автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Взаимосвязь структуры, фазового состава и служебных свойств рабочего слоя валков, полученного плазменно-порошковой наплавкой сплавом НXI6С3Р3

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО' ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ р Г и ■ I о шстгот ИМЕНИ С.(¿.КИРОВА

о 7 ["""I

ю ■

На правах рукошси

ШЕВЧЕНКО Олег Игоревич

ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ, ФАЗОВОГО СОСТАВА И СЛУЖЕБНЫХ СВОЙСТВ РАБОЧЕГО СЛОЯ БАЖОВ, ПОЛУЧЕННОГО ПЛАЗМЕННО-ПОРОШКОВОЙ НАПЛАВКОЙ СПЛАВОМ Н7ЭХ16СЗРЗ

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени "кандидата технических наук

Екатеринбург 1993

Работа выполнена в Ншиетагильском филиале Уральского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института им. С.Ы.Кирова , Проблемной научно- исследовательской лаборатории черной и цветной металлургии

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Фарбер В.М.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор пузанов Б.Н.;

- кандидат физико-математических наук, с.н.с. Бродова И.Г. Ведущее предприятие - Нижнетагильский металлур-

гический комбинат им.В.И. Ленина

Защита диссертации состоится 5 апреля 1993 г.в 1,5 ч 00 мин на заседании специализированного совета К.063.14.02 при металлургическом факультете Уральского политехнического института им.С.Ы.Кирова. (3-й учебный корпус, ауд. Мт-421).

Ваш отзыв в одном экземпляре, скрепленный гербовой печатью,просим направить по' адресу: 620002, г.Екатеринбург, ■ К-2, УПИ км.С.Ы.Кирова, ученому секрета!® института, телефон 44-85-74 .

Автореферат разослан "_" 1993 г.

£

Ученый секретарь специализированного совета > /

Н 0S3.I4.C2 доцент, к.т.н. » Ю;Н.Логкнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях ужесточения режимов ксплуатации узлов и механизмов современных машин и ромышленных агрегатов повышаются требования к долговечности [ надёжности деталей технологического оборудования и ¡нструмента. Особое значение имеет проблема улучшения ¡лукебных свойств прокатных валков.

Проведенный анализ условий эксплуатации инструмента "орячего деформирования и деталей металлургической оснастки юказал, что они выходят из строя при износе 1...2 мм на :торону. Это предопределило применение для упрочнения и юсстановления рабочей поверхности плазменно-порошковой тплавки, способной создать. на поверхности слой сравнительно ¡ебольшой толщины с высокими служебными свойствами, (спользованш порошков самофлюсувдихся сплавов для нанесения юкрытия на сталь позволяет при различных режимах, этличапцихся интенсивностью величины термического-воздействия, юлучать в наплавленном слое широкую гащу структурных состояний и, следовательно, свойств рабочей поверхности. 1оэтому встабт необходимость установления закономерностей влияния режима наплавки на структуру и фазовый состав рабочего злоя. Узловым моментом является вопрос о взаимосвязи структуры и технологической стойкости изделия в конкретных условиях эксплуатации. Решение перечисленных выше вопросов для создания изделий с высокоизносостойкими покрытиями представляет большой научный и практический интерес. ■

Цель работа. В работе были поставлены следущие задачи : I. Исследовать влияние основных параметров плазменно-

порошковой наплавки: тока, скорости, предварительного подогрева на структуру, фазовый и химический состав покрытия из самофлюсущегося сплава Н7ЭХ16СЗРЗ на теплоустойчивую сталь 4Х5МФС.

2.Отыскание структуры, фазового и химического состава покрытия, обладающих высокими характеристиками трещино- и износостойкости при циклических теплосменах, и разработка на этой основе рекомендаций по оптимальным режимам наплавки.

3. Разработка специальных установок и методик для исследования структуры и служебных, свойств наплавленного металла и зоны термического влияния, позволяющих с высокой степенью достоверности моделировать условия наплавки и эксплуатации и , на основе экспериментального материала корректировать режим нанесения покрытия.

