Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом
Исследовано влияние исходной структуры и гранулометрического состава присадочного порошка ПГ-10Р6М5 на структурное состояние наплавленного металла, полученного плазменно-порошковой наплавкой с применением ука-занного порошка. Показано, что при наплавке прослеживается эффект наследования наплавленным...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101917 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом / И.А. Рябцев, Е.Ф. Переплетчиков, И.В. Миц, И.А. Бартенев // Автоматическая сварка. — 2007. — № 10 (654). — С. 23-27. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859588072937619456 |
|---|---|
| author | Рябцев, И.А. Переплетчиков, Е.Ф. Миц, И.В. Бартенев, И.А. |
| author_facet | Рябцев, И.А. Переплетчиков, Е.Ф. Миц, И.В. Бартенев, И.А. |
| citation_txt | Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом / И.А. Рябцев, Е.Ф. Переплетчиков, И.В. Миц, И.А. Бартенев // Автоматическая сварка. — 2007. — № 10 (654). — С. 23-27. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Исследовано влияние исходной структуры и гранулометрического состава присадочного порошка ПГ-10Р6М5 на структурное состояние наплавленного металла, полученного плазменно-порошковой наплавкой с применением ука-занного порошка. Показано, что при наплавке прослеживается эффект наследования наплавленным металлом струк-туры порошка ПГ-10Р6М5: чем больше в нем содержание α-фазы, тем больше ее в наплавленном металле при соответствующем уменьшении содержания γ-фазы.
The influence of structure and granulometric composition of PG-10R6M5 filler powder on structure of the deposited metal produced by plasma-powder surfacing with application of the above powder was studied. It is shown that the effect of the deposited metal inheriting the structure of PG-10R6M5 powder is traceable in surfacing: the higher the content of α-phase in it, the larger its amount in the deposited metal at the respective lowering of the content of γ-phase.
|
| first_indexed | 2025-11-27T11:24:28Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.927.55:621.791.92.02
ВЛИЯНИЕ ИСХОДНОЙ СТРУКТУРЫ
И ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА
ПОРОШКА НА СТРУКТУРУ МЕТАЛЛА 10Р6М5,
НАПЛАВЛЕННОГО ПЛАЗМЕННО-ПОРОШКОВЫМ СПОСОБОМ
И. А. РЯБЦЕВ, Е. Ф. ПЕРЕПЛЕТЧИКОВ, И. В. МИЦ, кандидаты техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины),
И. А. БАРТЕНЕВ, канд. техн. наук (Политехн. ин-т, г. Караганда, Казахстан)
Исследовано влияние исходной структуры и гранулометрического состава присадочного порошка ПГ-10Р6М5 на
структурное состояние наплавленного металла, полученного плазменно-порошковой наплавкой с применением ука-
занного порошка. Показано, что при наплавке прослеживается эффект наследования наплавленным металлом струк-
туры порошка ПГ-10Р6М5: чем больше в нем содержание α-фазы, тем больше ее в наплавленном металле при
соответствующем уменьшении содержания γ-фазы.
К л ю ч е в ы е с л о в а : плазменно-порошковая наплавка,
быстрорежущая сталь, присадочный порошок, микрост-
руктура, гранулометрический состав, наплавленный ме-
талл, структурная наследственность
Структурная наследственность в системе напла-
вочный материал–сварочная ванна–наплавленный
металл может оказывать двойственное влияние на
свойства наплавленного металла [1]. Благодаря
структурной наследственности можно от наплавоч-
ных материалов передавать наплавленному металлу
такие положительные качества, как мелкозернис-
тость структуры, равномерное распределение уп-
рочняющей фазы (карбидов, карбонитридов, бори-
дов, карбоборидов), определенную направленность
дендритов и пр. В то же время при наплавке про-
является и отрицательная сторона структурной нас-
ледственности: вредные примеси и неметалличес-
кие включения из наплавочных материалов могут
переходить в наплавленный металл и ухудшать его
структуру и свойства.
В наибольшей степени влияние структурной
наследственности проявляется при тех способах
наплавки, в которых наплавочные материалы не
являются токоведущими и отсутствует жесткая
связь между током дуги и производительностью
расплавления наплавочного материала. Одним из
таких способов является плазменно-порошковая
наплавка. Значительная неравномерность нагрева
порошка (дискретных частиц) в плазменной дуге
и возможность поступления в сварочную ванну
нерасплавившихся частиц порошка должны вли-
ять на ее размеры, массу и температуру [2, 3],
а также на характер кристаллизации, структуру
и эксплуатационные свойства наплавленного ме-
талла.
