Горбунов М.С., Цурихин С.Н.
УВЕЛИЧЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА ЧАСТИЦАМИ МОНОКАРБИДА ВОЛЬФРАМА *
Аннотация:
в статье рассматривается влияние нанодисперсных компонентов на упрочнение поверхности металлургического инструмента.
Ключевые слова:
нанодисперсные компоненты, легирование, модифицирование, упрочнение поверхности
Современный этап развития техники обусловливает повышение требования к быстроизнашивающемуся металлургическому инструменту, к которому относятся: штампы, оправки трубопрокатных станов, ножи для резки проката и другие изделия работают в экстремальных условиях температурно-силового воздействия. В результате многократной импульсной пластической деформации и термических ударов в тонком (100…150 мкм) приконтактном слое на поверхности металла образуется диффузионная зона, с гомогенной не стойкой к деформации структурой, что обуславливает ее быстрый износ наиболее нагруженных частей [1]. Поэтому ресурс инструментов, даже наплавленных высокостойкими сплавами, недостаточен [2].Эффективным способом повышения упрочнения поверхности металлургического инструмента является наплавка. Одним из таких способов является: дуговая наплавка под флюсом, плазменная наплавка, электрошлаковая наплавка, горячий метод или метод погружения в расплавленный металл и т.д. [3].В настоящее время в качестве износостойкого материала для металлургического инструмента применяется сталь марки 20ХН4ФА, содержащая, %: 0,17...0,24 С, 0,25...0,35 Мn, 0.17…0.37 Si, 0,7...1,0 Cr, 3,17...4,25 Ni, 0,15...0,30 V, используют также сталь марки 40ХМФС, 38Х2МФЮА, 4Х5МФС, сплавы на никелевой основе типа ЭП567 (06Х15Н60М15В4 “Хастеллой-С”) состава: Мо – 15,4%, W – 3,5%, Fe – до 4%, С – 0,02%, Мn – 0,3%, Si – 0,12%, S и Р – до 0,01%, Сr – 15 %, Ni – основа и др. Настоящая работа направлена на изучение эффекта добавления металлических нанодисперсных тугоплавких частиц на повышение прочности поверхностного слоя металлургического инструмента.Применен нанопорошок монокарбида вольфрама WC, который состоит из частиц размером менее 0,1 мкм и имеет удельную поверхность 7 м2/г. Для нанесения поверхностного слоя на изделие использовался горячий метод. Метод заключается в погружении изделий в расплавленный металл, где происходит диффузия металла в его основу, образуя новый состав сплава. Горячий метод является эффективным способом нанесения наплавленного слоя на поверхность металлургического инструмента. Он отличается от других методов своей высокой производительностью, простотой и возможностью покрыть все поверхности детали, так как изделие полностью погружается в расплавленный металл. Кроме того, горячий метод может использоваться как для восстановления металлургического инструмента, так и для нанесения различных покрытий. Наплавку образцов производили на стальную пластину с размерами 100х50х10 мм (20ХН4ФА ГОСТ 1133-71) имитирующую металлургическое изделие. Пластину устанавливали в земляную форму, которую затем заливали расплавленным металлом. В качестве наплавляемого металла служил сплав 50Х20Н65В3М3Ю6Ц следующего состава, %: Мо – 3 %, W – 3 %, Сr – 4 %, Al – 11 %, Zr – 2 %, Ta – 2 %, B – 0,03 %, С - 0,5 %, Ni – основа. Земляная форма предварительно смазывалась жидким калий-натриевым стеклом с содержанием в нем нанопорошка монокарбида вольфрама WC.При изучении структуры наплавленного металла, полученного в земляной форме (рисунок 1), установлено, что при нанесении износостойкого наплавленного слоя металла пластина играет роль холодильника. Рис. 1. Макроструктура исследуемой наплавленной пластины.Это способствует ускоренному охлаждению и создает столбчатую направленность кристаллов при затвердевании [3]. Также обнаружено, что добавление наноразмерных частиц WC, которые обладают высокой термодинамической устойчивостью, подвергаются минимальному растворению. Они переходят из земляной формы в наплавленный слой металла и становятся дополнительными центрами кристаллизации, что приводит к модификации металла. В результате структура металла на поверхности значительно улучшается, количество зерен увеличивается с 9 до 13, что способствует повышению его пластичности и ударной вязкости. Кроме того, легирование наплавленного металла активным карбидообразующим элементом – W, способствует улучшению износостойкости и снижает склонность к образованию горячих трещин за счет измельчения первичных зерен металла и изменения химического состава легкоплавких эвтектик с повышением температуры их плавления и характера распределения в структуре.Рис. 2. Микроструктура (х500) наплавленного износостойкого металла с упрочнением поверхностного слоя монокарбида вольфрама WC.Вывод: Добавление металлических нанодисперсных частиц тугоплавкого монокарбида вольфрама WC в поверхностный слой металлургического инструмента приводит к изменению структуры металла и увеличению прочности поверхностного слоя инструмента: предел прочности на сжатие ?сж — на 17 %, предел прочности на изгиб ?изг — на 30 %.
Номер журнала Вестник науки №4 (73) том 2
Ссылка для цитирования:
Горбунов М.С., Цурихин С.Н. УВЕЛИЧЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА ЧАСТИЦАМИ МОНОКАРБИДА ВОЛЬФРАМА // Вестник науки №4 (73) том 2. С. 571 - 575. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/13869 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+