Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах
Приведены результаты лабораторных исследований износостойкости композиционных сплавов на основе плавленых карбидов вольфрама WC + W₂C (релит) в условиях газоабразивного изнашивания. Дана техническая характеристика лабораторного стенда ОБ -876Ц для испытаний наплавленного металла на газоабразивны...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102737 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах / А.П. Жудра // Автоматическая сварка. — 2014. — № 11 (737). — С. 31-34. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102737 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Жудра, А.П. 2016-06-12T12:47:50Z 2016-06-12T12:47:50Z 2014 Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах / А.П. Жудра // Автоматическая сварка. — 2014. — № 11 (737). — С. 31-34. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102737 621.791.92.04–419 Приведены результаты лабораторных исследований износостойкости композиционных сплавов на основе плавленых карбидов вольфрама WC + W₂C (релит) в условиях газоабразивного изнашивания. Дана техническая характеристика лабораторного стенда ОБ -876Ц для испытаний наплавленного металла на газоабразивный износ. Разработана схема испытаний, которая максимально соответствует реальным условиям эксплуатации деталей при воздействии абразивного потока в температурном диапазоне 25…450 °С. Установлено, что износ композиционных сплавов носит избирательный, циклический характер и несущественно зависит от свойств и твердости матрицы при малых углах атаки. Применение карбида вольфрама со сферическими гранулами увеличивает износостойкость композиционного сплава, а повышение температуры до 400 °С существенно ее снижает за счет окисления карбидной составляющей сплавов. При комнатной температуре износостойкость композиционного сплава в 2,7 раза превосходит износостойкость никелькарбидохромового сплава. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах Investigation of wear resistance of composite alloys under the conditions of gas-abrasive wear at elevated temperatures Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах |
| spellingShingle |
Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах Жудра, А.П. Научно-технический раздел |
| title_short |
Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах |
| title_full |
Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах |
| title_fullStr |
Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах |
| title_full_unstemmed |
Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах |
| title_sort |
исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах |
| author |
Жудра, А.П. |
| author_facet |
Жудра, А.П. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Investigation of wear resistance of composite alloys under the conditions of gas-abrasive wear at elevated temperatures |
| description |
Приведены результаты лабораторных исследований износостойкости композиционных сплавов на основе плавленых
карбидов вольфрама WC + W₂C (релит) в условиях газоабразивного изнашивания. Дана техническая характеристика
лабораторного стенда ОБ -876Ц для испытаний наплавленного металла на газоабразивный износ. Разработана схема
испытаний, которая максимально соответствует реальным условиям эксплуатации деталей при воздействии абразивного
потока в температурном диапазоне 25…450 °С. Установлено, что износ композиционных сплавов носит избирательный,
циклический характер и несущественно зависит от свойств и твердости матрицы при малых углах атаки. Применение
карбида вольфрама со сферическими гранулами увеличивает износостойкость композиционного сплава, а повышение
температуры до 400 °С существенно ее снижает за счет окисления карбидной составляющей сплавов. При комнатной
температуре износостойкость композиционного сплава в 2,7 раза превосходит износостойкость никелькарбидохромового сплава.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102737 |
| citation_txt |
Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах / А.П. Жудра // Автоматическая сварка. — 2014. — № 11 (737). — С. 31-34. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT žudraap issledovanieiznosostoikostikompozicionnyhsplavovvusloviâhgazoabrazivnogoiznosapripovyšennyhtemperaturah AT žudraap investigationofwearresistanceofcompositealloysundertheconditionsofgasabrasivewearatelevatedtemperatures |
| first_indexed |
2025-11-25T22:42:43Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:42:43Z |
| _version_ |
1850569757513744384 |
| fulltext |
3111/2014
УДК 621.791.92.04–419
исслеДоВание иЗносостойКости КомпоЗиционных
сплаВоВ В УслоВиях ГаЗоабраЗиВноГо иЗноса
при поВышенных температУрах
А. П. ЖУДРА
иэс им. е. о. патона нанУ. 03680, г. Киев, ул. боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
приведены результаты лабораторных исследований износостойкости композиционных сплавов на основе плавленых
карбидов вольфрама WC + W2C (релит) в условиях газоабразивного изнашивания. Дана техническая характеристика
лабораторного стенда об-876ц для испытаний наплавленного металла на газоабразивный износ. разработана схема
испытаний, которая максимально соответствует реальным условиям эксплуатации деталей при воздействии абразивного
потока в температурном диапазоне 25…450 °с. Установлено, что износ композиционных сплавов носит избирательный,
циклический характер и несущественно зависит от свойств и твердости матрицы при малых углах атаки. применение
карбида вольфрама со сферическими гранулами увеличивает износостойкость композиционного сплава, а повышение
температуры до 400 °с существенно ее снижает за счет окисления карбидной составляющей сплавов. при комнатной
температуре износостойкость композиционного сплава в 2,7 раза превосходит износостойкость никелькарбидохромо-
вого сплава. библиогр. 9, рис. 3, табл. 3.
