Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому
Методом детонацiйного напилення на зразках iз конструкцiйної сталi отримано покриття iз композицiйного конгломерованого порошку на основi карбiду титану–хрому. Дослiджено технологiчнi властивостi порошку для напилення, а також склад, структуру, механiчнi та триботехнiчнi властивостi покриттiв iз нь...
Збережено в:
| Дата: | 2015 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2015
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96201 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому / В.П. Коновал, В.В. Акопян, О.Д. Костенко, К.М. Гальцов, Т.В. Мосіна // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 4. — С. 77-82. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-96201 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-962012018-08-26T16:16:16Z Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому Коновал, В.П. Акопян, В.В. Костенко, О.Д. Гальцов, К.М. Мосіна, Т.В. Матеріалознавство Методом детонацiйного напилення на зразках iз конструкцiйної сталi отримано покриття iз композицiйного конгломерованого порошку на основi карбiду титану–хрому. Дослiджено технологiчнi властивостi порошку для напилення, а також склад, структуру, механiчнi та триботехнiчнi властивостi покриттiв iз нього. Одержанi покриття мають гетерофазну дрiбнодисперсну структуру з рiвномiрним розподiлом фаз та високу зносостiйкiсть (I = 2 ÷ 3 мкм/км) в умовах тертя–ковзання без мастила при навантаженнях до 2 МПа. Методом детонационного напыления на образцах из конструкционной стали получены покрытия из композиционного конгломерированного порошка на основе карбида титана–хрома. Исследованы технологические свойства порошка для напыления, а также состав, структура, механические и триботехнические свойства покрытий из него. Полученные покрытия имеют гетерофазную мелкодисперсную структуру с равномерным распределением фаз и высокую износостойкость (I = 2 ÷ 3 мкм/км) в условиях трения–скольжения без смазки при нагрузках до 2 МПа. The coatings of titanium-chromium-carbide-based composite powders have been deposited on a structural steel by the detonation method. The technological properties of the powders for spraying, as well as the composition, structure, and mechanical and tribotechnical properties of the coatings, have been studied. The obtained coatings have heterophase fine structure with uniform phase distribution, high wear-resistance (I = 2 ÷ 3 mkm/km) under dry friction-sliding condition at loads up to 2 MPa. 2015 Article Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому / В.П. Коновал, В.В. Акопян, О.Д. Костенко, К.М. Гальцов, Т.В. Мосіна // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 4. — С. 77-82. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96201 621.762:621.793.79 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Матеріалознавство Матеріалознавство |
| spellingShingle |
Матеріалознавство Матеріалознавство Коновал, В.П. Акопян, В.В. Костенко, О.Д. Гальцов, К.М. Мосіна, Т.В. Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому Доповіді НАН України |
| description |
Методом детонацiйного напилення на зразках iз конструкцiйної сталi отримано покриття iз композицiйного конгломерованого порошку на основi карбiду титану–хрому.
Дослiджено технологiчнi властивостi порошку для напилення, а також склад, структуру, механiчнi та триботехнiчнi властивостi покриттiв iз нього. Одержанi покриття мають гетерофазну дрiбнодисперсну структуру з рiвномiрним розподiлом фаз та
високу зносостiйкiсть (I = 2 ÷ 3 мкм/км) в умовах тертя–ковзання без мастила при навантаженнях до 2 МПа. |
| format |
Article |
| author |
Коновал, В.П. Акопян, В.В. Костенко, О.Д. Гальцов, К.М. Мосіна, Т.В. |
| author_facet |
Коновал, В.П. Акопян, В.В. Костенко, О.Д. Гальцов, К.М. Мосіна, Т.В. |
| author_sort |
Коновал, В.П. |
| title |
Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому |
| title_short |
Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому |
| title_full |
Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому |
| title_fullStr |
Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому |
| title_full_unstemmed |
Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому |
| title_sort |
механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2015 |
| topic_facet |
Матеріалознавство |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96201 |
| citation_txt |
Механічні та триботехнічні властивості детонаційних покриттів із композиційного матеріалу на основі карбіду титану–хрому / В.П. Коновал, В.В. Акопян, О.Д. Костенко, К.М. Гальцов, Т.В. Мосіна // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 4. — С. 77-82. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT konovalvp mehaníčnítatribotehníčnívlastivostídetonacíjnihpokrittívízkompozicíjnogomateríalunaosnovíkarbídutitanuhromu AT akopânvv mehaníčnítatribotehníčnívlastivostídetonacíjnihpokrittívízkompozicíjnogomateríalunaosnovíkarbídutitanuhromu AT kostenkood mehaníčnítatribotehníčnívlastivostídetonacíjnihpokrittívízkompozicíjnogomateríalunaosnovíkarbídutitanuhromu AT galʹcovkm mehaníčnítatribotehníčnívlastivostídetonacíjnihpokrittívízkompozicíjnogomateríalunaosnovíkarbídutitanuhromu AT mosínatv mehaníčnítatribotehníčnívlastivostídetonacíjnihpokrittívízkompozicíjnogomateríalunaosnovíkarbídutitanuhromu |
| first_indexed |
2025-07-07T03:24:20Z |
| last_indexed |
2025-07-07T03:24:20Z |
| _version_ |
1836956947099680768 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
4 • 2015
МАТЕРIАЛОЗНАВСТВО
УДК 621.762:621.793.79
В.П. Коновал, В. В. Акопян, О. Д. Костенко, К.М. Гальцов,
Т.В. Мосiна
Механiчнi та триботехнiчнi властивостi детонацiйних
покриттiв iз композицiйного матерiалу на основi
карбiду титану–хрому
(Представлено членом-кореспондентом НАН України О.М. Григорьєвим)
Методом детонацiйного напилення на зразках iз конструкцiйної сталi отримано по-
криття iз композицiйного конгломерованого порошку на основi карбiду титану–хрому.
Дослiджено технологiчнi властивостi порошку для напилення, а також склад, струк-
туру, механiчнi та триботехнiчнi властивостi покриттiв iз нього. Одержанi покрит-
тя мають гетерофазну дрiбнодисперсну структуру з рiвномiрним розподiлом фаз та
високу зносостiйкiсть (I = 2 ÷ 3 мкм/км) в умовах тертя–ковзання без мастила при
навантаженнях до 2 МПа.
Детонацiйне напилення є рiзновидом високотемпературного газотермiчного методу напи-
лення з повним або частковим нагрiвом напилюваного матерiалу та подальшим його при-
скоренням i переносом на напилювану деталь за допомогою продуктiв детонацiї. Завдяки
високiй мiцностi зчеплення покриттiв з основою (до 300 МПа) та їх щiльностi (наближається
до 100%), а також можливостi напилення широкого класу матерiалiв (включаючи керамiчнi
та металокерамiчнi) детонацiйний метод є кращим серед методiв газотермiчного напилен-
ня i застосовується при виготовленнi та ремонтi деталей авiацiйної, нафтогазовидобувної,
автомобiльної промисловостi, атомної та теплової енергетики [1, 2].
Функцiональнi властивостi детонацiйних покриттiв значною мiрою залежать вiд режи-
мiв напилення, способу пiдготовки поверхнi основи, але найбiльше — вiд властивостей ма-
терiалу, що наноситься [3, 4]. Перспективними з точки зору фiзико-механiчних та трибо-
технiчних властивостей є тугоплавкi сполуки титану. Основним недолiком цих матерiалiв
є досить висока крихкiсть, тому бiльш поширеним є їх використання як твердої складової
композицiйних матерiалiв разом з металевими зв’язками iз нiкелю, залiза, кобальту, хрому
та їх сплавiв. Такi композицiйнi матерiали за властивостями наближаються до широко ви-
користовуваних в промисловостi твердих сплавiв на основi карбiду вольфраму (ВК, ТК),
але при цьому мають значно нижчу густину (4–6 г/см3), що з урахуванням об’ємного фак-
© В. П. Коновал, В.В. Акопян, О.Д. Костенко, К.М. Гальцов, Т.В. Мосiна, 2015
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №4 77
Рис. 1. Мiкроструктура композицiйного порошку системи TiCrC–Fe–Cr
тора робить їх значно дешевшими. Хорошим поєднанням комплексу властивостей харак-
теризується композицiйний матерiал на основi карбiду титану–хрому iз зв’язкою на основi
залiза. Матерiал системи TiCrC–Fe–Cr був успiшно використаний для електроiскрового та
плазмового напилення покриттiв рiзного функцiонального призначення [5, 6].
