Износостойкость наплавленного металла системы Fe-Cr-C
Приведены результаты исследования структуры и оценки стойкости против абразвного изнашивания наплавленного металла системы F-Cr-C. Показано, что наибольшей износостойкостью отличается однослойный наплавленный металл. Увеличение количества слоев способствует повышению твердости наплавленного металла,...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99140 |
| 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: | Износостойкость наплавленного металла системы Fe—Cr—C / К.Б. Шах, С. Кумар, Д.К. Дуиведи // Автоматическая сварка. — 2006. — № 11 (643). — С. 27-31. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859954645995094016 |
|---|---|
| author | Шах, К.Б. Кумар, С. Дуиведи, Д.К. |
| author_facet | Шах, К.Б. Кумар, С. Дуиведи, Д.К. |
| citation_txt | Износостойкость наплавленного металла системы Fe—Cr—C / К.Б. Шах, С. Кумар, Д.К. Дуиведи // Автоматическая сварка. — 2006. — № 11 (643). — С. 27-31. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Приведены результаты исследования структуры и оценки стойкости против абразвного изнашивания наплавленного металла системы F-Cr-C. Показано, что наибольшей износостойкостью отличается однослойный наплавленный металл. Увеличение количества слоев способствует повышению твердости наплавленного металла, но одновременно и снижению его прочности, что приводит к пониженной износостойкости.
The paper gives the results of studying the structure and evaluation of abrasive wear resistance of the deposited metal
of Fe-Cr-C alloying system. It is shown that single-layer deposited metal has the highest wear resistance. Increase of the
number of layers promotes an increase of the deposited metal hardness and lowering of ductility, which is negative for
wear resistance characteristics.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:18:12Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.92
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
СИСТЕМЫ Fe–Cr–C
K. Б. ШАХ, С. КУМАР (Нац. технолог. ин-т, Хамирпур, Индия),
Д. К. ДУИВЕДИ (Инд. технолог. ин-т, Рурки, Индия)
Приведены результаты исследования структуры и оценки стойкости против абразивного изнашивания наплавленного
металла системы Fe–Cr–C. Показано, что наибольшей износостойкостью отличается однослойный наплавленный
металл. Увеличение количества слоев способствует повышению твердости наплавленного металла, но одновременно
и снижению его прочности, что приводит к пониженной износостойкости.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая наплавка, наплавленный ме-
талл, многослойная наплавка, абразивный износ, микрост-
руктура
При наплавке, как правило, на сравнительно не-
дорогой основной металл наносят стали и сплавы,
стойкие против различных видов износа. При этом
необходимо контролировать проплавление основ-
ного металла, поскольку перемешивание основ-
ного и наплавленного металла может существенно
изменить свойства последнего [1–5].
Известно, что стойкость наплавленного мета-
лла против абразивного изнашивания в значитель-
ной степени зависит от его микроструктуры, а
именно, состава и количества упрочняющих фаз
— карбидов, боридов и др. [3, 6]. За последние
годы выполнены исследования влияния химичес-
кого состава сплавов [5, 7–9], их термической об-
работки [10], параметров режима наплавки [2, 4],
условий испытания [3, 5, 10–13], микроструктуры
[10] на степень абразивного изнашивания наплав-
ленного металла Fe–Cr–C. В работе [4] показано,
что при повышении тока наплавки увеличивается
разбавление основным металлом низкоуглеродис-
того низкохромистого наплавленного металла и
снижается износостойкость последнего при абра-
зивном изнашивании.
В данной работе приведены результаты иссле-
дования влияния количества наплавленных слоев
на микроструктуру, твердость и абразивный износ
наплавленного металла системы легирования Fe–
Cr–C.
Методики проведения экспериментов. Экс-
периментальную дуговую одно-, двух- и трехс-
лойную наплавку выполняли на пластинах из низ-
коуглеродистой стали вручную электродами про-
мышленного производства диаметром 4 мм на то-
ке 160 А (полярность прямая). Химический состав
основного и наплавленного металла (третий слой)
приведен таблице.
Микроструктуру наплавленного металла ис-
следовали с помощью оптического микроскопа
Райхерта Юнга (MEF-3), а изношенную поверх-
ность образцов — с помощью сканирующего элек-
тронного микроскопа Leo-435-VP. На установке
TR-20L, DUCOM исследовали износостойкость
образцов в виде штифтов размером 6 6 40 мм
при трении скольжения по закрепленному абра-
зиву (рис. 1). В качестве абразива использовали
© К. Б. Шах, С. Кумар, Д. К. Дуиведи, 2006
Химический состав (мас. %) наплавленного (третий слой) и основного металла
Металл C Si Mn S P Cr V Mo
Наплавленный 3,00...4,00 0,5...0,7 0,4...0,6 — — 30...32 0,10...0,15 0,18...0,24
Основной 0,15...0,20 0,8...1,2 0,8...1,2 0,04 0,05 — — —
Пр и м е ч а н и е . Основа — железо.