К л ю ч е в ы е с л о в а : газоабразивный износ, композиционные сплавы, плавленый карбид вольфрама, сферические
гранулы, матрица, микротвердость, плазменно-порошковая наплавка, относительная износостойкость, испытатель-
ный стенд
настоящая работа является продолжением ранее
выполненных в иэс им. е. о. патона исследова-
ний по газоабразивному износу различных типов
наплавочных сплавов [1–4], среди которых особый
интерес представляют композиционные сплавы на
базе плавленых карбидов вольфрама WC + W2C (ре-
лит). эти сплавы отличаются уникальной износо-
стойкостью и широко применяются для наплавки
бурового инструмента и ряда ответственных дета-
лей в металлургии и машиностроении. В работе
[2] исследования износостойкости таких сплавов
в условиях газоабразивного изнашивания прово-
дили на установке об-876 [5] при температуре
400 °с на цилиндрических образцах диаметром
60 мм с разными составами матричных сплавов,
армированных плавлеными карбидами вольфрама
грануляцией от 0,18 до 2,0 мм. образцы изготав-
ливали лабораторным способом в индукционной
печи путем засыпки через слой флюса гранул дро-
бленого карбида вольфрама в матричный расплав
с последующей вырезкой наиболее армированных
участков анодно-механическим способом. полу-
ченные таким способом композиционные слои на
образцах существенно отличаются от реальных,
наплавленных дуговым или газовым способом.
поэтому представляло интерес исследовать из-
носостойкость композиционных слоев, получен-
ных промышленными традиционными способами
наплавки, среди которых наиболее характерным,
для получения таких сплавов, является способ
плазменно-порошковой наплавки, получивший
за последние годы широкое развитие в мировой
практике. этот способ ограничивает тепловое воз-
действие дуги на гранулы карбидов при подаче
их в сварочную ванну, что существенно уменьша-
ет их растворение в матричном сплаве. при этом
концентрация армирующей фазы в наплавленном
слое может достигать 50 %.
Для испытаний были подготовлены образцы,
наплавленные плазменно-порошковым методом
композиционными сплавами в один слой. В ка-
честве армирующей фазы использовали порош-
ки плавленых карбидов вольфрама WC + W2C
(релит) с традиционными дроблеными, а также
сферическими гранулами. сферические гранулы,
полученные по разработанной в иэс им. е. о.
патона технологии термоцентробежного распыле-
ния слитков плавленых карбидов вольфрама [6, 7],
отличаются высокой микротвердостью, однород-
ной структурой и по физико-механическим свой-
ствам превосходят аналогичные отечественные и
зарубежные материалы, полученные по другим
технологиям [8, 9].
Грануляция порошка дробленого и сфериче-
ского карбидов вольфрама находилась в пределах
50…250 мкм. Усредненный химический состав и
микротвердость обоих видов карбидов приведены
в табл. 1.
Для матричного сплава использовали порош-
ки на никелевой основе пГ-ср2 и никель-медной
© а. п. жудра, 2014
32 11/2014
основе пр-нД42ср, усредненный химический со-
став которых приведен в табл. 2.
