Исследование абразивной износостойкости порошковых проволок при наплавке на высокомарганцовистую сталь Гадфильда

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Аустенитная высокомарганцовистая сталь обычно используется в различных компонентах железнодорожной и горнодобывающей промышленности (например, для плит дробилок), где требуется высокая ударная абразивная стойкость и стойкость к износу скольжения, поскольку эта сталь демонстрирует уникальное сочетание высокой вязкости и высокой способности к упрочнению. Поэтому важно знать поведение износостойких материалов, таких как аустенитная высокомарганцовистая сталь, при ударном истирании и износе скольжения. Однако эта сталь имеет ограничение, заключающееся в том, что она развивает свою высокую способность к упрочнению только при высоких ударных нагрузках и условиях высокого напряжения. В качестве альтернативы используются различные способы упрочнения, наплавки или замена низкоуглеродистыми высоколегированными сталями и высокохромистыми чугунами. Цель настоящей работы: провести оценку абразивной износостойкости порошковых проволок при наплавке на высокомарганцовистую сталь Гадфильда. Методы и материалы исследований. В работе рассмотрены наплавочные проволоки, где основными легирующими элементами являются хром, ванадий и вольфрам. Химический состав наплавленных образцов был определен с помощью портативного рентгенофлоуресцентного анализатора металлов и сплавов BRUKER S1 TITAN. Твердомер Duramin-40 AC3 (STRUERS APS, Ballerup, Дания) использовался для измерения твердости по Роквеллу. Сталь 110Г13Л показала исходную объемную твердость HRc = 23 ± 3. Образцы для микроструктурного исследования отбирали из литых и наплавленных образцов. Микроструктуры исследовали методом оптической микроскопии после травления в 2,5%-м растворе азотной кислоты, промывки в метаноле и выдержки в 15%-м растворе HCl. Испытания на ударный абразивный износ проводились на машине для испытания на ударный абразивный износ DUCOM TR-56-M3 (Индия). Результаты и обсуждение. В результате анализа поперечного сечения образца стали 110Г13Л после испытаний на абразивное изнашивание было обнаружено распространение трещин под поверхностью детали без видимой связи с поверхностью, это говорит о том, что трещины зарождались как на поверхности, так и под поверхностью. Микроструктура наплавленных слоев, богатая мелкодисперсными карбидами бора, диспергированными в мартенситной матрице, в сочетании с пластинчатой фазой борида молибдена, позволяет предположить, что материал, нанесённый на сталь Гадфильда, может обладать более высокой твёрдостью и износостойкостью, чем подложка. Проведенные промышленные испытания наплавленных бил показали, что доминирующими механизмами износа являются микропорезы, точечная коррозия и микроразрывы (сколы и микровмятины). По результатам исследований наплавочных материалов можно сделать вывод о том, что проволоки с содержанием хрома в диапазоне 3–6 % обладают характеристиками для применений, требующих высокой абразивной износостойкости, в горнодобывающей промышленности.

Об авторах

Юлия Игоревна Карлина

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Email: jul.karlina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6519-561X
SPIN-код: 3455-0836
Scopus Author ID: 57210311769
ResearcherId: AAP-4915-2021

канд. техн. наук

Россия, 129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Владимир Юрьевич Конюхов

Иркутский национальный исследовательский технический университет; Череповецкий государственный университет

Email: konyukhov_vyu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9137-9404
SPIN-код: 3445-3288
Scopus Author ID: 56769690400
ResearcherId: JTT-2083-2023

канд. техн. наук, профессор

Россия, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83; 162600, Россия, г. Череповец, пр. Луначарского, 5

Татьяна Александровна Опарина

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: martusina2@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9062-6554
SPIN-код: 5697-2740
Scopus Author ID: 57222118655
ResearcherId: KKT-9622-2024