Научная новизна. Изучены структура, фазовый к химический состав по1фыгий из никелевого . самофлюсуыцегося сплава Н73Х16СЗРЗ на теплоустойчивую сталь, формирующихся при различных параметрах наплавки: токе, скорости, предварительном подогреве. '

Показана возможность Целенаправленного регулирования режимами''плазменной наплавки фазового состава и строения наносимого слоя: от структуры с .дисперсными выделениями специальных карбоборидов к структуре с крупными частицами вторых фаз и, наконец, к дендригно- ячеистой структуре, в которой основной упрочняющей фазой является карбоборид цементитного типа, что предопределяет изменение в широких пределах свойств покрытия. ,

Установлено, что наибольшей трещино- и износостойкостью обладает дендритно-ячеистая структура, формирующаяся при максимальном тапловложении. На этой основе разработаны

рекомендации по выбору оптимальных режимов наплавки.

Обоснована перспективная технология применения шгазменно-порошковой наплавки, позволяющая значительно повысить надежность, прочность и долговечность инструмента горячего деформирования.

• Практическая ценность. Разработаны рекомендации по выбору режимов плазменно- порошковой наплавки, обеспечивающие получение рабочего слоя изделий, работающих в условиях циклических теплосмен, с высокими технологическими характеристиками. Подобраны режимы наплавки раскатных валков и деталей металлургического оборудования (роликов рольгангов и др.).

Внедрение технологии наплавки на Нижнетагильском металлургическом комбинате -дало годовой экономический эффект 940 тыс. рублей (1991г) при долевом участии автора 94 тыс. рублей.

Основные положения.выносимые на защиту :

1.Результаты комплексных исследований состава, структуры и свойств композиции Н7ЭХ16СЗРЗ- 4Х5МФС, полученной плазменно-порошковой наплавкой.

2. Корреляционные соотношения между параметрами плазменной наплавки, характеристиками структуры , фазовым составом и служебными свойствами наплавленного слоя.

3.Режимы, приводящие к формированию оптимальной структуры и свойств рабочего слоя.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на республиканской научно-технической конференции "Современные методы ' термической,

химико-термической обработки . и поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов" (Ташкент, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической

обработки в машиностроении и металлургии (Новокузнецк, 1991), зональных семинарах "Прогрессивные метода восстановления и упрочнения деталей" (Н. Тагил, 1989, 1990, 1991 ) "Передовая технология термической обработки" (Екатеринбург,1992).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Обьбм работы. Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков, 22 таблицы, состоит из введения,пяти глав, выводов, библиографического списка из 94 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, выбор объектов исследования, сформулирована цель работы, изложены основные положения, выносише на защиту, охарактеризована новизна г практическая значимость результатов. .

В первой главе дав критический анализ имеющейся информации о методах наплавки и напыления самофлюсующихся сплавов. Особое внимание уделено вопросам фазового состава, структуры и служебных свойств рабочего слоя. На основе анализа отечественной и ..зарубежной литературы прослежено, как эксплуатационные свойства инструмента горячего деформирования зависят от характеристик фазового состава и структуры.

Для целенаправленного управления структурой и свойствами рабочего слоя предложено использовать тепловую энергию плазменной струи, величиной которой можно управлять изменением тока, скорости наплавки, температуры предварительного подогрева изделия.Это потребовало проведения исследований по установлению связи между режимом нанесения покрытия.

'формирующейся структурой и служебными свойствами.

• во второй главе описаны материалы и методики исследования.. Химический состав наплавляемого порошка самофлюс ущегося сплава и валковой стали приведен соответственно в табл. I и 2.

