СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ВЫСОКОЛЕГИРОВАННОГО НАПЛАВОЧНОГО СПЛАВА, РАБОТАЮЩЕГО В УСЛОВИЯХ
ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ И.Л., Тульский гос. ун-т
Кулбасов А.С., Гутковский Л.Б., ООО фирма «Спецметаллы», г. Тула стр. 1-3
Ряд деталей механического оборудования металлургических предпри-
ятий эксплуатируются в условиях интенсивного воздействия абразивных
сред. В некоторых случаях это воздействие имеет достаточно жесткий харак-
тер и сопровождается значительными изменениями температуры. Так, на-
пример, работа лотка засыпного аппарата доменной печи характеризуется
следующими условиями. В течение кампании ( 9 месяцев) лоток работает в
непрерывном режиме, пропуская абразивный материал (шихта, агломерат и
т.п.) в количествах, составляющих десятки тонн. Перемещение шихты по
лотку свободное со скоростью движения 1,5…2 м/с. Движущаяся шихта на-
грета до высоких температур. Рабочие температуры лотка 300…350 °С, возможен кратковременный (до 30 мин.) нагрев до 600 оС (до 15 раз за кампа-
нию), в некоторых случаях – до 900 оС (длительность до 20 мин, периодич-
ность - до 4 раз за кампанию). Рабочая среда – колошниковый газ (СО – 22,2
%, СО2 – 20,8 %, Н2 = 8,5 %, NН – ост.). Таким образом, внутренняя поверх-
ность лотка работает при значительных нагрузках, в том числе истирающих,
и повышенных температурах.
Основа лотка изготавливается из низкоуглеродистой низколегированной
стали. Учитывая, что основной механизм износа – истирание, с целью повы-
шения износостойкости на внутреннюю поверхность лотка наплавляют слой
легированного наплавочного сплава. Основные требования к такому сплаву –
твердость при комнатной температуре 60…65 HRC, сохранение достаточно
высокой твердости при температурах эксплуатации.
Нанесение специальных износостойких покрытий является широко рас-
пространенным методом увеличения срока службы стальных деталей, рабо-
тающие в условиях абразивного изнашивания. Наиболее широко для этих
целей применяют электродуговую наплавку порошковыми лентами или про-
волоками. В настоящее время разработано большое число порошковых
материалов, которые применяются для создания наплавленных слоев, разли-
чающихся по свойствам сопротивления изнашиванию и многократным удар-
ным нагрузкам. Однако кратковременные периодические нагревы в рабо-
чем цикле эксплуатации деталей с наплавленными абразивно-
износостойкими слоями могут способствовать изменению структуры и три-
ботехнических свойств поверхностных слоев наплавок и уменьшать ресурс
их работы.
В данной работе изложены результаты исследований структуры, твердо-
сти и абразивного износа высоколегированного "хром-молибден-ниобий-
ванадиевого" сплава на основе железа, предназначенного для наплавки по-
верхностей, работающих при значительных нагрузках и повышенных темпе-
ратурах.
Материалы и методики исследований
Для создания наплавленного слоя применяли порошковую наплавочную
ленту ПЛ-НП 450Х20Б7М7В2Ф Б-У. Электродуговую наплавку на металл-
основу (Ст3, пластины размером 300?250?35 мм) проводили в два слоя об-
щей толщиной 8 мм. Химический состав наплавленного металла представлен в таблице.
Марка
Химический состав наплавленного металла, мас. %
С
Сr
Ni
Si
w
S
P
Mo
V
Nb
Fe
ПЛ-НП 450Х20Б7М7В2Ф Б-У
4,7
20,68
0,66
1,73
1,51
0,037
0,026
5,98
0,50
6,57
ост.
Наплавку выполняли в два прохода продольными валиками открытой
дугой на постоянном токе обратной полярности. Режим наплавки: сварочный
ток Iсв = 700…900 А, напряжение на дуге Uд = 28…36 В, скорость наплавки
Vн = 30…33 м/ч, шаг наплавки 9…11 мм, вылет электрода 40…60 мм, размах
колебаний электрода 150…200 мм. После наплавки первого слоя полуфабри-
кат охлаждали на воздухе в течение 30…40 мин и затем наплавляли второй
слой по тому же режиму. После окончания наплавки поверхность наплавлен-
ного слоя была отшлифована.
Для проведения исследований плита с наплавленным слоем была разре-
зана методом электроискровой резки на образцы 10 мм x 10 мм. При резке
температура металла не превышала 30...50 °С.
Дюрометрический анализ проводили при комнатной и повышенных
температурах в интервале 20...900 °С на модернизированном твердомере ТК-
2М алмазными и твердосплавными инденторами.
Металлографический анализ проводили на микроскопе NEOFOT при
увеличениях от 50 до 1000 крат. Микрошлиф приготавливали по стандартной методике, в качестве травителя использовали спиртовой раствор хлорного
железа и азотной кислоты.
Износостойкость оценивали изнашиванием образцов с наплавленным
покрытием после различных видов предварительной термической обработки
об абразивный круг КЗ1А по схеме "штифт – диск" при значениях нагрузки и
скорости трения скольжения: давление Р = 0,45 МПа, скорость трения сколь-
жения Vтр.ск. = 1,7 м/с, соответствующих режимам работы загрузочного уст-
ройства доменной печи. При испытаниях температура нагрева поверхностно-
го слоя образцов не превышала 50 °С. Весовой износ определяли на аналити-
ческих весах с точностью измерения ~10¯² г.
Литература
1. Войнов Б.А. Износостойкие сплавы и покрытия. - М.: Машино-
строение, 1990. - 204 с.
2. Кравцов Г.Г. Электродуговая наплавка электродной ленты. – М.:
Машиностроение, 1978. – 118 с.
3. Лившиц Л.С., Гринберг Н.А., Куркумелли Э.Г. Основы легирования
наплавочного материала. - М.: Машиностроение, 1968. - 192 с.
4. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. - М.:
Машиностроение, 1976. -270 с.
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ВЫСОКОЛЕГИРОВАННОГО НАПЛАВОЧНОГО СПЛАВА, РАБОТАЮЩЕГО В УСЛОВИЯХ
ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ И.Л., Тульский гос. ун-т
Кулбасов А.С., Гутковский Л.Б., ООО фирма «Спецметаллы», г. Тула стр. 1-3