powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2017-3-75-82powder-309Research ArticleПрименение порошковых материалов и функциональных покрытийApplication of Powder Materials and Functional CoatingsМИКРОДИФРАКЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ФАЗОВОГО СОСТАВА СЛОЯ, НАПЛАВЛЕННОГО ПРОВОЛОКОЙ НА СТАЛЬ HARDOX 450MICRODIFFRACTION PHASE COMPOSITION ANALYSIS OF LAYER DEPOSITED ON HARDOX 450 STEEL BY WIREКоноваловС. В.KonovalovS. V.

докт. техн. наук, доц., зав. кафедрой технологии металлов и авиационного материаловедения, 443086, г. Самара, ул. Московское шоссе, 34;

 гл. науч. сотр. управления научных исследований, 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr. Sci. (Tech.), Associate professor, Head of the Department of metals technology and aviation materials, 443086, Samara, Moskovskoye Shosse, 34;

Chief researcher, Scientific Department, 654007, Novokuznetsk, Kirova str., 42

ksv@ssau.ruКормышевВ. Е.KormyshevV. E.

инженер кафедры физики

Engineer of the Physics Department

89236230000@mail.ruГромовВ. Е.GromovV. E.

докт. физ.-мат. наук, проф., заведующий кафедрой физики

Dr. Sci. (Phys. Math.), Prof., Head of the Physics Department

gromov@physics.sibsiu.ruИвановЮ. Ф.IvanovYu. F.

докт. физ.-мат. наук, проф., гл. науч. сотрудник, 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/3;

вед. науч. сотрудник лаборатории низкотемпературной плазмы, 634050. г. Томск, пр. Ленина, 36

Dr. Sci. (Phys. Math.), Prof., Leading researcher, Laboratory of plasma emission electronics, 634021, Tomsk, Akademicheskii av., 2/3;

Leading researcher, Laboratory of low-temperature plasma, 634050, Tomsk, Lenina av., 36

yufi55@mail.ruКапраловЕ. В.KapralovE. V.

канд. техн. наук, инженер кафедры физики

Cand. Sci. (Tech.), Engineer, Physics Department

gromov@physics.sibsiu.ruСамарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева (Самарский университет); Сибирский государственный индустриальный университет (СибГИУ)РоссияSamara National Research University; Siberian State Industrial University (SibSIU)Russian FederationСибирский государственный индустриальный университет (СибГИУ)РоссияSibSIURussian FederationИнститут сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН; Национальный исследовательский Томский государственный университет (НИ ТГУ)РоссияInstitute of High Current Electronics Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IHCE SB RAS); National Research Tomsk State University (NR TSU)Russian Federation201718092017037582Copyright © Коновалов С.В., Кормышев В.Е., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Капралов Е.В., 20172017Коновалов С.В., Кормышев В.Е., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Капралов Е.В.Konovalov S.V., Kormyshev V.E., Gromov V.E., Ivanov Y.F., Kapralov E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://powder.misis.ru/jour/article/view/309

Проведены одинарная и перекрестная (двойная) наплавки на сталь Hardox 450 порошковой проволокой состава C–Mn–Si–Cr–Nb–W и выполнен анализ микротвердости, фазового состава и дефектной субструктуры наплавленных слоев. Получен профиль микротвердости при удалении от поверхности. Показано, что в результате формирования наплавки образуется высокопрочный поверхностный слой с микротвердостью 10,2 ГПа. При большем удалении от поверхности наплавленного слоя микротвердость материала уменьшается до 6 ГПа. Увеличение количества наплавленных слоев до 2 приводит к утолщению упрочненного слоя. Показано, что величина микротвердости в нем практически не зависит от количества наплавленных слоев. Методами просвечивающей электронной дифракционной микроскопии выполнено исследование фазового состава и дефектной субструктуры наплавленного слоя. Показано, что толщина упрочненного слоя изменяется от 6,0–6,5 до 7,5 мм при одинарной и двойной наплавках. Установлено, что повышение микротвердости наплавленного слоя объясняется формированием многофазной субмикро- и наноразмерной структуры, упрочнение которой обусловлено закалочным эффектом и наличием включений карбида ниобия субмикронных размеров, морфология которых существенным образом зависит от места образования в структуре стали. Выявлено, что зона контакта наплавки и основного металла подобна структуре исходной стали, однако упрочнение переходного слоя связано с наличием частиц карбидных фаз, сформированных элементами порошковой проволоки.