Таблица I

Химический состав порошка ПР-Н73Х16СЗРЗ,мае. %

N1. В С 31 Сг Ре

основа 2,6 0,8 3,2 16 < 5

Таблица 2

Химический состав валковой стали,мае. %

Сталь С СГ Б1 Мо Мп Б Р V N1

4Х5МФС 0,42 4,7 1.0 1,2 0,52 0,021 0,017 0,9 следы

Для наплавки изделий и образцов применялись серийная установка УПН-303. Структура и свойства' наплавленного слоя изучались после различных режимов наплавки, обьеденбнных полным трЗхфакторным экспериментом (табл.З), а также после высокотемпературного нагрева (800..Л100°С). Использование в различном сочетании тока (I), скорости наплавка (V), а также введение предварительного подогрева позволило в широких пределах регулировать величину тепловложения, следовательно, температуру перегрева и массу сварочной ванны, длительность пребывания в жидком состоянии, , долю участия основного металла в наплавленном, скорость охлаждения.

Микроструктуру и.химический состав стали и наплавленного слоя исследовали методами качественной и количественной металлографии на микроскопе "КеорЛог - 2" и микрорентгеноспект-

Таблица 3

Изученные режимы наплавки

* опыта I, А У, и/ч Т,°С * опыта I, А V, М/ч Т,°С

I ,120 7 300 7 120 . 17 20

2 180 300 8 180 17 20

3 120 17 300 9 240 . 7 20

4 180 17 300 10 240 17 20

5 120 7 20 II 240 7 300

6 180 7 20 12 240 17 300

ралъном анализаторе Мэ-Дб "САМЕСА". Рентгеноструктурный анализ проводили на дифрактометре "ДРОН — 3" в СоКд - излучении. Микротвврдость измеряли на приборе ПМТ-3.

Отыскание оптимальных режимов нагрева и охлаждения в реальных условиях наплавки представляет сложную в техническом плане задачу, предпочтительнее моделировать возможные температурно-временные циклы сварки на. лабораторном оборудовании, чтобы сопоставить скорости нагрева и охлаждения, длительность пребывания вше заданных. температур различных точек образца с образующейся структурой металла. Это вызвало необходимость создания установки, позволяющей изучать влияние на структуру и свойства материала основных технологических параметров процесса наплавки. Новизна решений подтверждена положительным решением по заявке на авторское свидетельство.

В основу изучения износостойкости при циклических теплосменах положена методика ИЭС им.Патона. с этой целью при участии автора разработана другая установка, позволяющая испытывать наплавленный слой валка в условиях максимально приближенных к реальным. Ев оригинальность заключается в том,

что установка является более универсальной по сравнению с другж.л известными конструкциями, к тому же применение теплоизолированного электронагревателя позволило точно контролировать и поддергивать температуру испытаний.

Экспериментальные данные обрабатывались с помощи статистического регрессионного анализа ua IBM PC/AT с применением пакета прикладных программ "Statgraph".

В третьей главе ("Фазовый состав и структура покрытий наплавленной композиции H73H6C3P3-4X5MKI") описаны исследования структуры, химического и • фазового состава наплавленного слоя после различных режимов наплавки.

Установлено, что слой, наплавленный порошком H73XI6C3P3 на сталь 4X5 MX, представляет собой многофазную систему, состоящую из матрицы с ГЦК реиеткой, карбсборидов типа Ме3(С,В), Ме7(С,В)3, Ые2з(С,В)б и эвтектик на их основе. При широкослойной наплавке (поперечные колебания плазмотрона с размахом 30 мм) по режиму: 1=110...120А, 7=2м/ч, Т=20°С в покрытии формируются крупные стержневидные выделения избыточных фаз в основном Ме7(С,В)3 длиной до 200.мкм, колонии эвтектик Ые7(С,В) и Ые-^С.В^ диаметром около 40 мкм, что обусловлено малым перегревом, . минимальной долей участия основного металла в наплавленном 'и низкими скоростями охлаждения.