после наплавки толщина композиционно-
го слоя на образцах составляла 5,0…5,5 мм. при
этом следует отметить, что армирующие грану-
лы карбида вольфрама вследствие большой мас-
сы, как правило, располагаются в нижней части
сварочной ванны. поэтому для получения опти-
мальной концентрации армирующей фазы на по-
верхности наплавленного слоя образцы прошли-
фовали, как чисто, на глубину 1,0…1,5 мм. В
конечном итоге толщина наплавленного слоя со-
ставила приблизительно 4 мм, а концентрация
карбидных включений на испытуемые поверхно-
сти образцов колебалась в пределах 45…50 %.
эталоном служили образцы, наплавленные ни-
келькарбидохромовым сплавом порошковой лен-
той пл ан-111 в три слоя с толщиной наплавки
после шлифовки 12 мм. тип наплавленного ме-
талла 500х40H40C2Грц. химический состав эта-
лонов, мас. %: 5,1 C; 34 Cr; 36 Ni; 2,1 Si; 1,2 Mn;
0,3 B; 0,3 Zr, твердость эталонов HRС 52...55.
Во всех случаях наплавку выполняли на пла-
стины из стали марки ст3 толщиной 20 мм.
В табл. 3 приведены типы образцов наплав-
ленных композиционных сплавов для испытаний
на газоабразивный износ при температурах 25 и
400 °с. Каждый тип сплава для получения макси-
мально достоверных данных представлен тремя
образцами.
испытания износостойкости композиционных
сплавов, наплавленных плазменно-порошковым
способом, проводили в условиях моделирования
газоабразивного изнашивания на модернизиро-
ванном стенде об-876ц. стенд позволяет осу-
ществлять изнашивание образцов воздушно-абра-
зивным потоком по определенной схеме.
разгон абразивных частиц осуществляется
центробежным ускорителем в виде диска-ротора,
в центре которого в приемное отверстие самоте-
ком подается абразив — кварцевый песок, грану-
ляцией 0,05…0,5 мм.
частицы песка разгоняются по четырем вну-
тренним каналам до скорости 200 м/с. Достиг-
нув наружного диаметра ротора, абразивный по-
ток преодолевает воздушный промежуток длиной
25 мм и ударами частиц абразива изнашивает од-
новременно рабочие поверхности шести образ-
цов размером 170×70×19 мм. при этом угол атаки
абразива по отношению к поверхности образцов
составляет 15°. Кассета с образцами расположена
в камере, температура в которой может регулиро-
ваться в пределах 25…450 °с. Внешний вид стен-
да об-876ц и кассета с образцами показаны на
рис. 1 и 2, а его основные технические характери-
стики представлены ниже.
Т а б л и ц а 2 . Химический состав и твердость сплава
матриц (никель — основа)
тип порошка
матричного
сплава
химический состав, мас. % твер-
дость
HRCC Cr Si B Cu
пГ-ср2 0,53 13,82 2,43 2,25 - 58,63
пр-нД42ср 0,15 - 1,05 1,0 42,5 38,46
Т а б л и ц а 3 . Типы образцов для испытаний на газоабразивный износ
маркировка
образцов состав матрицы твердость
матрицы HRС
Вид
армирующей фазы
твердость армирующей
фазы HV100
Кн-1 Ni–Cr–Si–B 58…63 50 % дробленые
50 % сферические
1800…2200
2800…2930
Кн-2 Ni–Cr-–Si–B 58…64 100 % сферические 2650…2880
Кн-3 Ni–Cr–Si–B 54…59 «-» 2730…3000
Км-4 Ni–Cu–Si–B 38…46 «-» 2750…3050
Км-5 Ni–Cu–Si–B 39…49 «-» 2800…2980
эталон C–Cr–Ni–Si–Mn 55…62 - -
Т а б л и ц а 1 . Химический состав и твердость карбидов
вольфрама со сферическими и дроблеными частицами
(вольфрам — основа)
тип гранул
карбида
вольфрама
химический состав, мас. % микротвер-
дость
HV100собщ ссв Fe при-
меси
сферические 3,98 0,05 0,10 0,95 2600…3100
Дробленые 3,89 0,15 0,14 1,45 1900…2200
рис. 1. общий вид стенда об-876ц
3311/2014
Технические характеристики стенда ОБ-876Ц
Диаметр ротора, мм .............................................................220
число оборотов ротора, об/мин ........................................6000
Угол атаки абразивного потока, град .............................5…70
температура нагрева образцов, °с ................................до 450
продолжительность нагрева образцов до 400 °с, ч ..........3,5
расход абразива, см3/с.................................................. 0,5…0,3
мощность электродвигателя привода ротора, кВт ..........0,75
Количество испытуемых образцов, шт. .................................6
износ образцов оценивали по уменьшению
объема в см3, который определяли методом ги-
дростатического взвешивания. также определя-
ли интенсивность изнашивания в см3 при расходе
каждых 100 кг абразива и относительную изно-
состойкость к эталону, наплавленному никель-
карбидохромовым сплавом. Усредненные данные
исследований трех образцов каждого типа компо-
зиционного сплава приведены на рис. 3.