ассистент

Россия, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Список литературы

  1. Tweedale G., Paton W.D.M. Sir Robert Abbott Hadfield F.R.S (1858–1940) and the discovery of manganese steel // Notes and Records of the Royal Society of London. – 1985. – Vol. 40 (1). – P. 63–74.
  2. Gauzzi F., Rossi M., Verdini B. Cold-working induced martensitic transformation in 12 percent Mn austenitic steel (Hadfield steel) // Metallurgia Italiana. – 1971. – Vol. 63 (11). – P. 555.
  3. Dastur Y.N., Leslie W.C. Mechanism of work hardening in Hadfield manganese steel // Metallurgical transactions A. – 1981. – Vol. 12 (5). – P. 749–759. – doi: 10.1007/BF02648339.
  4. Bhattacharyya S. A friction and wear study of Hadfield manganese steel // Wear. – 1966. – Vol. 9 (6). – P. 451–461. – doi: 10.1016/0043-1648(66)90136-0.
  5. The deformation, strain hardening, and wear behavior of chromium-alloyed Hadfield steel in abrasive and impact conditions / M. Lindroos, M. Apostol, V. Heino, K. Valtonen, A. Laukkanen, K. Holmberg, V.T. Kuokkala // Tribology Letters. – 2015. – Vol. 57 (3). – P. 24. – doi: 10.1007/s11249-015-0477-6.
  6. Тен Э.Б., Базлова Т.А., Лихолобов Е.Ю. Влияние внепечной обработки на структуру и механические свойства стали 110Г13Л // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2015. – № 3. – С. 26–28.
  7. Болобов В.И., Бочков В.С., Цинянь С. Износостойкость стали Гадфильда при больших удельных нагрузках // Горное оборудование и электромеханика. – 2012. – № 10. – С. 12–14.
  8. Исследование механизмов абразивного и ударно-абразивного изнашивания высокомарганцевой стали / В.М. Колокольцев, К.Н. Вдовин, В.П. Чернов, Н.А. Феоктистов, Д.А. Горленко, В.К. Дубровин // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. – 2017. – № 2. – C. 54–62. – doi: 10.18503/1995-2732-2017-15-2-54-62.
  9. Разработка износостойких деталей из высокомарганцевой модифицированной стали 110Г13Л / Ш.М. Чоршанбиев, К.А. Каримов, Ш.Р. Адилова, Н.Д. Тураходжаев, A. Еркинджонов, М.М. Мирмухамедов, Дж.Х. Шарипов, З.Р. Обидов, Х. Комолов // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. – 2024. – Т. 17 (2). – С. 175–185. – На англ. яз. – EDN ITXLPA.
  10. Болобов В.И., Чупин С.А. Влияние вида упрочняющей обработки на износостойкость материалов горного оборудования // Записки Горного института. – 2015. – Т. 216. – С. 44–48.
  11. Износостойкость стали 110Г13Л в различных абразивных средах / В.И. Болобов, А.П. Баталов, В.С. Бочков, С.А. Чупин // Записки Горного института. – 2014. – Т. 209. – С. 17–22.
  12. Comparative metallographic analysis of the structure of St3 steel after being exposed to different ways of work-hardening / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, M.V. Grechneva, V.V. Kondrat'ev, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012012. – doi: 10.1088/1757-899X/411/1/012012.
  13. Features of investigation of steels with a metastable austenitic structure / V.G. Teplukhin, A.I. Popov, V.N. Kudryavtsev, D.S. Fomin, M.M. Radkevich // Advances in Mechanical Engineering: Selected contributions from the conference “Modern engineering: Science and education”, Saint Petersburg, Russia, June 2022. – Cham: Springer Nature Switzerland, 2023. – P. 164–171. – doi: 10.1007/978-3-031-30027-1_18.
  14. Formation of a dissipative structure of metastable austenite for raising the wear resistance of carbon steels / M.A. Filippov, V.P. Shveikin, V.A. Sharapova, S.M. Nikiforova, M.S. Khadyev // Metal Science and Heat Treatment. – 2023. – Vol. 64 (9). – P. 509–515. – doi: 10.1007/s11041-023-00854-w.
  15. Surface wear in Hadfield steel castings DOPED with nitrided vanadium / K. Vdovin, A. Pesin, N. Feoktistov, D. Gorlenko // Metals. – 2018. – Vol. 8 (10). – P. 845. – doi: 10.3390/met8100845.