Варьирование тепловлокения • при плазменной наплавке одиночными валиками путбм изменения тока, скорости наплавки, а также использование предварительного подогрева (см табл.3) приводит к существенному изменению структуры наплавленного слоя, причем из исследованных параметров наиболее сильное влияние оказывает ток наплавки, а наиболее слабое - скорость. При наименьшем тепловложении (1=120А, У=17м/ч, Т=20°С)

карбоборидк Ме3(С,В), Ме^С.В^ в наплавленном слое формируются в виде глоЗулей, Ме7(С,В)3 в виде игл и стеркней, размеры которых не превышают 10 мкм. Увеличение тепловложения (1=180А, У=17м/ч, Т=20°С), способствующее замедлению скорости охлаждения, создабт благоприятные условия для роста частиц избыточных фаз и розеток эвтектики Ме23(С,В)6. Размер стержневидных и игольчатых частиц возрастает до 30...70 мкм. При максимальном тепловложении (1=240А, У=7м/ч, Т=300°С) на формирование структуры существенное влияние оказывает доля участия основного металла в наплавленном, что приводит к образованию в покрытии в основном двухфазной (Ме3(С,В)+у) дендритно-ячеистой структуры, характерной для доэвтектических сплавов. Ствол и ветви дендрита представляют собой эвтектоид высокой степени дисперсности,, мездецдритное пространство -эвтектику на основе карбоборида цементитного типа. < Изучение распределения легирующих элементов в наплавленном слое показало, что хром, никель, железо входят в состав всех образующихся фаз. В образцах, наплавленных по режиму 1=240 А, У=7м/ч, Т=20°С, состав ламелей цементитного тала в эвтектике ' отвечает формуле: (Н^Ре^Сг^зКС.В), а крупных ограненных частиц - (Сг0.дРе0 1)7(С,В)3§* тогда как 7-фаза содержит порядка 78» К1; 131 Ре; 5* Ст. Введение предварительного подогрева вызывает обогащение наплавленного валика железом из основного металла. Это изменяет содержание элементов в фазовых ' составляющих: матрица оодеркит около 60Х N1,30* Ре, 10Х Сг, а

состав ламелей эвтектитки карбоборида .цементитного типа

- - - - - -

отвечает формуле (Н1,Ре,Сг)3(С,В). "

'-содержание углерода в бора в карбоборадах не определялось и щцшодится на основе литературных данных.

.Сплавы системы Ni-Cr-Si-B-C применяются в условиях повышенных температур или интенсивного износа, которые возникают, например, при эксплуатации инструмента горячего деформирования. Это вызвало необходимость изучения структурных превращений в наплавленном слое, происходящих при повышенных температурах.

При нагреве до 800 °С значительных изменений в структуре не происходит, твбрдость покрытия составляет 45 HRC. При повышении температуры до 900 °С снижается твЗрдость, начинается заметное растворение эвтектоида и коагуляция эвтектики на основе карбоборида цементитного типа, что приводит к образованию цепочек крупных частиц по границам зёрен, размер частиц в цепочках увеличивается в среднем в 2 раза по сравнению с нагревом на 800 °С. Дальнейшее повышение температуры до ИОО°С, близкой к плавлению, приводит к снижению твбрдости покрытия до 30 HRC и значительному росту

карбоборидов цементитного типа. В то аа время крупные

* •

обособленные карбиды типа Me7(C,B)«j, выделяющиеся первыми при кристаллизащш расплава, зачетных изменений не претерпевают.

В четвертой главе ("Свойства покрытия ") приводятся результаты исследования взаимосвязи между характеристиками структуры, фазовым составом наплавленного слоя и его технологическими и эксплуатационными свойствами.

Совместный анализ микроструктуры и гистограмм распределения микротвЗрдости по глубине наплавленного слоя показал, что чем больше распределение мякротвбрдости'совпадает с нормальным, тем однороднее. по структуре и фазовому составу наплавленный слой, либо дисперснее его структурные составлявшие.

