разработка наплавочного материала и ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОГО упрочнения с формированием износостойкого метастабильного сплава

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, викладена мета роботи, завдання,
об'єкт і методи досліджень, сформульовані наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, особистий вклад здобувача, апробація результатів, публікації і структура дисертації.

В першому розділі виконаний аналіз стану питання та обґрунтований обраний напрям досліджень. Вирішенню проблем створення нових економнолегованих наплавлювальних і метастабільних матеріалів присвячені дослідження, відображені в роботах Разікова М.І., Кулишенка Б.А.., Рябцева І. Я., Лівшица Л.С., Грінберга Н.А.., Куркумеллі Е.Г., Лещинського Л.К., Чигарьова В.В., Шехтера С.Я., Богачьова І.М., Малінова Л.С., Філіпова М.О., Літвінова В.С., Неміровського Ю.Р., Кузнєцова В.Д., Самотугіна С. С., Tomota Y., Nakamura S.,  Koo J., Narasimha B.V., Thomas G., A ett C.R., Moros P.J., Dong Z., Wang F.-X., Smith H., West  D.R.F., Raabe  D., Ponge D. та ін. Багато застосовуваних порошкових наплавлювальних матеріалів містять гостродефіцитні і дорогі легуючі елементи (Ni, Mo, Nb, W). Дані по розробці матеріалів, що не містять цих елементів, в літературі дуже обмежені, що стимулює потребу створення недорогих економнолегованих композицій. Більшість робіт свідчать про більш високу зносостійкість НМ з деформаційно-метастабільною структурою в порівнянні з фазово-стабільними матеріалами. Для підвищення зносостійкості необхідно управляти складом, метастабільного аустеніту і розвитком деформаційного мартенситного γ→α′ перетворення при зношуванні (ДМПЗ), що забезпечує ефекти самозміцнення, релаксації напруг і підвищення енергоємності НМ. Вплив наплавлювально-технологічних параметрів на формування хімічного і фазового складів, метастабільного аустеніту НМ, а також способи його додаткового зміцнення досліджені недостатньо, що не дозволяє ефективно використовувати їх для керування структурою, властивостями і підвищення зносостійкості.

В другому розділі наводяться результати розрахунків технологічних параметрів режимів електродугового наплавлення, частки основного металу в наплавленому (N) :

I, A	U, B	Vнапл., м/год	флюси	N
380…500	30…40	18…38	АН- 348, АН- 60	0,244…0,767.

Коефіцієнт заповнення розробленого порошкового дроту склав К_з=29…31 %. Наводяться методи досліджень: макроскопічний, мікроскопічний (на оптичних мікроскопах Neophot-21 і "Nikon Eclipse L150", Японія) фазовий рентгено-структурний аналіз (на дифрактометрах ДРОН-3 і "Rigaku Ultima IVPro", Японія), електронно-мікроскопічний аналіз (на мікроскопах "Ultra-55" фірми "Carl Zeiss", Германія, "JEOL JSM - 6010LA" і "JEOL JSM-6510/LV/LA", Японія), спектральний аналіз (на квантометрах "Spectrovac-1000", "SpectroMAXx"). Застосовувалися виміри твердості (HRC, HRA), мікротвердості структурних складових, динамічні випробування на вигин за ГОСТ9454-78. Випробування зносостійкості проводилися комплексно в різних умовах зношування:  сухого тертя ковзання, абразивного (Бринелля-Хоуорта, в середовищі кварцового піску), ударно-абразивного (у середовищі чавунного литого дробу). Апроксимація експериментальних кривих робилася регресійним аналізом, фізико-математичне і комп'ютерне моделювання проводилося в системі програмування Borland Delphi Lite Edition. Оцінка точності вимірів виконана з довірчою вірогідністю 0,95 за критерієм Ст’юдента.

В третьому розділі  науково обґрунтовано вибір Fe-Cr-Mn системи легування НМ зі вмістом хрому 8…14 %, марганцю 5…12 %, при  0,1…0,25 % вуглецю і 0,4…1,5% кремнію, невеликих добавок сильних карбідоутворювальних елементів (≤0,15 % V і ≤0,1 % Ti), що забезпечило отримання деформаційно-метастабільних структур: від 0 до 100 % аустеніту (А) і мартенситу (М), армованих спеціальними карбідами Cr₇С₃ і Cr₂₃С₆, VC, TiC і карбонітридамі. Розроблені порошкові дроти марок ПП-Нп-20Х10Г8СТАФ, ПП-Нп-20Х12Г10СТАФ і ПП-Нп-12Х13Г12СТАФ, в складах яких використовувалися порошкові ферохром азотований, марганець металевий, сілікокальцій, ферованадій, феротитан, карбонат кальцію, фтористий натрій, металевий барій і алюміній. Оболонка дроту діаметром 4 мм виконана зі сталі 08КП. Забезпечувалося необхідне формування і добре зчеплення наплавлених шарів, без видимих дефектів, пор, газових пухирів, тріщин, добре відділення шлакової кірки. Висота наплавленого шару при одношаровому наплавленні складала 6…8 мм, при тришаровій 16…18 мм. Наплавлення забезпечує формування НМ різних структурних класів: М-А (20Х8Г6СТАФ), А-М (20Х10Г8СТАФ і 20Х12Г9СТАФ) і аустенітного (12Х13Г12СТАФ) (рис. 1). Зміною долі участі основного металу (Ст.3 і подальші шари) в наплавленому (N) від 0,244 до 0,767 залежно від режимів наплавлення (I, U, V_напл., кількість шарів, ступінь перекриття валиків) регулювався хімічний склад наплавлених шарів за вмістом Cr, Mn, Si, C, V. Це визначало температури мартенситних точок М_н і М_к, фазовий склад і структуру наплавлених шарів (вміст мартенситу гартування і аустеніту), ступінь метастабільної і механічні властивості. Серед низьковуглецевого (0,12…0,2 % С) Fe-Cr-Mn НМ найбільшою зносостійкістю при сухому терті (ε) і ударно-абразивною (ε_у.а.) має 20Х12Г9СТАФ, що відповідає найбільшому приросту мартенситу деформації внаслідок ДМПЗ (DМ=22% і (DМ_у.а.=36 %) (табл. 1) і як результат - найбільшому самозміцненню при зношуванні.