Как и ожидалось, общей закономерностью из-
носа композиционных сплавов при газоабразив-
ном изнашивании является его избирательность и
цикличность, т. е. изменение износостойкости во
времени. первоначально интенсивно изнашивает-
ся матрица, оголяя карбиды, которые за счет тене-
вого эффекта защищают матрицу и существенно
замедляют износ сплава. после износа матрицы и
вымывания карбидов цикл повторяется. получен-
ные результаты хорошо коррелируют с данными
исследований, описанных в работе [2].
при угле атаки абразива 15° состав матрицы
и ее твердость практически не влияет на износо-
стойкость композиционного сплава.
В условиях комнатной температуры наиболь-
шую износостойкость имеют композиционные
сплавы Кн-2, Кн-3, состоящие из сферических
гранул карбида вольфрама и матрицы типа Ni–
Cr–Si–В. их износостойкость ориентировочно
превосходит в 2,7 раза износостойкость эталона
из никелькарбидохромового сплава. сплав Кн-1
с аналогичной матрицей, но содержащий смесь
сферических и дробленых гранул карбида воль-
фрама имеет износостойкость приблизительно на
10…12 % ниже, что соответствует более низким
прочностным характеристикам дробленых частиц
по сравнению со сферическими.
при температуре 400 °с износостойкость ком-
позиционных сплавов существенно снизилась,
хотя тенденция повышенной стойкости компо-
зиций со сферическими гранулами карбидов по
сравнению со смесью сохранилась. Увеличение
износа при повышенных температурах прежде
всего связано с окислительными процессами кар-
бидной составляющей сплавов. износ карбидов
вольфрама происходит не только за счет воздей-
ствия абразивного потока, но и за счет их окисле-
ния. этот фактор следует учитывать при упрочне-
нии композиционными сплавами на базе карбидов
вольфрама деталей, работающих при высоких
температурах в окислительной среде. В восста-
новительной или инертных средах температура
практически не влияет на износостойкость ком-
позиционных сплавов. на практике это просле-
живается при эксплуатации засыпных аппаратов
доменных печей, наплавленных композиционны-
ми сплавами на основе релита, которые эксплуа-
тируются в восстановительной газовой среде. та-
кие аппараты трудоемкие в изготовлении, однако
их стойкость в несколько раз превышает аппара-
ты, наплавленные карбидохромовыми сплавами.
Выводы
1. износ композиционных сплавов на базе плавле-
ных карбидов вольфрама в условиях воздействия
газоабразивного потока носит избирательный,
циклический характер и несущественно зависит
от свойств и твердости матрицы при угле атаки
15°.
2. Даже частичное использование сферических
гранул карбидов вольфрама в качестве армирую-
щей фазы взамен дробленых увеличивает износо-
стойкость композиционного сплава на 10…12 %.
3. износостойкость композиционных сплавов в
условиях газоабразивного износа при комнатной
рис. 2. Кассета с образцами в камере нагрева
рис. 3. относительная износостойкость образцов композици-
онных сплавов при температурах 25 (1) и 400 (2) °с
34 11/2014
температуре ориентировочно в 2,7 раза превос-
ходит износостойкость никелькарбидохромово-
го сплава, а при температуре 400 °с существенно
снижается за счет окисления карбидной составля-
ющей сплава.