Структурной наследственностью можно управ-
лять путем изменения состава, структуры и формы
наплавочных материалов, а также теплового, кине-
тического и шлакового (в тех способах наплавки,
где используется флюс) режимов наплавки.
Цель настоящей работы — исследовать влияние
присадочного порошка ПГ-10Р6М5 различных
фракций на структуру наплавленного металла, по-
лученного плазменно-порошковым способом на-
плавки. Для исследований выбран порошок ПГ-
10Р6М5 как один из наиболее распространенных
материалов, применяемых при плазменной наплав-
ке порошков на железной основе.
В зависимости от конструкции плазмотрона
для наплавки применяют присадочные порошки
с размером частиц 40…315 мкм (реже до
400 мкм), получаемые, как правило, путем рас-
пыления жидкого металла инертным газом или
водой.
Исследована структура порошка ПГ-10Р6М5
фракции минимального 40…50 (рис. 1) и макси-
мального 250…315 мкм (рис. 2) размеров. Уста-
новлено, что фракция порошка 40...50 мкм, ко-
торая кристаллизуется с большей скоростью, име-
ет очень мелкую структуру и с трудом иденти-
фицируется даже при увеличении 2000 (рис. 1,
г). При таком увеличении в структуре порошка
видны дендриты, ориентированные в основном к
центру частицы порошка, и эвтектическая сос-
тавляющая по границам зерен.
Структура порошка ПГ-10Р6М5 фракции
200…315 мкм отличается от предыдущей более
крупными разориентированными зернами (рис. 2,
б) и по своему характеру приближается к струк-
туре литой быстрорежущей стали 10Р6М5 [4]. При
© И. А. Рябцев, Е. Ф. Переплетчиков, И. В. Миц, И. А. Бартенев, 2007
10/2007 23
большом увеличении (рис. 2, в) по границам зерен
наблюдаются выделения эвтектической составля-
ющей, а внутри зерен — мартенситные иглы и
остаточный аустенит.
Для определения фазового состава проведен рен-
тгеноструктурный анализ порошка ПГ-10Р6М5 раз-
личных фракций и металла, полученного плаз-
менно-порошковой наплавкой с использованием
указанного порошка (табл. 1). Если в структуре
порошка мелкой фракции превалирует γ-фаза
(59,88 %), то в порошках крупной фракции, нао-
борот, содержится больше α-фазы (55,14 %), сос-
тоящей из мартенсита и феррита. В структуре по-
рошка обеих фракций отсутствуют карбидные
включения. Преемственность структуры порошка
наплавленным металлом иллюстритует рис. 3, где
приведены рентгенограммы порошка фракции
40…50 мкм и металла, наплавленного этим по-
рошком.
В наплавленном металле увеличивается содер-
жание α-фазы, но поскольку ее содержание выше
в порошке крупной фракции, то соответственно
и в наплавленном металле, полученном с приме-
Рис. 1. Микроструктура частиц порошка ПГ-10Р6М5 диаметром 50 мкм: а — 200; б — 400; в — 630; г — 2000
(травление в растворе HNO3+HCl+глицерин)
Т а б л и ц а 1. Результаты рентгеноструктурного анализа порошка ПГ-10Р6М5 различных фракций и наплавленного
металла, полученного с использованием этого порошка*
Исследуемый материал Фракция, мкм
Фазовый состав, мас. % (а, нм) Содержание карбидов
Мо2С, мас. % (а; с, нм)
α-фаза γ-фаза
Порошок ПГ-10Р6М5 40...50 40,12 (0,2885) 59,88 (0,3626) —
Наплавленный металл — сталь 10Р6М5 40...50 51,57 (0,2882) 43,36 (0,3610) 5,07 (0,2939; 0,4645)
Порошок ПГ-10Р6М5 250...315 55,14 (0,2897) 44,86 (0,3624) —
Наплавленный металл — сталь 10Р6М5 250...315 62,83 (0,2892) 34,45 (0,3623) 2,72 (0,2959; 0,4665)
Пр и м е ч а н и е . a и c — параметры решетки.