  16. Description of the complex of technical means of an automated control system for the technological process of thermal vortex enrichment / V.V. Kondrat'ev, V.O. Gorovoy, A.D. Kolosov, R.V. Kononenko, V.Y. Konyukhov // Journal of Physics Conference Series. – 2020. – Vol. 1661 (1). – P. 012101. – doi: 10.1088/1742-6596/1661/1/012101.
  17. Operational factors of new flux cored wires of the Fe–C–Si–Mn–Cr–Ni–Mo system for surfacing of protective plates of shearer cutting drums / N. Kozyrev, A. Usoltsev, R. Kryukov, A. Gusev, I. Osetkovskiy // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2019. – Vol. 377. – P. 012022. – doi: 10.1088/1755-1315/377/1/012022.
  18. Эксплуатационные показатели новых порошковых проволок системы Fe-C-Si-Мn-Сr-Ni-Mo / Н.А. Козырев, А.А. Усольцев, Р.Е. Крюков, А.И. Гусев, И.В. Осетковский // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. – 2019. – Т. 75, № 7. – С. 860–869. – EDN HQDATQ.
  19. Наплавка порошковыми проволоками систем C–Si–Mn–Мо–V–В и C–Si–Mn–Cr–Mo–V деталей горнорудного оборудования / А.И. Гусев, Н.В. Кибко, М.В. Попова, Н.А. Козырев, И.В. Осетковский // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. – 2017. – Т. 60, № 4. – С. 318–323. – doi: 10.17073/0368-0797-2017-4-318-323.
  20. Шляхова Г.В., Данилов В.И. Исследование влияния электродуговой наплавки на структуру и свойства покрытий // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. – 2024. – Т. 67, № 4. – С. 433–439. – doi: 10.17073/0368-0797-2024-4-433-439.
  21. Metlitskii V.A. Flux-cored wires for arc welding and surfa­cing of cast iron // Welding International. – 2008. – Vol. 22 (11). – P. 796–800. – doi: 10.1080/09507110802593646.
  22. Pulsed TIG cladding of a highly carbon-, chromium-, molybdenum-, niobium-, tungsten- and vanadium-alloyed flux-cored wire electrode on duplex stainless steel X2CrNiMoN 22-5-3 / D. Muta?cu, O. Karancsi, I. Mitelea, C.M. Craciunescu, D. Buzdugan, I.D. U?u // Materials. – 2023. – Vol. 16 (13). – P. 4557. – doi: 10.3390/ma16134557.
  23. Exploring the trends in flux-cored arc welding: scientometric analysis approach / A. Swierczynska, B. Varbai, C. Pandey, D. Fydrych // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2024. – Vol. 130 (1). – P. 87–110. – doi: 10.1007/s00170-023-12682-6.
  24. Golyakevich A.A., Orlov L.N., Maksimov S.Yu. Peculiarities of welding process using metal cored wire of TMV5-MK grade // The Paton Welding Journal. – 2019. – Vol. 6. – P. 50–53. – doi: 10.15407/tpwj2019.06.10.
  25. Sabzi M., Obeydavi A., Mousavi Anijdan S.H. The effect of joint shape geometry on the microstructural evolution, fracture toughness, and corrosion behavior of the welded joints of a Hadfield steel // Mechanics of Advanced Materials and Structures. – 2019. – Vol. 26 (12). – P. 1053–1063. – doi: 10.1080/15376494.2018.1430268.
  26. Eremin E.N., Losev A.S. A flux-core wire for hardfacing sealing surfaces of stop valves // Welding International. – 2016. – Vol. 30 (3). – P. 216–219. – doi: 10.1080/09507116.2015.1044268.
  27. Kanishka K., Acherjee B. A systematic review of additive manufacturing-based remanufacturing techniques for component repair and restoration // Journal of Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 89. – P. 220–283. – doi: 10.1016/j.jmapro.2023.01.034.
  28. Lee C.M., Woo W.S., Roh Y.H. Remanufacturing: Trends and issues // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. – 2017. – Vol. 4 (1). – P. 113–125. – doi: 10.1007/s40684-017-0015-0.
  29. Application of plasma surface quenching to reduce rail side wear / M.V. Konstantinova, A.E. Balanovskiy, V.E. Gozbenko, S.K. Kargapoltsev, A.I. Karlina, M.G. Shtayger, E.A. Guseva, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012146. – doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012146.