The paper describes single and crosswise (double) surfacing of Hardox 450 steel using the C–Mn–Si–Cr–Nb–W flux-cored wire, and the analysis of the microhardness, phase composition, and defective substructure of built-up layers. The microhardness profile is obtained at a distance from the surface. It is shown that a high-strength surface layer with a microhardness of 10,2 GPa is formed as a result of surfacing. Material microhardness decreases to 6 GPa at a greater distance from the surface of the built-up layer. An increase in the number of built-up layers up to 2 causes thickening of the hardened layer. The paper shows that the microhardness value of this layer does not depend on the number of built-up layers of the weld flux-cored wire. The paper describes the study of the phase composition and defective substructure of a built-up layer by transmission electronic diffraction microscopy methods. It is shown that the thickness of the hardened layer varies from 6,0–6,5 to 7,5 mm for single and double surfacing. It was found that the increase in the built-up layer microhardness was attributable to the formation of a multiphase submicro- and nanosized structure with hardening preconditioned by the hardening effect and the presence of submicron-sized niobium carbide inclusions, the morphology of which essentially depended on the place of formation in the steel structure. It was found that the contact area between the surfacing and the base metal was similar to the structure of the original steel, but hardening of the transition layer occurred due to the presence of carbide phase particles formed by elements of the flux-cored wire.