Композицiйний конгломерований порошок системи TiCrC–Fe–Cr отримували шляхом
перемiшування з одночасним подрiбненням складових компонентiв в планетарному млинi.
Одержана порошкова шихта з розмiром частинок 1–4 мкм брикетувалася з подальшим
спiканням при температурi 1200–1300 ◦С. Спеченi брикети подрiбнювалися i просiювалися
через стандартнi сита з квадратною комiркою вiдповiдного розмiру [7]. Для отриманих
порошкiв визначалися технологiчнi властивостi: текучiсть (t = 51 c) [8], насипна щiльнiсть
(γ = 1,837 г/см3) [9], середнiй розмiр частинок порошку (d = 35 мкм).
Детонацiйнi покриття наносилися на зразки iз сталi 30ХГСА на установцi “Днiпро-5М”
при режимах: дистанцiя напилення L = 160 мм, витрати газiв VC2H2
= 0,04 м3, VO2
=
= 0,075 м3, Vпов = 0,025 м3, тиск повiтря P = 0,27 МПа, циклiчнiсть f = 4 Гц. Мiцнiсть
зчеплення покриттiв з основою оцiнювалася якiсно, шляхом вигину сталевої пластини (65×
×15×2 мм) з покриттям на 90 ◦ в бiк поверхнi без покриття. В результатi таких навантажень
поверхня з покриттям витримує розтягуючi напруження, якi призводять до руйнування
покриття в мiсцi вигину. Структура покриттiв вивчалася на мiкроскопi МИМ-10, твердiсть
вимiрювалася на мiкротвердомiрi ПМТ-3. Триботехнiчнi властивостi вивчалися в умовах
тертя–ковзання без мастила за схемою диск–палець при швидкостях тертя V = 1 ÷ 6 м/с
i навантаженнях P = 1 ÷ 3 МПа.
Компактний композицiйний матерiал системи TiCrC–Fe–Cr має дрiбнодисперсну гетеро-
фазну структуру з рiвномiрним розподiлом зерен TiCrC i сплаву FeCr, склад яких близький
до вихiдного. Також цей матерiал має хорошi механiчнi властивостi: HV = 22 ГПа, HRA 90,
σвиг = 1020 МПа, K1C = 10,8 МН · м−3/2. Порошковий матерiал даної системи являє собою
багатограннi конгломерати з частинками округлої форми, середнiй розмiр яких становить
30–60 мкм (рис. 1).
Значний вплив на склад, структуру i властивостi детонацiйних покриттiв мають режими
нанесення та попередня пiдготовка поверхнi основи. При виборi оптимальних режимiв на-
пилення, наведених вище, враховувалися фiзичнi властивостi матерiалу (температура плав-
лення, коефiцiєнт лiнiйного теплового розширення) та технологiчнi властивостi порошкiв
(гранулометричний склад, текучiсть).
78 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2015, №4
Рис. 2. Мiкроструктури детонацiйних покриттiв iз композицiйного матерiалу TiCrC–Fe–Cr: а — без пiдшару;
б — пiдшар детонацiйного покриття iз сплаву NiCr
Для отримання якомога вищої мiцностi зчеплення покриття з основою використовува-
лися рiзнi способи попередньої пiдготовки поверхнi основи: 1) струменево-абразивна оброб-
ка; 2) струменево-абразивна обробка i детонацiйне напилення пiдшару NiCr товщиною 20–
30 мкм; 3) електроiскрове легування рiзними матерiалами (NiCr, матерiал, близький за
складом до матерiалу основного покриття) з подальшою струменево-абразивною обробкою.
При оцiнюваннi мiцностi зчеплення покриттiв з основою шляхом вигину пластини з по-
криттям за вiдсутностi пiдшару в мiсцi вигину спостерiгається вiдшарування покриття,
а на вiдстанi до 10 мм вiд лiнiї вигину по краях пластини в покриттi утворюються трiщини.
При нанесеннi пiдшару як детонацiйним, так i електроiскровим способом, по лiнiї вигину
i на вiдстанi до 5 мм в покриттi утворюються трiщини шириною до 1 мм, а вiдшарування
вiдсутнi, що свiдчить про вищу мiцнiсть зчеплення покриття з основою.
