53. Руссанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. JL, Наука, 1967, 388 с.

54. Попель С.И. Поверхностное натяжение железа и ферросплавов // Изв. вузов. Черная металлургия, 1958, №10, с. 51-61

55. Еременко В.Н. Поверхностное натяжение жидких металлов // Украинский химический журнал. 1962. Т.28. №4. с. 427^439.

56. Еременко В.Н., Ниженко В.И., //ЖНХ, 1963. Т.8 №9. с 2124.

57. Хлынов В.В., Пастухов Б.А., Боксер Э.Л. Начальные стадии растекания вязкой жидкости при ограниченной скорости смачивания // Журнал физической химии. 1979. Т. LIII. №2. с 290 295.

58. Хлынов В.В., Пастухов Б.А., Боксер Э.Л. Конечные стадии растекания жидкости по поверхности твердого тела // Журнал физической химии. 1979. Т. LI. №10. с 2690 -2692.

59. Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах / Под ред. Аппена А.А, Гегузина Я.Е., Еременко В.Н.: Нальчик 1965. с.235 244.

60. Ксенофонтов Б.М. Литье методом вакуумного всасывания. М.: Машгиз, 1962, 163 с.

61. Хигер Б.С. Разработка технологии создания машин ЛНД и внедрение их в производство / Труды 5-го съезда литейщиков России. М.: Радуница, 2001, с. 361 -363.

62. Чуркин А.Б. Оптимизация процессов формирования отливок при литье под регулируемым давлением. Дисс. д.т.н. Екатеринбург. 2003. 417 с.

63. Жидовцев Н.А., Кацов К.Б. и др. Стойкость буровых долот. Киев: Наук, думка, 1979, 129 с.

64. Корнеев К.Е., Палий П.А. Буровые долота. Справочник. М: Недра, 1965, 217с.

65. Тененбаум М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин.-М.: Машиностроение, 1966, 332 с.

66. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Исследования изнашивания металлов.-М.Издательство АН СССР, 1960, 352с.

67. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание.-М.: Наука, 1970, 252с.

68. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов М.: Машиностроение, 1978, 213 с.

69. Клейс И.Р., Ууэмыйс Х.Х. Износостойкость элементов измельчителей ударного действия. -М.: Машиностроение, 1986. 160 с.

70. Степина А.И., Струпницкий A.M., Клейс И.Р. Влияние структуры на износостойкость чугунов и сталей. Литейное производство, 1977, №9, с. 26

71. Виноградов В.Н., Антонов А.А. Некоторые вопросы изнашивания металлов в воздушно-абразивном потоке. Трубы МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, 1964, вып. 46, с. 137-149.

72. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977, 526 с.

73. Хрущов М.М., Беркович Е.С. Определение износа деталей машин методом искусственных баз. -М.: Изд-во академии наук СССР, 1959, 218 с.

74. Крагельский И.В. Трение и износ. Изд-во «Машиностроение», 1968,284 с.

75. Wellinger К., Uetz Н. Gliet- und Strahlverschleissuntersuchungen an Auf-trageschweissungen, Schweissen und Schneiden, 1960, J. 12, H.l 1, p. 465-412.

76. Клейс И. Анализ схем установок для испытания материалов на ударный износ. Труды Таллиннского политехнического ин-та, серия А, №219. Таллин, 1965. с. 56-58.

77. Кащеев В.Н., Глазков В.М. Изнашивание в потоке движущихся абразивных частиц. В сб. «Методы испытания на изнашивание». Изд-во АН СССР, 1962, 264 с.

78. Виноградов В.Н., Антонов А.А. Некоторые вопросы изнашивания металлов в воздушно-абразивном потоке. -В сб. «Бурение и буровое оборудование». Изд-во «Недра», 1959. с. 47-51.

79. Швидковский Е.Г. Некоторые вопросы вязкости расплавленных металлов. М.: Гостехиздат, 1955. 207 с.

80. Леспроминформ №9 (31) 2005 с. 84.

81. Кислик В.А., Самойленко A.M., Методика испытания на абразивное изнашивание деталей топок паровозных котлов.- Заводская лаборатория, 1956, XXII, №5, с. 54.