В диапазоне исследованных параметров наплавки наиболее

сильное влияние на величину максимального среднего значения микротвердости наплавленного слоя и интервал еб изменения оказывает ток. Наибольшее значение средней микротвбрдости ^IOCf 6222 достигается при токе наплавки 180 А, тогда как изменение тока в сторону больших или меньших значений приводит к существенному уменьшению этой .характеристик: ^nioCT 4956 Ша (1=120А) И Hqjoq^ 5236 МПа <1=240А). При малом" тепловложении (1=120 А, У=17м/ч, Г=20°С) это связано с формированием более дисперсной микроструктуры благодаря минимальному времени существования жидкой ванны и максимальной скорости охлаждения. При наибольшем тепловложении (1=240 А, У=7м/ч, Т=300°С) формируется четко выраженная дендритно-ячеистая структура на основе эвтектики Ме3(С,В) с невысокой микротвердостью.

Между величинами средней микротвбрдости и твёрдости наплавленного слоя, ' измеренной по Роквеллу, нет прямой корреляции: наибольшему уровню твердости не соответствуют максимальные значения средней- микротвбрдости в различных областях наплавленного слоя; Установлено, что наибольший вклад в ' увеличение твёрдости - вносят дисперсные частицы карбоборидов,размер которых не превышает отпечатка индентора прибора микротвердости. ' При большом тепловложении (I=250A,V=7m/4,T=300°C), когда дисперсные частицы не образуются, твЗрдость и микротвердость покрытия невелика.

Образование трещин при плазменной наплавке никелевых самофлюсующихся сплавов являются одной из основных причин, сдеркиващих применение этой технологии. Трещины в наплавленном слое возникают при неблагоприятном сочетании факторов: высокой скорости наплавки, малом токе, отсутствии подогрева, пргаодяяца к пониженной деформационной

способности материала (рис.1). Вместе с тем образования трещин после наплавки удаЗтся избежать, применяя предварительный подогрев изделия до Т= 300°С. Ери наплавке на больших погонных энергиях (1=240 А; У=7 м/ч; Т= 300°С) ' ото связано с образованием дисперсной эвтектической структуры наплавленного слоя,способствующей релаксации возникающих напряжений.

Условия наплавки в широких пределах изменяют износостойкость наплавленного слоя (рис.2). Отсутствие подогрева и малая скорость наплавки, ответственные за формирование грубой структуры, вызывают повышенный износ наплавленного слоя за счет выкрашивания твердых избыточных фаз. Наибольшей износостойкостью обладают два типз микроструктуры: дендритно-ячеистая, формирующаяся при максимальном тепловложении (1=240А, У=7м/ч, Т=300°С), и с дисперсными выделениями избыточных фаз, когда тепловложение минимально (1=120 А, У=17 м/ч, Т= 20 °С). Хотя износостойкость слобв, наплавленных по этим режимам близка, покрытие, наплавленное с минимальным тепловложением, содержит большое количество трещин в наплавленном слое как в исходном состояли^так и после испытаний на износостойкость. К тому же параметры режима 1=240А, У=7м/ч, Т=300°С обеспечивают повышенную производительность и сравнительно невысокую твёрдость покрытия, что облегчает е"го механическую обработку и не приводит к растрескиванию наплавленного слоя.

Это позволило заключить, что дендритно- ячеистая структура является наилучшей для • поверхностного слоя, полученного плазменно- ■ порошковой наплавкой, деталей, работающих . в условиях износа при циклических теплосменах. Исходя из этого, параметры реггма, оСэспечивающке максимальное из исследованных тепловложение при наплавке,были рекомендованы к промышленному опробованию. ^

Рис.1.Влияние силы тока (I) на трещиностойкость наплавленного слоя (а), а—о У~7м/ч ; о—о -У=17м/ч ; наплавка без подогрева

Ат.г

| ! < I | io

Í ^ 9 •

i_______;......¡..г;

STii i -L_J... 1 illi fe ' \ i 1 1 1 i 1 1 1 ir ----IS i 1 1 I

.. 120 140 160 180 200 220 240 I.A

Рис.2. Износ покрытия H73XI6C3P3 при 750°С (150 циклов нагрев - охлаждение). Цифры около точек соответствуют режиму наплавки (таОл.1)

-15В пятой главе ("Разработка оборудования и. технологии воссталовления изделий плазменной наплавкой") приведены конструкции лабораторных установок, разработанных при участии автора для изучения структуры и свойств рабочего слоя.