* Рентгеноструктурные исследования выполнены канд.
техн. наук М. В. Карпецом (ИПМ им. Францевича НАН
Украины) и инж. Л. Т. Еремеевой (ИЭС им. Е. О. Патона).
24 10/2007
нением этого порошка, содержание α-фазы также
повышается, появляются карбидные включения и
их количество также разное: больше карбидных
включений в наплавленном металле, полученном
с применением порошка мелких фракций.
Если исходить из содержания α- и γ-фазы, то
при плазменно-порошковой наплавке прослежи-
вается определенное наследование структуры по-
рошка наплавленным металлом: чем больше α-
фазы в порошке, тем больше ее в наплавленном
металле, аналогично в нем уменьшается содер-
жание γ-фазы.
Количество порошка, которое может подавать-
ся в плазменную дугу и расплавляться в ней и
сварочной ванне, хотя и зависит от режима нап-
лавки, но не напрямую, как, например, при ду-
говой наплавке плавящимся электродом. Прове-
дены эксперименты по оценке влияния режима
плазменной наплавки на плавление присадочного
порошка быстрорежущей стали ПГ-10Р6М5 раз-
личного фракционного состава, которые показали,
что увеличение доли крупных фракций в приса-
дочном порошке вызывает необходимость повы-
шения тока наплавки (рис. 4). Кривая 1 на этом
рисунке получена для порошков следующих фрак-
ций: 40…63 мкм (средний диаметр частиц dср =
= 50 мкм); 80…125 мкм (dср = 100 мкм);
125…160 мкм (dср = 140 мкм); 160…200 мкм
Рис. 3. Зависимость интенсивности I рентгеновского излуче-
ния от угла отражения линий θ, характерных для указанных
структурных фаз в порошке ПГ-10Р6М5 (фракция частиц
40…50 мкм) (а) и металле, полученном плазменно-порошко-
вой наплавкой с применением указанного порошка (б)
Рис. 2. Микроструктура частиц по-
рошка ПГ-10Р6М5 фракции 200 мкм
(электролитическое травление в
хромовом ангидриде, U = 7 В,
τ = 3 с): а — 320; б — 800; в —
2000
10/2007 25
(dср = 180 мкм); 200…250 мкм (dср = 225 мкм);
250…315 мкм (dср = 280 мкм); 315…400 мкм
(dср = 360 мкм). Кривая 2 соответствует смеси по-
рошков различных фракций — мелкой (dср =
= 100 мкм) и крупной (dср = 280 мкм) фракций,
взятых в различном соотношении.
Порошки крупных фракций (dср ≥ 360 мкм) ис-
пользовать нежелательно, поскольку для их полного
расплавления необходим ток дуги Iд > 400 А, при
котором происходит излишнее проплавление ос-
новного металла, что отрицательно сказывается
на свойствах наплавленного металла. В случае ис-
пользования порошков крупных фракций при не-
достаточно большом токе в наплавленном металле
могут оставаться нерасплавившиеся частицы.
Для смесей порошков с гранулометрическим
составом широкого диапазона для полного рас-
плавления всего порошка требуется значительно
больший ток дуги, чем для порошков с узким
диапазоном гранулометрического состава (кривая
2, рис. 4).
Выполнена экспериментальная оценка влия-
ния гранулометрического состава порошка на
форму наплавляемого валика (рис. 5) при режиме
наплавки: ток дуги 240 А; скорость наплавки
12 м/ч; скорость подачи порошка 4,2 кг/ч. С уве-
личением размеров частиц порошка при одном
и том же токе дуги ширина валика уменьшается,
а его высота увеличивается, т. е. валик получается
узким и высоким, что нежелательно для наплавки.
Для исследования влияния гранулометрического
состава порошка на структуру наплавленного ме-
талла выполнена плазменная наплавка образцов из
быстрорежущей стали порошком ПГ-10Р6М5 (ско-
рость наплавки 12 м/ч, скорость подачи порошка
4,2 кг/ч). Присадочный порошок состоит из смеси
мелких (40…125 мкм) и более крупных фракций,
взятых в различном соотношении (табл. 2).