Отриманi детонацiйнi покриття мають гетерофазну дрiбнодисперсну ламелеподiбну
структуру з досить рiвномiрним розподiлом фаз (рис. 2). Покриття наносилися на поверх-
ню основи без пiдшару (рис. 2, а) та з пiдшаром (детонацiйне покриття iз Ni–Cr сплаву
товщиною 30–50 мкм) (рис. 2, б ). Незалежно вiд способу попередньої обробки поверхнi
основи, спостерiгається якiсний адгезiйний контакт мiж покриттям i основою без трiщин
i вiдшарувань.
Твердiсть отриманих покриттiв становить HV0,1 10–14 ГПа, що нижче, нiж для компа-
ктного матерiалу. Це пов’язано з формуванням дрiбнодисперсної структури покриття, яка
мiстить тугоплавку i металеву фази, а також нижчої щiльностi покриття, нiж компактного
матерiалу. Твердiсть матерiалу основи (2–3 ГПа) i пiдшару (4–5 ГПа) вiдповiдає вихiдним
значенням.
Для одержаних покриттiв також були визначенi триботехнiчнi властивостi в умовах
тертя–ковзання без мастила. Випробування попередньо вiдшлiфованих покриттiв проводи-
лися при рiзних швидкостях (V = 1÷6 м/с), тиску (P = 1÷3 МПа) i дистанцiї (L = 1; 5 км)
тертя. При V = 1 м/с, P = 1 МПа зразки iз сталi без покриття iнтенсивно зношуються,
тодi як розробленi покриття мають досить високу зносостiйкiсть (рис. 3). Iз збiльшенням
дистанцiї тертя iнтенсивнiсть зношування покриттiв знижується, тодi як сталевих зраз-
кiв без покриття iстотно збiльшується. Зниження iнтенсивностi зношування покриттiв при
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №4 79
Рис. 3. Iнтенсивнiсть зношування сталi 30ХГСА з детонацiйним покриттям (ДП) i без покриття при рiзних
дистанцiях тертя
Рис. 4. Вплив тиску i швидкостi тертя на iнтенсивнiсть зношування покриття (L = 5 км)
збiльшеннi дистанцiї тертя (див. рис. 3) пов’язане з припрацюванням покриттiв, вiдсутнiстю
адгезiйної взаємодiї мiж зразком i контртiлом, а також, внаслiдок пiдвищення температури,
що iнтенсифiкує процеси формування вторинних структур в зонi тертя, якi можуть вико-
нувати функцiї твердого мастила. Для зразкiв без покриття збiльшення дистанцiї тертя
призводить до нагрiвання зразкiв i зниження їх твердостi, а вiдповiдно — i зносостiйкостi
(див. рис. 3). Iз збiльшенням тиску i швидкостi тертя iнтенсивнiсть зношування покрит-
тiв збiльшується (рис. 4). Швидкiсть тертя значно меншою мiрою впливає на зносостiй-
кiсть, нiж тиск. При збiльшеннi тиску вiд 1 до 2 МПа iнтенсивнiсть зношування збiльши-
лася в два рази, хоч i залишалася вiдносно невеликою (I = 3 мкм/км). При P = 3 МПа
темпи зростання iнтенсивностi зношування значно зростають (I = 8,2 мкм/км), що свiд-
чить про змiни в механiзмах тертя i зношування. При швидкостях тертя вище 4 м/с та-
кож вiдбувається збiльшення темпiв росту iнтенсивностi зношування (див. рис. 4), що мо-
же бути наслiдком руйнування або виносу з зони тертя вторинних структур, зниження
80 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2015, №4
рiвня механiчних властивостей, пов’язаного з пiдвищенням температури робочих повер-
хонь.
На iнтенсивнiсть зношування розроблених покриттiв при тертi–ковзаннi без масти-
ла швидкiсть тертя значно менше впливає, нiж навантаження. При високих швидкостях
i малих навантаженнях працюють пiдшипники ковзання, ущiльнювачi. Поєднання високих
швидкостей i навантажень в одному вузлi є надзвичайно екстремальними умовами роботи
i зустрiчається досить рiдко. В промисловостi бiльш поширеними є вузли тертя з висо-
кими навантаженнями i вiдносно малими швидкостями (направляючi вали i втулки пiд-
йомно-транспортних машин, деталi машин полiграфiчної i паперової промисловостi тощо).