сталь Hardox 450порошковая проволоканаплавкафазовый составструктурамикротвердостьHardox 450 steelflux-cored wiresurfacingphase compositionstructuremicrohardnessReferencesZamulaeva E.I., Levashov E.A., Skryleva E.A., Sviridova T.A., Kiryukhantsev-Korneev P.V. Conditions for formation of MAX phase Cr2AlC in electrospark coatings deposited onto titanium alloy // Surf. Coat. Technol. 2016. Vol. 298. P. 15—23. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.04.058.Zamulaeva E.I., Levashov E.A., Skryleva E.A., Sviridova T.A., Kiryukhantsev-Korneev P.V. Conditions for formation of MAX phase Cr2AlC in electrospark coatings deposited onto titanium alloy. Surf. Coat. Technol. 2016. Vol. 298. P. 15—23. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.04.058.Shtansky D.V., Sheveiko A.N., Petrzhik M.I., KiryukhantsevKorneev F.V., Levashov E.A., Leyland A., Yerokhin A.L., Matthews A. Hard tribological Ti—B—N, Ti—Cr—B—N, Ti—Si—BN— and Ti—Al—Si—B—N coatings // Surf. Coat. Technol. 2005. Vol. 200. No. 1—4. P. 208—212.Shtansky D.V., Sheveiko A.N., Petrzhik M.I., Kiryukhantsev-Korneev F.V., Levashov E.A., Leyland A., Yerokhin A.L., Matthews A. Hard tribological Ti—B—N, Ti—Cr—B—N, Ti—Si—B—N and Ti—Al—Si—B—N coatings. Surf. Coat. Technol. 2005. Vol. 200. No. 1—4. P. 208—212.Лозован А.А., Франгулов С.В., Чулков Д.В. Исследование состава и структуры многослойных нанопокрытий, напыленных на внутренние поверхности труб импульсным лазерным осаждением // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2010. No. 6. С. 88—91.Lozovan A.A., Frangulov S.V., Chulkov D.A. Structure and composition analysis of multilayer nanocoating deposited onto inner surfaces of tubes by pulsed laser deposition. J. Surf. Invest. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2010. Vol. 4. No. 3. P. 530—533.Лигачев А.Е., Колобов Ю.Р., Жидков М.В., Голосов Е.В., Потемкин Г.В., Ремнев Г.Е. Влияние импульсных ионных пучков на изменение субмикрокристаллической структуры приповерхностных слоев аустенитной стали // Физика и химия обработки материалов. 2015. No. 1. С. 19—25.Ligachev A.E., Kolobov Yu.R., Zhidkov M.V., Golosov E.V., Potemkin G.V., Remnev G.E. Pulsed ion beam induced changes in a submicrocrystalline structure of the near surface layers of austenite steel. Inorgan. Mater.: Appl. Res. 2016. Vol. 7. No. 3. Р. 325—329.Ramazanov K.N., Zolotov I.V., Khusainov Y.G., Khusnutdinov R.F. Improving the operating properties of parts of titanium alloys by surface hardening in high density plasma of glow discharge // J. Phys.: Conf. Ser. 2015. Vol. 652. No. 1, art. No. 012055. DOI: 10.1088/1742-6596/652/1/012055Ramazanov K.N., Zolotov I.V., Khusainov Y.G., Khusnutdinov R.F. Improving the operating properties of parts of titanium alloys by surface hardening in high density plasma of glow discharge. J. Phys.: Conf. Ser. 2015. Vol. 652. No. 1, art. No. 012055. DOI: 10.1088/1742-6596/652/1/012055Budilov V.V., Ramazanov K.N., Zolotov I.V., Khucnutdinov R.F., Starovoitov S.V. Ion nitriding of titanium alloys with a hollow cathode effect application // J. Eng. Sci. Technol. Rev. 2015. Vol. 8. No. 6. (Spec. iss.). P. 22—24.Budilov V.V., Ramazanov K.N., Zolotov I.V., Khucnutdinov R.F., Starovoitov S.V. Ion nitriding of titanium alloys with a hollow cathode effect application. J. Eng. Sci. Technol. Rev. 2015. Vol. 8. No. 6. (Spec. iss.). P. 22—24.Блинков И.В., Волхонский А.О., Аникин В.Н., Скрылева Е.А. Мультислойные наноструктурные покрытия TiAlN/ZrNbN/CrN, получаемые методом ARCPVD, для режущего твердосплавного инструмента // СТИН. 2012. No. 5. С. 18—24.Blinkov I.V., Volkhonskii A.O., Anikin V.N., Skryleva E.A. Multilayer TiAlN/ZrNbN/CrN nanocoatings obtained by the Arc-PVD method for hard-alloy cutting tools. Russ. Eng. Research. 2012. Vo. 32. No. 11—12. P. 740—745. DOI: 10.3103/S1068798X12110056Blinkov I.V., Volkhonskii A.O., Kuznetsov D.V., Skryleva E.A. Investigation of structure and phase formation in multilayer coatings and their thermal stability // J. Alloys Compounds. 2014. Vol. 586. No. 1. P. S381—S386. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.11.159Blinkov I.V., Volkhonskii A.O., Kuznetsov D.V., Skryleva E.A. Investigation of structure and phase formation in multilayer coatings and their thermal stability. J. Alloys Compounds. 2014. Vol. 586. No. 1. P. S381—S386. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.11.159Levashov E.A., Zamulaeva E.I., Pogozhev Y.S., Kurbatkina V.V. Nanoparticle dispersion strengthened WC—C based coatings on Ti-alloy produced by sequential chemical reaction assisted pulsed electrospark deposition // Plasma Processes and Polymers. 2009. Vol. 6. No. 1. P. S102—S106. DOI: 10.1002/ppap.200930401.Levashov E.A., Zamulaeva E.I., Pogozhev Y.S., Kurbatkina V.V. Nanoparticle dispersion strengthened WC—C based coatings on Ti-alloy produced by sequential chemical reaction assisted pulsed electrospark deposition. Plasma Processes and Polymers. 2009. Vol. 6. No. 1. P. S102—S106. DOI: 10.1002/ppap.200930401.Петржик М.И., Левашов Е.А. Современные методы изучения функциональных поверхностей перспективных материалов в условиях механического контакта // Кристаллография. 2007. Т. 52. No. 6. С. 1002—1010.Petrzhik M.I., Levashov E.A. Modern methods for investigating functional surfaces of advanced materials by mechanical contact testing. Crystallogr. Rep. 2007. Vol. 52. No. 6. P. 966—974.Левашов Е.А., Штанский Д.В., Кирюханцев Корнеев Ф.В., Петржик М.