Рис. 1. Принципиальная схема испытаний на абразивное
изнашивание: 1 — наждачная бумага марки 320; 2 — нап-
лавленный образец
11/2006 27
наждачную бумагу марки 320 (абразив — карбид
кремния). Испытания проводили при нагрузке 2
и 10 Н, образцы перемещали по поверхности тре-
ния с постоянной скоростью 1 м/с, путь трения
составлял 200 м. Износостойкость оценивали по
потере массы образца в результате изнашивания.
Рис. 2. Микроструктура основного и наплавленного металла: а — основной металл ( 200); б — граница сплавления основного
металла и первого наплавленного слоя ( 100); в — граница сплавления первого и второго слоя ( 100); г — граница
сплавления второго и третьего слоя ( 100); д — третий наплавленный слой ( 100); е–з — соответственно первый–третий
слой ( 250)
28 11/2006
Взвешивание выполняли через каждые 50 м пути
трения. Точность взвешивания — 0,1 мг. До и пос-
ле испытаний на изнашивание образец очищали
ацетоном. При каждом испытании использовали
новую наждачную бумагу.
Результаты исследований и их обсуждение.
В качестве основного металла взята низкоугле-
родистая сталь с ферроперлитной структурой
(рис. 2, а). На границе сплавления основного и
наплавленного металлов, а также между слоями
последнего дефектов не было (рис. 2, б–г). Ис-
следования микроструктуры на границе сплавле-
ния первого (рис. 2, б), второго (рис. 2, в) и треть-
его слоя наплавленного металла (рис. 2, г) при
небольшом увеличении свидетельствует о посте-
пенном уменьшении в структуре последнего со-
держания остаточного аустенита и повышении
объемной доли карбидов и карбидной эвтектики.
В наплавленных слоях вблизи границы сплавле-
ния наблюдали наличие столбчатой дендритной
структуры. Микроструктура третьего слоя наплав-
ленного металла значительно отличается от пер-
вых двух: в карбидной эвтектике присутствует
большое количество первичных карбидов удли-
ненной и полиэдрической формы (рис. 2, д).
На рис. 2, е–з представлена микроструктура
трех слоев наплавленного металла при большом
увеличении. По сравнению со вторым слоем нап-
лавленного металла (рис. 2, ж) структура первого
слоя более тонкая (рис. 2, е), в ней присутствует
больше остаточного аустенита. При большом уве-
личении в микроструктуре третьего слоя наблю-
дается значительное количество первичных кар-
бидов и карбидной эвтектики и практически от-
сутствует остаточный аустенит (рис. 2, ж). Такие
различия вызваны изменением химического сос-
тава металла наплавленных слоев. Максимальное
(до 50 %) разбавление наплавленного металла ос-
новным имеет место в первом слое, в случае ду-
говой наплавки только в третьем-четвертом слое
удается получить состав наплавленного металла,
соответствующий электродному. Определенное
влияние оказывает скорость охлаждения наплав-
ленных слоев — для второго и третьего слоя по
сравнению с первым она может быть ниже.
Как и следовало ожидать, твердость металла
наплавленных слоев (рис. 3) повышается при уда-
лении от границы сплавления, т. е. по мере умень-
шения доли основного металла в наплавленном.
Износостойкость при абразивном изнашивании в
определенной степени зависит от твердости нап-
лавленного металла, но не является единственным
параметром, определяющим его износостойкость.
Структурные особенности наплавленного металла
также имеют важное значение и могут оказывать
существенное влияние на степень его абразивного
изнашивания [14].
Изменения износостойкости отдельных нап-
лавленных слоев в зависимости от нагрузки и пути
трения показано на рис. 4 и 5. Установлено, что
увеличение пути трения при нагрузке 2 Н при-
водит к возрастанию потери массы испытуемых
образцов, полученных при одно-, двух- и трех-
слойной наплавке (рис. 4). При нагрузке 10 Н из-
нос образца выше, чем при 2 Н (рис. 5). Изно-
состойкость однослойной наплавки при обеих ука-
занных нагрузках довольно высокая, трехслойная
наплавка характеризуется минимальной износос-
тойкостью (рис. 4 и 5).
