DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2019.10.01

Формування термічно стійкої полігонізаційної субструктури з підвищеними властивостями в електродугових покриттях

Oleksandr Dubovyy, Anton Karpechenko, Maksym Bobrov, Serhiy Shkurat, Oleksandr Lymar

Анотація


У роботі досліджено можливість формування електродугових сталевих покриттів з дротів марок 65Г та Св-08Г2С з частково термічно стабілізованою полігонізаційною субструктурою за рахунок додаткової деформації та термічної обробки. Встановлено, що додаткова деформація пресуванням на 25% та 30% електродугових сталевих покриттів з дроту 65Г та 20% і 30% покриттів з дроту Св-08Г2С надає можливість підвищити тривалість витримки при термічній обробці до 15…20 хв без суттєвого зниження твердості за рахунок формування субструктури з підвищеною термічною стійкістю. Методом рентгеноструктурного аналізу розраховано середній розмір субзерен, кут їх розорієнтування та середню кількість наноструктурних елементів у напилених покриттях. Показано, що середній розмір субзерен електродугових покриттів зменшується при деформуванні, що зумовлює стабілізацію субструктури, на 40…45% у порівнянні з покриттями після напилення. Крім того, при проведенні термічної обробки і додаткової деформації забезпечується збільшення кількості наноструктурних елементів з 18 до 32…35% та підвищується середній кут розорієнтування субзерен. Досліджено вплив поверхневої пластичної деформації методом дробоструменевої обробки на можливість формування термічно стійкої полігонізаційної субструктури у покриттях з дроту 65Г. Встановлені оптимальні температуро-часові параметри термічної обробки вказаних покриттів за показниками мікротвердості по глибині наклепаного шару. Дробоструменева обробка забезпечує стабілізацію полігонізаційної субструктури при термічній обробці до тривалості витримки 40 хвилин. Проведено експериментальні дослідження впливу термічної обробки, поверхневої пластичної деформації та комбінованої деформаційно-термічної обробки на міцність та зносостійкість електродугових покриттів з дроту 65Г. Встановлено, що проведення термічної обробки покриттів з дроту 65Г забезпечує підвищення міцності зчеплення на 30% у порівнянні з покриттями після напилення за рахунок зменшення внутрішніх напружень. Термічна обробка додатково деформованих покриттів забезпечує значніше підвищення міцності зчеплення у порівнянні з термообробленими покриттями без деформації. Показано, що термічна обробка забезпечує підвищення зносостійкості покриттів із 65Г на 45% у порівнянні зі станом після напилення.


Ключові слова


газотермічне покриття; термічна обробка; субструктура; твердість; полігонізація; деформація

Повний текст:

PDF

Посилання


Thermal spray coatings market analysis report by product, by technology, by application, by region, and segment forecasts, 2019 – 2025: (Market research report). Available at: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/thermal-spray-coatings-market

Valiev, R. Z., Zhilyaev, A. P., Langdon, T. G. Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons, Inc., 2013, 456, doi: 10.1002/9781118742679.

Pulsford, J. Effect of Particle and Carbide Grain Sizes on a HVOAF WC-Co-Cr Coating for the Future Application on Internal Surfaces: Microstructure and Wear. Journal of Thermal Spray Technology, 2018, 27, 207-218, doi: 10.1007/s11666-018-0726-y.

Gypta, M. Infuence of bondcoat spray process on lifetime of suspension plasma-sprayed thermal barrier coatings. Journal of Thermal Spray Technology, 2018, 27, 84-97, doi: 10.1007/s11666-017-0672-0.

Goranskiy, G. G. Termodinamicheskaya model otsenki energii aktivatsii protsessa kristallizatsii mnogokomponentnoy amorfnoy fazyi [Thermodynamic model for estimating the activation energy of the crystallization process of a multicomponent amorphous phase]. Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta [Bulletin of Vitebsk State Technological University], 2014, 27, 125-135.

Kuznetsov, V. D. Iznosostoykaya naplavka s vvodom v svarochnuyu vannu nanoporoshkov [Wear-resistant surfacing with the addition of nanopowders into the weld pool]. Avtomaticheskaya svarka [Automatic welding], 2015, 5-6, 52-56.

Montemor, M. F. Smart Composite Coatings and Membranes. Woodhead Publishing, 2015, 490, doi: 10.1016/C2013-0-16518-X.