Добавка к мелкозернистому порошку 15 % по-
рошка более крупных фракций особых изменений
в его структуре не вызывает (рис. 6, а). При со-
держании крупных фракций 200…250 или
315…400 мкм около 30 % (поз. 3 и 6 табл. 2)
Рис. 4. Зависимость тока дуги Iд плазменно-порошковой нап-
лавки от диаметра d расплавляемых в дуге частиц порошка:
1, 2 — см. в тексте
Рис. 5. Влияние гранулометрического состава порошка на
ширину b (1) и высоту h (2) наплавленного валика
Т а б л и ц а 2. Влияние добавок крупных фракций порошка на структуру металла наплавленных валиков (основная
фракция — 40…125 мкм)
№ п/п
Массовая доля добавки (%) с фракцией
Iд, А Характерные особенности структуры
200...250 мкм 315...400 мкм
1 — — 205...210 Дендриты разной длины, ориентированные в одном направ-
лении
2 15 — 210...215 То же
3 30 — 215...220 Разориентированные мелкие дендриты и тонкая сетка карби-
дов по границам зерен
4 45 — 220...225 Небольшие и крупные дендриты, ориентированные к центру
кристаллизации
5 — 15 215...220 Дендриты разной длины, ориентированные в одном направ-
лении
6 — 30 220...225 Разориентированные мелкие дендриты и тонкая сетка карби-
дов по границам зерен
7 — 45 225...230 Небольшие и крупные дендриты, ориентированные к центру
кристаллизации
26 10/2007
структура наплавленного металла заметно измель-
чается, а карбидная сетка становится достаточно
тонкой (рис. 6, б).
При дальнейшем увеличении содержания ука-
занных фракций до 45 % сохраняется в основном
разориентированный характер структуры порош-
ка, но появляются более крупные дендриты, рас-
тущие к центрам кристаллизации, в качестве пос-
ледних выступают крупные частицы порошка, ко-
торые окончательно расплавляются в сварочной
ванне (рис. 6, в). Если такие частицы не успевают
полностью расплавиться, то они также выступают
в качестве центров кристаллизации (рис. 6, г).
Характер влияния на структуру наплавленного
металла обеих крупных фракций порошка при-
мерно одинаковый. Однако при большом (≥ 45
мас. %) содержании фракции 315…400 мкм в
структуре наплавленного металла значительно ча-
ще остаются нерасплавленные частицы порошка.
Таким образом, проведенные металлографи-
ческие исследования показали, что при плазмен-
но-порошковой наплавке крупные частицы при-
садочного порошка могут стать дополнительными
центрами кристаллизации. Их влияние аналогич-
но действию добавочного присадочного матери-
ала в форме гранул, который вводят в сварочную
ванну при сварке под флюсом.
Выводы
1. Рентгеноструктурный анализ показал, что при
плазменно-порошковой наплавке прослеживается
эффект структурной наследственности исходной
структуры наплавленным металлом, полученного
с использованием присадочного порошка ПГ-
10Р6М5: чем больше содержание α-фазы в по-
рошке, тем больше ее в наплавленном металле,
в соответствующей пропорции также уменьша-
ется содержание γ-фазы.
2. При наплавке с использованием смесей по-
рошков с широким диапазоном гранулометричес-
кого состава для их полного расплавления в плаз-
менной дуге требуется значительно больший ток,
чем при использовании порошков с узким диапа-
зоном гранулометрического состава.
3. Металлографические исследования показа-
ли, что при плазменной наплавке порошков мел-
кой фракции (40…125 мкм) структура наплав-
ленного металла состоит из крупных дендритов,
ориентированных в направлении теплоотвода. До-
бавка к мелкой фракции порошка ПГ-10Р6М5
30 мас. % порошка крупных (200…250 или
315…400 мкм) фракций приводит к образованию
дополнительных центров кристаллизации и из-
мельчению структуры наплавленного металла,
при увеличении массовой доли крупных фракций
до 45 мас. % в структуре наплавленного металла
могут оставаться нерасплавленные частицы при-
садочного порошка.
1. Рябцев И. А. Структурная наследственность в системе
исходные материалы–металлический расплав–твердый
металл // Автомат. сварка. — 2006. — № 11. — С. 11–16.
2. Гладкий П. В., Павленко А. В., Зельниченко А. Т. Матема-
тическое моделирование нагрева порошка в дуге при
плазменной наплавке // Там же. — 1989. — № 11. —
С. 17–21, 54.