Поскольку отыскание оптимальных режимов нагрева и охлаждения в реальных условиях наплавки представляет сложную в техническом плане задачу, предпочтительнее моделировать возможные температурно-временные циклы сварки на .лабораторном оборудовании, чтобы сопоставить скорости нагрева и охлаждения, длительность пребывания выше заданных температур различных точек образца с образующейся структурой металла; Это предопределило необходимость создания установки, позволяющей изучать влияние на структуру и: свойства материала основных технологических параметров процесса наплавки.. Оригинальность установки подтверждена положительным решением по заявке на авторское свидетельство.

Вторая созданная установка позволяет испытывать заплавленный слой валка на износ в условиях циклических геплосмен, максимально приближенных к реальным.

На основании полученных результатов сопоставлялась . струк-гура,фазовый состав и'свойства рабочего слоя,.что позволило выбрать наилучший режим наплавки и последующей термообработки.

В результате обработки экспериментальных данных получены голиноминальные уравнения регрессии для изучаемых факторов, [оказывающие раздельное и суммарное влияние исследуемых акторов на сирину (в) и высоту (а) наплавленного слоя:

а = 7.349 - 0.012»1 - 0.135»7, т ; \ (I)

в = 5.332 + 0.063«1 - 0.312«7 + 4.9»10"5«1»Т , Ш ; (2) ок наплавки,А; V - скорость наплавки, ц/ч; Т - температура рвдварительного подогрева,°С.

Для оценки влияния параметров наплавки на микротвердость и твердость наплавленного слоя область параметров факторного эксперимента была разбита на два интервала монотонности по току: 1.1 120..Л80А; 2) 180...240А, с учетом того, что при больших токах на формирование структуры, а следовательно, и на твердость наплавленного слоя начинает оказывать влияние новый фактор - доля участия основного металла в наплавленном.

Уравнения регрессии в натуральных выражениях имеют вид: ЁКС^ = 57.906 - 0.027*1 + 0.254*7 - 0.036*Т - 1.5*10"3*1*У + + 1.6*10~4*1*Т + 9.1 »10-4»Т»У ; (3)

266.036 +0.620*1 - 2.506*У + 1.506*Т + 0.095*1*У-

- б.5*10~3*1*Г - 0.032*Т*7 , (4)

где НКС^ и Н^- соответственно твердость и микротвердость наплавленного слоя в интервале изменения тока 120...180А.

Для интервала изменения тока 180...240А уравнения регрессии в натуральных выражениях имеют вид: ^ Ш1С2 = 68.564 - 0.101*1 + 0.127*7 + 1.11*10~3*1*7 -

- 6,8*10~4*1*Т ; (5)

509.884 - 0.857*1 +'27.030*7 +'1.034*1 - 0.058*1*7- 0.03*10~3]>Т - 0.044*1*7 , (6) где ШС2 и Н^- соответственно твердость и' микротвердость наплавленного слоя в интервале изменения тока 180...240А.

Влияние параметров наплавки на функции отклика в изучаемых интервалах различно, что связано, как было показано ранее, с принципиальными отличиями структуры наплавленного слоя.

На основании полученных экспериментальных данных и установленных ' закономерностей предложены технологические режимы восстановления и упрочнения металлургической оснастки и инструмента горячего деформирования методом плазменной наплавки. После отработки технологии йа натурных образцах была

проведена плазменная наплавка опытной партии раскатных валков линии" Вагнер 630" п/о "Камаз".

Производственным испытаниям подвергались валки с различной термической обработкой и составом рабочего слоя по четырём вариантам. - •

" I. Объёмная термическая обработка: закалка с 1030°С, охлаждение в масло, отпуск при 570°С (ТО).

2. Азотирование при температуре 530...550°С в течение 48 часов после термической обработки по.варианту I (ТО+А).

3.Наплавка рабочего слоя электродом ОЗШ-З по технологии завода после термической обработки по варианту I (ТО+НЭ).