Mal’tseva, S. V., Mel’nikova, I. P., Lyasnikova, A. V., Zaharevich, A. M. Structure and properties of modified plasma-sprayed composite coatings on titanium base. Mechanics of Composite Materials, 2016, 52, 531-534, doi: 10.1007/s11029-016-9603-2.

Borisov, Yu. S., Borisova, A. L., Astahov, E. A. Detonatsionnyie pokryitiya iz kompozitsionnogo poroshka ferromolibden–karbid kremniya, poluchennogo metodom mehanohimicheskogo sinteza [Detonation coatings from composite powder ferromolybdenum – silicon carbide, obtained by the method of mechanic-chemical synthesis]. Avtomaticheskaya svarka [Automatic welding], 2014, 3, 28-35

Korzhik, V. N., Borisova, A. L., Gordan, G. N., Lyutik, N. P., Chayka, A. A., Kayda, T. V. Osobennosti strukturyi pokryitiy iz poroshkovoy provoloki sistemyi Fe–Cr–Al poluchennyih v usloviyah sverhzvukovoy elektrodugovoy metallizatsi [Peculiarities of the structure of coatings from flux-cored wire of the Fe – Cr – Al system obtained under supersonic arc metallization conditions]. Avtomaticheskaya svarka [Automatic welding], 2014, 2, 33-38.

Dubovoj, A.N., Prokudin, S.A., Karpechenko, A.A. Manufacture of coatings with mixed compositions by means of powder arc spraying using a facility developed specifically for this purpose. Thermal spray bulletin, 2013, 2, 102-107.

Duboviy, O. M., Bobrov, M. M., Nedelko, Yu. E, Chechel, O. V. Vpliv parametriv rezhimu napilennya pokrittiv schodo otrimannya nanomasshtabnoyi substrukturi z pidvischenoyu stabilnistyu [Influence of spray parameters on obtaining nanoscale substructure with increased stability]. Zb. nauk. prats NUK [Collection of scientific papers], 2016, 4, 35- 40.

Duboviy, O. M., Karpechenko, A. A., Bobrov, M. M., Zhdanov, O. O., Makruha, T. O., Nedelko, Yu. E. Formuvannya nanorozmirnoyi poligonizatsiynoyi substrukturi ta yiyi vpliv na fiziko-mehanichni vlastivosti metaliv i splaviv ta napilenih pokrittiv [Formation of nanosized polygonal substructure and its influence on physical and mechanical properties of metals and alloys and spray coatings]. Metallofizika i noveyshie tehnologii [Metallophysics and the latest technology], 2017, 2, 209-1243, doi: 10.15407/mfint.39.02.0209.

Gorelik, S. S., Rastorguev, L. N., Skakov, Yu. A. Rentgenograficheskiy i elektronnoopticheskiy analiz [X-ray and electron optical analysis]. M.: Metallurgy, 1970, 336.

Odintsov, L. G. Uprochnenie i otdelka detaley povehnostnyim plasticheskim deformirovaniem: Spravochnik [Hardening and finishing of parts by surface plastic deformation. Directory]. M.: Metallurgy, 1987, 328.

Ivashko, V. S., Buykus, K. V. Analiz materialov dlya vosstanovleniya sheek valov aktivirovannyim elektrodugovyim napyileniem [Analysis of materials for the restoration of the necks of shafts by activated arc spraying], Nauka – obrazovaniyu, proizvodstvu, ekonomike : materialyi 14-y Mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy konferentsii. Minsk : BNTU [Science - education, production, economics: materials of the 14th International Scientific and Technical Conference. Minsk: BNTU], 2016, 2, 121.