Для выявления изменения износостойкости
наплавленных образцов их изношенные поверх-
ности после испытаний исследовали на сканиру-
ющем электронном микроскопе (рис. 6). Материал
в условиях абразивного изнашивания удаляли
микрорезанием и многократным пластическим пе-
Рис. 3. Твердость HRC трехслойного наплавленного металла
(l — расстояние от границы сплавления)
Рис. 4. Потеря массы образца A в зависимости от пути трения
L при нагрузке 2 Н: 1–3 — соответственно первый, второй и
третий слои
Рис. 5. Изменение скорости изнашивания vизн образца при
нагрузке 2 (1) и 10 Н (2) (n — количество наплавленных
слоев)
11/2006 29
редеформированием. При этом твердые абразив-
ные частицы внедряли в наплавленный металл на
глубину, зависящую от его твердости.
Исследования изношенной поверхности об-
разцов показали, что увеличение количества слоев
и их твердости снижает глубину внедрения аб-
разивных частиц в наплавленный металл. На по-
верхности однослойной наплавки видны непре-
рывные полосы, прорезанные или выдавленные
абразивными частицами, на поверхности трехс-
лойной наплавки такие полосы прерывистые их
значительно меньше. Если наплавленный металл
отличается удовлетворительной пластичностью,
то гребешки вытесненного металла по краям по-
лос разрушаются после многократного пластичес-
кого передеформирования. При пониженной плас-
тичности в наплавленных слоях может происхо-
дить хрупкое разрушение гребешков, особенно в
случае большой нагрузки, которая снижает изно-
состойкость трехслойной наплавки.
Значительное разбавление основным металлом
металла первого наплавленного слоя уменьшает
содержание в нем углерода и легирующих эле-
ментов и соответственно количество первичных
карбидов и карбидной эвтектики в структуре нап-
лавленного металла, что влияет на его твердость
и износостойкость. Более высокая износостой-
кость металла первого наплавленного слоя объяс-
няется высокой пластичностью аустенитной мат-
рицы, способной хорошо удерживать при изна-
Рис. 6. Микроструктура изношенной поверхности наплавленных образцов, полученная при нагрузке 10 Н: а–в — однослойная
наплавка; г–е — трехслойная
30 11/2006
шивании твердые карбиды. Кроме того, как ука-
зывалось выше, для разрушения гребешков, об-
разующихся при микрорезании и микровыдавли-
вании полос в пластичной матрице, требуется их
многократное пластическое передеформирование,
что также положительно влияет на износостой-
кость.
Изложенное выше находит подтверждение в
работах [10, 11], где установлено, что низкоуг-
леродистые высокохромистые пластичные мате-
риалы отличаются бo′льшей износостойкостью,
чем материалы с более высоким содержанием уг-
лерода, но с меньшим содержанием хрома. Уг-
лерод является очень важным легирующим
элементом, определяющим твердость и микрост-
руктуру наплавленного металла на основе железа,
а следовательно, и его износостойкость. Как
следует из работы [2], стойкость против абразив-
ного изнашивания не только связана с твердостью
металла наплавленных слоев, но в значительной
мере определяется его вязкостью, особенно, если
абразивные частицы имеют большие размеры.
Выводы
1. Исследована микроструктура, наплавленного
металла системы Fe–Cr–C, полученного при од-
но-, двух- и трехслойной наплавке. Структура пер-
вого слоя наплавленного металла состоит из кар-
бидов, а также незначительной объемной доли
карбидной эвтектики и остаточного аустенита. Во
втором слое наплавленного металла увеличива-
ется содержание карбидов и карбидной эвтектики
и уменьшается количество остаточного аустенита.
Микроструктура третьего слоя наплавленного ме-
талла значительно отличается от первых двух:
здесь наблюдается большое количество первич-
ных карбидов удлиненной и полиэдрической фор-
мы в карбидной эвтектике, объемная доля оста-
точного аустенита незначительна.
2. Исследования износостойкости наплавленно-
го металла системы Fe–Cr–C, полученного при од-
но-, двух- и трехслойной наплавке при абразивном
изнашивании, показали, что наилучшей износос-
тойкостью отличается наплавленный металл
первого слоя, а наихудшей — третьего. Высокая
износостойкость первого наплавленного слоя
объясняется тем, что легированная аустенитная
матрица отличается высоким уровнем сопротив-
ляемости абразивному износу и благодаря
высоким пластическим свойствам способна эф-
фективно удерживать в процессе износа твердые
карбиды. Третий наплавленный слой имеет вы-
сокую твердость, в его структуре очень мало плас-
тичного остаточного аустенита, поэтому в про-
цессе абразивного изнашивании может происхо-
дить вырывание карбидных частиц из хрупкой
матрицы сплава, что снижает износостойкость
трехслойной наплавки.
1. Ghosh P. K., Kaushal O. P., Sharma S. K. // ISIJ. — 1992.
— 32, № 2. — P. 250.