4.Плазменная наплавка Н73Н6СЗРЗ (Пг-СРЗ) после термической обработки по варианту I (ТО+ПН).

Таблица 4

Износостойкость раскатных валков стана "Вагнер 630",, упрочненных по различным вариантам

Показатели ТО ТО+А ТО+НЭ ТО+ПН

Реальная стойкость валков • 800 1580 1600 2000 400 1392 3184 4140

Повышение износостойкости, раз 0.8..1.5 1.6..2,0 0,4..1,3 3,2..4,1

По результатам испытаний четырех партий валков установлено, что наплавка изношенных валков сплавом Н7ЭХ16СЗРЗ обеспечивает: ■ - увеличение эксплуатационной стойкости не менее чем в. 1.5...2,0 раза по сравнению с азотированными вапкащ:

- увеличение эксплуатационной стойкости не менее чем в 3,0...4.0 раза по' сравнению с валком, наплавленным по заводской технологии электродом ОЗШ-З

Основные положения технологии восстановления инструмента распространены на наплавку деталей металлургической оснастки, работающих . в условиях циклических теплосмен: роликов отводящего рольганга стана 650 Нижнетагильского металлургического комбината и роликов валковой подачи пресса 400тс Салдинского металлургического завода. Эксплуатация этих изделий показала увеличение износостойкости соответственно в 3 и 4 раза. Внедрение технологии наплавки на Нижнетагильском металлургическом комбинате дало годовой экономический эффект 940 тыс. рублей (1991г.) при долевом участии автора 94 тыс. рублей..

общие вывода

I.Изучено влияние на структуру, химический, фазовый состав и эксплуатационные свойства рабочего слоя раскатных валков (Н73Н6СЗРЗ- 4Х5МФС) основных параметров плазменной наплавки: тока, скорости, температуры предварительного подогрева. -

2.Установлено, что при широкослойной наплавке в матрице с ГЦК решеткой формируются крупные выделения избыточных фаз. в основном Ме7(С,В)д в виде призм, длина которых достигает 200мк

и глобулярных частиц Ме3(С,В) диаметром до 20 мкм, а также колонии эвтектики Ме7(С,В) и Ые^С.В^ диаметром до 40мк

что обусловлено малым перегревом, минимальной долей участия основного металла в наплавленном и низкими скоростями охлаждения.

3. Варьирование теоловложения за счет изменения тока, скорости, температуры предварительного подогрева при плазменной наплавке одиночными валиками сплава Н7ЭЫ6СЗРЗ приводит к существенному изменению структуры наплавленного слоя, причем из

исследованных параметров наиболее сильное влияние оказывает ток наплавки, а наиболее слабое - скорость. При. наименьшем теп-ловложении (1=120А; У=17м/ч; Т=20°С) в наплавленном слое присутствуют карбоборида Ме3(С,В), Мв2з(С,В)6 в форме глобулей, . Ме7(С,В) в виде мелких игл и стержней, размеры которых не превышают 10 мкм. Увеличение тепловложения благодаря повышению тока наплавки до 180А, способствующее замедлению скорости охлаждения, создабт благоприятные условия для роста частиц избыточных фаз в форме игольчатых выделений размером до 30...70мкм и розеток эвтектики Ме-^С.ВЭд. При максимальном тепловложении (1=240А; ¥=7м/ч; Т=300°С) на формирование структуры существенное влияние оказывает доля участия основного металла в наплавленном, что приводит к образованию в покрытии в преимущественно двухфазной (Ме3(С,В)+т) дендритно-ячеистой структуры, характерной для доэвтектических сплавов.

4 .Показано, что формирование грубой структуры наплавленного слоя, вызывает его повышенный износ за счет выкрашивания твердых избыточных фаз. Наибольшей износостойкостью обладают два типа микроструктуры: дендритно-ячеистая, формирующаяся при максимальном тепло вложении, и с дисперсными выделениями избыточных фаз, когда тепловлохение минимально .Хотя износостойкость слойв, наплавленных по этим режимам, близка, покрытие, наплавленное с минимальным тепловложением,содержит большое количество трещин в наплавленном слое как в исходном состоянии, так и после испытаний на износостойкость. Режимы с большим тепловложением рекомендованы как оптимальные, так как обеспечивают высокую износостойкость и трещиностойкость наряду с большей производительностью и малой твердостью покрытия, облегчающей его механическую обработку.