Саме в таких умовах можуть бути використанi розробленi покриття.
Таким чином, проведенi дослiдження показали, що розробленi композицiйнi порошки
на основi карбiду титану–хрому є перспективним матерiалом для детонацiйного напилен-
ня робочих поверхонь сталевих деталей. Отриманi покриття характеризуються хорошими
механiчними i триботехнiчними властивостями та рiвномiрною дрiбнодисперсною гетеро-
фазною структурою. Однiєю з потенцiйних галузей застосування розроблених покриттiв
можуть бути поверхнi валiв, втулок, направляючих, якi працюють в умовах тертя–ковзання
без мастила при досить високих навантаженнях (P = 1 ÷ 3 МПа).
1. Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.Л., Ардртовская Е.Н. Газотермическое покрытия из
порошковых материалов. – Киев: Наук. думка, 1987. – 550 с.
2. Самсонов Г. В. Эпик А.П. Покрытия из тугоплавких соединений. – Москва: Металлургия, 1973. –
400 с.
3. Астахов Е.А. Основные аспекты управления свойствами детонационных покрытий // Порошк. ме-
таллургия. – 2008. – № 1/2. – С. 91–104.
4. Щепетов В.В., Волхов А.М. Увеличение износостойкости детонационных покрытий путем оптими-
зации режимов нанесении // Трение и износ. – 1990. – № 5. – С. 844–848.
5. Уманский А.П., Коновал В.П., Панасюк А.Д. и др. Cтруктура и свойства плазменных покрытий
из композиционных порошковых сплавов системы (TiCrC)–Fe–Cr // Порошк. металлургия. – 2007. –
№ 3/4. – С. 37–45.
6. Коновал В.П., Уманський О.П., Панасюк А.Д. та iн. Формування електроiскрових покриттiв iз
композицiйних матерiалiв на основi карбiду i дибориду титану-хрому // Сверхтв. материалы. – 2009. –
№ 4. – С. 84–91.
7. ГОСТ 18318–94. Порошки металлические. Определение размера частиц сухим просеиванием. – ИПК
“Изд-во стандартов”, 1996.
8. ГОСТ 20899–98. Порошки металлические. Определение текучести с помощью калиброванной воронки
(прибора Холла). – ИПК “Изд-во стандартов”, 2001.
9. ГОСТ 19440–94. Порошки металлические. Определение насыпной плотности. Часть 1. Метод с ис-
пользованием воронки. – ИПК “Изд-во стандартов”, 1996.
Надiйшло до редакцiї 21.10.2014Iнститут проблем матерiалознавства
iм. I.М. Францевича НАН України, Київ
В.П. Коновал, В.В. Акопян, А. Д. Костенко, К. Н. Гальцов, Т. В. Мосина
Механические и триботехнические свойства детонационных
покрытий из композиционного материала на основе карбида
титана–хрома
Методом детонационного напыления на образцах из конструкционной стали получены по-
крытия из композиционного конгломерированного порошка на основе карбида титана–хрома.
Исследованы технологические свойства порошка для напыления, а также состав, структу-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №4 81
ра, механические и триботехнические свойства покрытий из него. Полученные покрытия
имеют гетерофазную мелкодисперсную структуру с равномерным распределением фаз и вы-
сокую износостойкость (I = 2÷ 3 мкм/км) в условиях трения–скольжения без смазки при
нагрузках до 2 МПа.
V.P. Konoval, V. V. Akopyan, A. D. Kostenko, K.N. Galtsov, T. V. Mosina
Mechanical and tribotechnical properties of detonation coatings of
a composite on the basis of Ti–Cr carbide
The coatings of titanium-chromium-carbide-based composite powders have been deposited on a
structural steel by the detonation method. The technological properties of the powders for spraying,
as well as the composition, structure, and mechanical and tribotechnical properties of the coatings,
have been studied. The obtained coatings have heterophase fine structure with uniform phase di-
stribution, high wear-resistance (I = 2 ÷ 3 mkm/km) under dry friction-sliding condition at loads
up to 2 MPa.
82 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2015, №4
|