1. Терещенко Н. Ф., Гавриш В. А. стойкость сплавов при
газоабразивном изнашивании // физ.-хим. механика ма-
териалов. – 1971. – № 4. – с. 18–21.
2. Особенности газоабразивного износа композиционных
сплавов / ю. а юзвенко, а. п. жудра, е. и. фрумин,
В. а. Гавриш // автомат. сварка. – 1972. – № 8. – с. 35–38.
3. Юзвенко Ю. А., Жудра А. П., Фрумин Е. И. абразивный
износ композиционных сплавов // там же. – 1973. – № 7.
– с. 62–63.
4. Юзвенко Ю. А. исследование и разработка материалов
и технологий механизированной наплавки открытой ду-
гой: Дис. ... д-ра техн. наук. – Киев: иэс им. е. о. пато-
на, 1978. – с. 80–137.
5. Юзвенко Ю. А., Гавриш В. А. Установка для оценки изно-
состойкости наплавленного металла при газоабразивной
эрозии // автомат. сварка. – 1972. – № 6. – с. 73–74.
6. Литвиненко А. И. Жудра А. П., Белый А. И. анализ и ки-
нетика процесса термоцентробежного распыления слит-
ков из плавленых карбидов вольфрама // современ. элек-
трометаллургия. – 2013. – № 2. – с. 29–36.
7. Дзыкович В. И. Влияние процесса термоцентробежно-
го распыления на свойства сферических частиц карбида
вольфрама // автомат. сварка. – 2009. – № 4. – с. 52–55.
8. Дзыкович В. И., Жудра А. П., Белый А. И. свойства по-
рошков карбида вольфрама, полученных по различным
технологиям // там же. – 2010. – № 4. – с. 28–31.
9. Белый А. И. износостойкость и прочность карбида воль-
фрамаWC+W2C, полученных различными способами //
там же. – 2010. – № 12. – с. 20–24.
поступила в редакцию 01.10.2014
УКРАИНА на 56-й МЕЖДУНАРОДНОЙ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ВЫСТАВКЕ
«MSV 2014» в г. БРНО (ЧЕХИЯ)
С 29 сентября по 3 октября 2014 г. в Брно прошла 56-я Международная вы-
ставка «Машиностроение». Она проходит ежегодно, начиная с 1958 г., и является
крупнейшей в Центральной и Восточной Европе; на ней традиционно представ-
лены все ключевые направления машиностроительной и электротехнической отраслей: горнодобы-
вающее, металлургическое, литейное, материалы и компоненты для машиностроения, приводы, ги-
дравлическое и пневматическое оборудование, техника кондиционирования воздуха, пластмассы,
резиновая промышленность и химия, металлообработка, энергетика и электротехника, электроника,
автоматизация, измерительная техника, экологическая
техника.
В этом году выставочный комплекс включал 14 пави-
льонов, общая площадь выставочных площадей — 667
квадратных метров. Ее главной тематикой стала «Про-
мышленная автоматизация».
В этом году выставка объединила 1600 участников из
32 стран. Украину представила делегация Запорожской
Торгово-Промышленной Палаты с коллективной экспо-
зицией предприятий Запорожского региона, работающих
в сфере машиностроения и металлургии.
В составе делегации — ООО «Триада ЛТД Ко» (ин-
тегратор промышленных роботизированных сварочных
комплексов, специализированный поставщик сварочных материалов и оборудования), ООО «Тав-
рическая литейная компания «ТАЛКО» (отливки из алюминиевых сплавов), ООО «Корундкерамика
плюс» (керамические изделия для металлургической, электротехнической и других отраслей про-
мышленности) и другие компании. Кроме того, компания «Триада ЛТД Ко» на выставке представила
свою новую разработку по производству защитных сварочных шторок WELD-ZAKHYST — это совре-
менные мобильные конструкции, предназначенные для защиты людей и окружающего пространства
от сварочных брызг.
В рамках выставки представители Украины приняли участие в контактной бирже «Kontakt —
Kontrakt». Насыщенная программа выставки способствовала профессиональному общению, обмену
опытом, установлению новых деловых связей.
|