5-На основе результатов исследования структуры и свойств

композиции Н73Н6СЗРЗ-4Х5МФС предложена и "опробована технология восстановления раскатных валков линии" Вагнер 630" методом плазменно- порошковой наплавки. Эксплуатация валков на п/о "Камаз" показала увеличение ресурса их- работы в 3...4 раза. Основные положения технологии наплавки .валков были распространены на наплавку деталей металлургической оснастки, работавдих в условиях циклических теплосмен: роликов отводящего рольганга стана 650 Нижнетагильского

металлургического комбината и роликов валковой подачи пресса 400тс Салдинского металлургического завода. Производственные испытан?0 показали повышение износостойкости соответственно в 3 и 4 раза. Внедрение технологии наплавки на Нижнетагильском металлургическом комбинате дало годовой экономический эффект 940 тыс. рублей (1991г.) при долевом участии автора 94 тыс. рублей.

По теме диссертации опубликованы следувдие работы: I .Определение критерия оптимизации процесса напыления никелевых самофлюсущихся сплавок/Гершензон С.М. .Батуев А.З., Шевченко о.И.Другов С.Н.//Теория и практика сварочного производства: Межзузовский сборник. Свердловск: изд.УПИ им.С.М. Кирова, 1986.' С87-90 .....

2.Исследование термических циклов при поверхностном упрочнении наплавкой / Шевченко О.И., Давыдов В.И., Журав - •

лев В.И.,Фарбер В.М. // Современные методы термической, химико-термической обработки поверхностного'упрочне ния деталей машин и инструментов:»Твз. докл. Республ. научно-техн. конф. Ташкент, 1990. С. 73-74.

3.Положительнэе решение по заявке на выдачу авторского свидетельства. МКИ5 С21 I 1/56.Установка для исследования структуры и свойств зоны термического влияния / Шевченко О.И.,

-21- ___

Фарбор В.М...Журавлёв В.Й., Суслова Л.Ю. »493214^02/014742-- от И.II.91.

4.Фарбер В.М..Шевченко О.И. Структура покрытий из никелевых самофяюсувдихся сплавов при плазменной наплавке / Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработки в машиностроении и ме таллургии гТе з.докл. Всесоюз. научно-техн. конф. Новокузнецк. 1991. >С,54-55. 5 .Поверхностное упрочнение стали электродуговой закалкой / Сафонов ЕЛ., Журавлбв В.И., Старков В.В., Шевченко О.И. //

Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и

г .

химикотермической обработки в машиностроении и металлургиигтез. докл.Всесоюз.научно-техн. конф. Новокузнецк. 1991. C.6I-63.

6.Фарбер В.М., Шевченко O.K. Влияние режимов наплавки на -структуру наплавленного слоя H73XI6C3P3/ Урал. политехи, ин. Свердловск, 1991. 7 с. Деп. "в Черметинформации 30.09.92.

Ji 5850. " .

7.Шевченко О.И., Журавлбв В.И., Фарбер В.М. Структура и фазовый состав покрытия H73H6C3P3, полученного плазменной наплавкой //Известия* вузов.Чбрная металлургия.ИО: 1992. с.23.

Подписано в печать 26.02.93- ■ • Формат 60x84 I/I6 Бумага ,"писчая Плеская печать Усл.п.л. 1,16 Уч.—изд.л. 0,95' Тираж 100 Заказ 125 Бесплатно

Редакционнс-гздательекий стдел УГГУ-УПИ 620002, Екатеринбург, УПУ-УШ, 8-й учебный корпус принт УПУ-УПИ. 620002, Екатеринбург, УГГУ-УПИ,' 8-й уч. корпус