Dubovyi, O. M., Chechel, O. V., Bobrov, M. M., Nedel’ko, Yu. Ye. Perspectives of improved physical and mechanical properties of thermal coatings by electropulse exposure. Naukoviy visnik NGU [Scientific Bulletin of of National Mining University], 2017, 1, 82-87.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Thermal spray coatings market analysis report by product, by technology, by application, by region, and segment forecasts, 2019 – 2025: (Market research report) URL: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/thermal-spray-coatings-market.
  2. Valiev, R. Z. Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications / R. Z. Valiev, A. P. Zhilyaev, T. G. Langdon. John Wiley & Sons, Inc., 2013. – 456 p. ‑ doi: 10.1002/9781118742679.
  3. Pulsford, J. Effect of Particle and Carbide Grain Sizes on a HVOAF WC-Co-Cr Coating for the Future Application on Internal Surfaces: Microstructure and Wear / J. Pulsford, S. Kamnis, J. Murray, M. Bail, T. Hussain // Journal of Thermal Spray Technology. – 2018. – Vol. 27. – P. 207-218. ‑ doi: 10.1007/s11666-018-0726-y.
  4. Gypta, M. Infuence of bondcoat spray process on lifetime of suspension plasma-sprayed thermal barrier coatings / W. Gypta, N. Markocsan, X.-H. Li, L. Ostargen // Journal of Thermal Spray Technology. – 2018. – Vol. 27. – P. 84 – 97. – doi: 10.1007/s11666-017-0672-0.
  5. Горанский, Г. Г. Термодинамическая модель оценки энергии активации процесса кристаллизации многокомпонентной аморфной фазы / Г. Г. Горанский, Б. Б. Хина, В. И. Жорник, А. И. Поболь // Вестник Витебского государственного технологического университета. – 2014. – № 27. – С. 126-135.
  6. Кузнецов, В. Д. Износостойкая наплавка с вводом в сварочную ванну нанопорошков / В. Д. Кузнецов, Д. В. Степанов // Автоматическая сварка. – 2015. – № 5-6. – С. 52-56.
  7. Montemor, M. F. Smart Composite Coatings and Membranes / M. F. Montemor. Woodhead Publishing, 2015. – 490 p. – doi:10.1016/C2013-0-16518-X.
  8. Mal’tseva, S. V. Structure and properties of modified plasma-sprayed composite coatings on a titanium base / S. V. Mal’tseva, I. P. Mel’nikova, A. V. Lyasnikova, A. M. Zaharevich // Mechanics of Composite Materials. – 2016. –Vol. 52. – P. 531-534. – doi: 10.1007/s11029-016-9603-2.
  9. Борисов, Ю. С. Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза / Ю.С. Борисов, А. Л. Борисова, Е. А. Астахов и др. // Автоматическая сварка. - 2014. - 3. - С. 28-35.
  10. Коржик, В. Н. Особенности структуры покрытий из порошковой проволоки системы Fe–Cr–Al полученных в условиях сверхзвуковой электродуговой металлизаци / В. Н. Коржик, А. Л. Борисова, Г. Н. Гордань, Н. П. Лютик, А. А. Чайка, Т. В. Кайда // Автоматическая сварка. – 2014. – № 2. – С. 33-38.
  11. Dubovoj, A. N. Manufacture of coatings with mixed compositions by means of powder arc spraying using a facility developed specifically for this purpose / A. N. Dubovoj, S.A. Prokudin, A.A. Karpechenko // Thermal spray bulletin. – 2013. – Vol. 2. – P. 102-107.
  12. Дубовий, О. М. Вплив параметрів режиму напилення покриттів щодо отримання наномасштабної субструк-тури з підвищеною стабільністю / О. М. Дубовий, М. М. Бобров, Ю. Є. Неделько, О. В. Чечель // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК, 2016. – № 4. – С. 35-40.
  13. Дубовий, О. М. Формування нанорозмірної полігонізаційної субструктури та її вплив на фізико-механічні властивості металів і сплавів та напилених покриттів / О. М. Дубовий, А. А. Карпеченко, М. М. Бобров, О.О. Жданов, Т. О. Макруха, Ю. Є. Неделько // Металлофизика и новейшие технологии. – 2017. – Т.39, № 2. – С. 209-243. ‑ doi: 10.15407/mfint.39.02.0209.
  14. Горелик, С. С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / С. С. Горелик, Л. Н. Расторгуев, Ю. А. Скаков. – М.: Металлургия, 1970. – 336 с.
  15. Одинцов, Л. Г. Упрочнение и отделка деталей повехностным пластическим деформированием: Справочник / Л. Г. Одинцов. – М.: Машиностроение, 1987. – 328 с.
  16. Ивашко, В. С. Анализ материалов для восстановления шеек валов активированным электродуговым напылением / В. С. Ивашко, К. В. Буйкус // Наука – образованию, производству, экономике : материалы 14-й Международной научно-технической конференции. - Минск : БНТУ, 2016. ‑ Т. 2. ‑ С. 121.
  17. Dubovyi, O. M. Perspectives of improved physical and mechanical properties of thermal coatings by electropulse exposure / O. M. Dubovyi, O. V. Chechel, M. M. Bobrov, Yu. Ye. Nedel’ko // Науковий вісник НГУ. – 2017. ‑ №1. – С. 82-87.