3. Гладкий П. В., Павленко А. В., Переплетчиков Е. Ф. Тем-
пература и геометрические размеры сварочной ванны
при плазменно-порошковой наплавке // Там же. — 2006.
— № 6. — С. 15–19.
4. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. — М.: Метал-
лургия, 1975. — 584 с.
The influence of structure and granulometric composition of PG-10R6M5 filler powder on structure of the deposited
metal produced by plasma-powder surfacing with application of the above powder was studied. It is shown that the
effect of the deposited metal inheriting the structure of PG-10R6M5 powder is traceable in surfacing: the higher the
content of α-phase in it, the larger its amount in the deposited metal at the respective lowering of the content of γ-phase.
Поступила в редакцию 31.01.2007
Рис. 6. Микроструктура наплавленного металла 10Р6М5 ( 400), полученная при введении порошка крупных фракций в
мелкий присадочный порошок: а — смесь № 2; б — № 3; в — № 4 (см. табл. 2); г — нерасплавившееся включение
10/2007 27
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101917 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T11:24:28Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рябцев, И.А. Переплетчиков, Е.Ф. Миц, И.В. Бартенев, И.А. 2016-06-09T09:34:17Z 2016-06-09T09:34:17Z 2007 Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом / И.А. Рябцев, Е.Ф. Переплетчиков, И.В. Миц, И.А. Бартенев // Автоматическая сварка. — 2007. — № 10 (654). — С. 23-27. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101917 621.791.927.55:621.791.92.02 Исследовано влияние исходной структуры и гранулометрического состава присадочного порошка ПГ-10Р6М5 на структурное состояние наплавленного металла, полученного плазменно-порошковой наплавкой с применением ука-занного порошка. Показано, что при наплавке прослеживается эффект наследования наплавленным металлом струк-туры порошка ПГ-10Р6М5: чем больше в нем содержание α-фазы, тем больше ее в наплавленном металле при соответствующем уменьшении содержания γ-фазы. The influence of structure and granulometric composition of PG-10R6M5 filler powder on structure of the deposited metal produced by plasma-powder surfacing with application of the above powder was studied. It is shown that the effect of the deposited metal inheriting the structure of PG-10R6M5 powder is traceable in surfacing: the higher the content of α-phase in it, the larger its amount in the deposited metal at the respective lowering of the content of γ-phase. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом Effect of initial structure and granulometric composition of powder on structure of metal 10R6M5 deposited by plasma-powder method Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом Рябцев, И.А. Переплетчиков, Е.Ф. Миц, И.В. Бартенев, И.А. Научно-технический раздел |
| title | Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом |
| title_alt | Effect of initial structure and granulometric composition of powder on structure of metal 10R6M5 deposited by plasma-powder method |
| title_full | Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом |
| title_fullStr | Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом |
| title_full_unstemmed | Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом |
| title_short | Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом |
| title_sort | влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10р6м5, наплавленного плазменно-порошковым способом |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101917 |
| work_keys_str_mv | AT râbcevia vliânieishodnoistrukturyigranulometričeskogosostavaporoškanastrukturumetalla10r6m5naplavlennogoplazmennoporoškovymsposobom AT perepletčikovef vliânieishodnoistrukturyigranulometričeskogosostavaporoškanastrukturumetalla10r6m5naplavlennogoplazmennoporoškovymsposobom AT miciv vliânieishodnoistrukturyigranulometričeskogosostavaporoškanastrukturumetalla10r6m5naplavlennogoplazmennoporoškovymsposobom AT bartenevia vliânieishodnoistrukturyigranulometričeskogosostavaporoškanastrukturumetalla10r6m5naplavlennogoplazmennoporoškovymsposobom AT râbcevia effectofinitialstructureandgranulometriccompositionofpowderonstructureofmetal10r6m5depositedbyplasmapowdermethod AT perepletčikovef effectofinitialstructureandgranulometriccompositionofpowderonstructureofmetal10r6m5depositedbyplasmapowdermethod AT miciv effectofinitialstructureandgranulometriccompositionofpowderonstructureofmetal10r6m5depositedbyplasmapowdermethod AT bartenevia effectofinitialstructureandgranulometriccompositionofpowderonstructureofmetal10r6m5depositedbyplasmapowdermethod |