  30. Change in the properties of rail steels during operation and reutilization of rails / K. Yelemessov, D. Baskanbayeva, N.V. Martyushev, V.Y. Skeeba, V.E. Gozbenko, A.I. Karlina // Metals. – 2023. – Vol. 13 (6). – P. 1043. – doi: 10.3390/met13061043.
  31. Investigation of macro and micro structures of compounds of high-strength rails implemented by contact butt welding using burning-off / M.G. Shtayger, A.E. Balanovskiy, S.K. Kargapoltsev, V.E. Gozbenko, A.I. Karlina, Yu.I. Karlina, A.S. Govorkov, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012190. – doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012190.
  32. Surface hardening of structural steel by cathode spot of welding arc / A.E. Balanovskiy, M.G. Shtayger, A.I. Karlina, S.K. Kargapoltsev, V.E. Gozbenko, Yu.I. Karlina, A.S. Govorkov, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012138. – doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012138.
  33. Hybrid processing: the impact of mechanical and surface thermal treatment integration onto the machine parts quality / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, A.V. Kutyshkin, K.A. Parts // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 126 (1). – P. 012016. – doi: 10.1088/1757-899x/126/1/012016.
  34. Research on the possibility of lowering the manufacturing accuracy of cycloid transmission wheels with intermediate rolling elements and a free cage / E.A. Efremenkov, N.V. Martyushev, V.Yu. Skeeba, M.V. Grechneva, A.V. Olisov, A.D. Ens // Applied Sciences. – 2022. – Vol. 12 (1). – P. 5. – doi: 10.3390/app12010005.
  35. Martyushev N.V., Skeeba V.Yu. The method of quantitative automatic metallographic analysis // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 803 (1). – P. 012094. – doi: 10.1088/1742-6596/803/1/012094.
  36. Skeeba V.Yu., Ivancivsky V.V. Reliability of quality forecast for hybrid metal-working machinery // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2018. – Vol. 194 (2). – P. 022037. – doi: 10.1088/1755-1315/194/2/022037.
  37. Defining efficient modes range for plasma spraying coatings / E.A. Zverev, V.Yu. Skeeba, P.Yu. Skeeba, I.V. Khlebova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – Vol. 87 (8). – P. 082061. – doi: 10.1088/1755-1315/87/8/082061.
  38. Influence of welding regimes on structure and properties of steel 12KH18N10T weld metal in different spatial positions / R.A. Mamadaliev, P.V. Bakhmatov, N.V. Martyushev, V.Yu. Skeeba, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1255–1264. – doi: 10.1007/s11015-022-01271-9.
  39. Plasma-arc surface modification of metals in a liquid medium / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, V.V. Kondrat'ev, V. Van Huy, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012013. – doi: 10.1088/1757-899X/411/1/012013.
  40. Karlina A.I., Karlina Y.I., Gladkikh V.A. Studying the microstructure, phase composition, and wear resistance of alloyed layers after laser surface melting of low-carbon steel 20 // Metallurgist. – 2024. – Vol. 68 (5). – P. 757–766. – doi: 10.1007/s11015-024-01782-7.
  41. Study of wear of an alloyed layer with chromium carbide particles after plasma melting / A.I. Karlina, Y.I. Karlina, V.V. Kondratiev, R.V. Kononenko, A.D. Breki // Crystals. – 2023. – Vol. 13 (12). – P. 1696. – doi: 10.3390/cryst13121696.
  42. Complex metallographic researches of 110G13L steel after heat treatment / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, V.V. Kondrat'ev, S.A. Nebogin, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012014. – doi: 10.1088/1757-899X/411/1/012014.
  43. An investigation into the behavior of cathode and anode spots in a welding discharge / A.I. Karlina, A.E. Balanovskiy, V.V. Kondratiev, V.V. Romanova, A.G. Batukhtin, Y.I. Karlina // Applied Sciences Switzerland. – 2024. – Vol. 14 (21). – P. 9774. – doi: 10.3390/app14219774.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».