2. Chatterjee S., Pal T. K. // Wear. — 2003. — 255, № 1. —
P. 417–425.
3. Su Y. L., Chen K. Y. // Ibid. — 1997. — N 209. — P. 160–
170.
4. Dwivedi D. K. // Surface Eng. — 2004. — 20, № 2. —
P. 87–92.
5. Dwivedi D. K. // Mater. Sci. and Technol. — 2004. — 20,
№ 10. — P. 132.
6. Berns H., Fischer A. // Mater. Characterization. — 1997. —
39, № 2/5. — P. 499–527.
7. Dasgupta R., Prasad B. K., Jha A. K. et al. // Ibid. — 1997.
— 209, № 1. — P. 255–262.
8. Dasgupta R., Thakur Rashmi, Yadav M. S. et al. // Ibid. —
1999. — 236, № 1. — P. 368–374.
9. Lee K., Lee S. H., Kim Y. et al. // Ibid. — 2003. — 255, № 1.
— P. 481–488.
10. Jha A. K., Gachake A., Prasad B. K. et al. // J. Mater. Eng.
and Perform. — 2002. — 11, № 1. — P. 37–45.
11. Dasgupta R., Prasad B. K., Jha A. K., Modi O. P. // Mater.
Transactions, JIM. — 1998. — 39, № 12. — P. 1191–1196.
12. Kumar S., Mondal D. P., Khaira H. K., Jha A. K. // J. Mater.
Eng. and Perform. — 1999. — 8, № 6. — P. 711–715.
13. Colaco R., Vilar R. // Wear. — 2003. — 255, № 1/6. —
P. 643–650.
14. Francis J. A. // Sci. and Technol. of Welding and Joining.
— 2002. — 7, № 5. — P. 331–338.
The paper gives the results of studying the structure and evaluation of abrasive wear resistance of the deposited metal
of Fe-Cr-C alloying system. It is shown that single-layer deposited metal has the highest wear resistance. Increase of the
number of layers promotes an increase of the deposited metal hardness and lowering of ductility, which is negative for
wear resistance characteristics.
Поступила в редакцию 10.07.2005,
в окончательном варианте 28.02.2006
11/2006 31
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99140 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:18:12Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шах, К.Б. Кумар, С. Дуиведи, Д.К. 2016-04-23T13:43:10Z 2016-04-23T13:43:10Z 2006 Износостойкость наплавленного металла системы Fe—Cr—C / К.Б. Шах, С. Кумар, Д.К. Дуиведи // Автоматическая сварка. — 2006. — № 11 (643). — С. 27-31. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99140 621.791.92 Приведены результаты исследования структуры и оценки стойкости против абразвного изнашивания наплавленного металла системы F-Cr-C. Показано, что наибольшей износостойкостью отличается однослойный наплавленный металл. Увеличение количества слоев способствует повышению твердости наплавленного металла, но одновременно и снижению его прочности, что приводит к пониженной износостойкости. The paper gives the results of studying the structure and evaluation of abrasive wear resistance of the deposited metal of Fe-Cr-C alloying system. It is shown that single-layer deposited metal has the highest wear resistance. Increase of the number of layers promotes an increase of the deposited metal hardness and lowering of ductility, which is negative for wear resistance characteristics. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Износостойкость наплавленного металла системы Fe-Cr-C Wear resistance of deposited metal of Fe-Cr-C system Article published earlier |
| spellingShingle | Износостойкость наплавленного металла системы Fe-Cr-C Шах, К.Б. Кумар, С. Дуиведи, Д.К. Научно-технический раздел |
| title | Износостойкость наплавленного металла системы Fe-Cr-C |
| title_alt | Wear resistance of deposited metal of Fe-Cr-C system |
| title_full | Износостойкость наплавленного металла системы Fe-Cr-C |
| title_fullStr | Износостойкость наплавленного металла системы Fe-Cr-C |
| title_full_unstemmed | Износостойкость наплавленного металла системы Fe-Cr-C |
| title_short | Износостойкость наплавленного металла системы Fe-Cr-C |
| title_sort | износостойкость наплавленного металла системы fe-cr-c |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99140 |
| work_keys_str_mv | AT šahkb iznosostoikostʹnaplavlennogometallasistemyfecrc AT kumars iznosostoikostʹnaplavlennogometallasistemyfecrc AT duivedidk iznosostoikostʹnaplavlennogometallasistemyfecrc AT šahkb wearresistanceofdepositedmetaloffecrcsystem AT kumars wearresistanceofdepositedmetaloffecrcsystem AT duivedidk wearresistanceofdepositedmetaloffecrcsystem |