И. Современное состояние в области получения и исследования функциональных наноструктурированных покрытий // Проблемы черн. металлургии и материаловедения. 2009. No. 1. С. 65—88.Levashov E.A., Shtanskij D.V., Kirjuhancev Korneev F.V., Petrzhik M.I. Sovremennoe sostojanie v oblasti poluchenija i issledovanija funkcional’nyh nanostrukturirovannyh pokrytij [Current status in the field of preparation and research of functional nanostructured coatings]. Problemy chernoj metallurgii i materialovedenija. 2009. No. 1. P. 65—88.Elagina O.Y., Gusev V.M., Buklakov A.G., Gantimirov B.M. Study of the wear-resistance of coatings from clad powders under sliding friction with boundary lubrication // J. Frict. Wear. 2015. Vol. 36. No. 3. P. 218—222. DOI: 10.3103/S1068366615030046.Elagina O.Y., Gusev V.M., Buklakov A.G., Gantimirov B.M. Study of the wear-resistance of coatings from clad powders under sliding friction with boundary lubrication. J. Frict. Wear. 2015. Vol. 36. No. 3. P. 218—222. DOI: 10.3103/S1068366615030046.Okovity V.A., Shevtsov A.I., Okovity V.V., Astashynski V.M., Kostyukevich E.A. Parameters optimization for plasma spraying and pulsed plasma treatment of surface layers of gas-thermal composite coatings based on multifunctional oxide ceramics // High Temp. Mater. Process. 2014. Vol. 18. No. 1—2. P. 45—62. DOI: 10.1615/HighTempMatProc.2015014363.Okovity V.A., Shevtsov A.I., Okovity V.V., Astashynski V.M., Kostyukevich E.A. Parameters optimization for plasma spraying and pulsed plasma treatment of surface layers of gas-thermal composite coatings based on multifunctional oxide ceramics. High Temp. Mater. Process. 2014. Vol. 18. No. 1—2. P. 45—62. DOI: 10.1615/HighTempMatProc.2015014363.Arai M., Suidzu T. Porous ceramic coating for transpiration cooling of gas turbine blade // J. Thermal Spray Technol. 2013. Vol. 22. No. 5. P. 690—698. DOI: 10.1007/s11666-013-9883-1.Arai M., Suidzu T. Porous ceramic coating for transpiration cooling of gas turbine blade. J. Thermal Spray Technol. 2013. Vol. 22. No. 5. P. 690—698. DOI: 10.1007/s11666-013-9883-1.Geras’kina V.V., Baldaeva S.L., Puzryakova A.F., Baldaev L.K.H. Increasing the service life of components by gas thermal spraying of nanostructured materials // Weld. Int. 2011. Vol. 25. No. 3. P. 221—223. DOI: 10.1080/09507116.2010.540876.Geras’kina V.V., Baldaeva S.L., Puzryakova A.F., Baldaev L.K.H. Increasing the service life of components by gas thermal spraying of nanostructured materials. Weld. Int. 2011. Vol. 25. No. 3. P. 221—223. DOI: 10.1080/09507116.2010.540876.Zhu Q., Lei Y.-C., Chen X.-Z., Ren W.-J., Ju X., Ye Y.-M. Microstructure and mechanical properties in TIG welding of CLAM steel // Fusion Eng. Design. 2011. Vol. 86. No. 4—5. P. 407—411. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2011.03.070.Zhu Q., Lei Y.-C., Chen X.-Z., Ren W.-J., Ju X., Ye Y.-M. Microstructure and mechanical properties in TIG welding of CLAM steel. Fusion Eng. Design. 2011. Vol. 86. No. 4—5. P. 407—411. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2011.03.070.Konovalov S., Chen X., Sarychev V., Nevskii S., Gromov V., Trtica M. Mathematical modeling of the concentrated energy flow effect on metallic materials // Metals. 2017. Vol. 7. No 1. DOI: 10.3390/met7010004.Konovalov S., Chen X., Sarychev V., Nevskii S., Gromov V., Trtica M. Mathematical modeling of the concentrated energy flow effect on metallic materials. Metals. 2017. Vol. 7. No 1. DOI: 10.3390/met7010004.Lei Y.-c., Yuan W.-j., Chen X.-z., Zhu F., Cheng X.-n. In-situ weld-alloying plasma arc welding of SiCp/Al MMC // Trans. Nonferr. Met. Soc. China (Eng. Ed.). 2007. Vol. 17. No 2. P. 313—317. DOI: 10.1016/S1003-6326(07)60091-0.Lei Y.-c., Yuan W.-j., Chen X.-z., Zhu F., Cheng X.-n. In-situ weld-alloying plasma arc welding of SiCp/Al MMC. Trans. Nonferr. Met. Soc. China (Eng. Ed.). 2007. Vol. 17. No 2. P. 313—317. DOI: 10.1016/S1003-6326(07)60091-0.Громов В.Е., Горбунов С.В., Иванов Ю.Ф., Воробьев С.В., Коновалов С.В. Формирование поверхностных градиентных структурно-фазовых состояний при электронно-пучковой обработке нержавеющей стали // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2011. No. 10. С. 62—67.Gromov V.E., Gorbunov S.V., Ivanov Y.F., Vorobiev S.V., Konovalov S.V. Formation of surface gradient structural-phase states under electron-beam treatment of stainless steel. J. Surf. Invest. 2011. Vol. 5. No. 5. P. 974—978.Poletika I.M., Krylova T.A., Tetyutskaya M.V., Makarov S.A. Formation of the structure of wear-resisting coatings in electron beam deposition of tungsten carbide // Weld. Int. 2013. Vol. 27. No. 7. P. 508—515. DOI: 10.1080/09507116.2012.715946.Poletika I.M., Krylova T.A., Tetyutskaya M.V., Makarov S.A. Formation of the structure of wear-resisting coatings in electron beam deposition of tungsten carbide. Weld. Int. 2013. Vol. 27. No. 7. P. 508—515. DOI: 10.1080/09507116.2012.715946.Коновалов С.В., Кормышев В.Е., Иванов Ю.Ф., Тересов А.Д. Электронно-пучковая модификация упрочненного слоя, сформированного на стали Hardox 450 электроконтактной наплавкой проволоки системы Fe—С—V—Cr—Nb—W // Письма о материалах. 2016. Т. 6. No. 4. С. 350—354.Konovalov S.V., Kormyshev V.E., Ivanov Y.F., Teresov A.D. Electron-beam processing of the hardened layer formed on Hardox 450 steel electric-wire welding system Fe—C—V—Cr—Nb—W. Lett. Mater. 2016. Vol. 6. No. 4. P. 350—354. DOI: 10.22226/2410-3535-2016-4-350-354.Капралов Е.В., Райков С.В., Будовских Е.А., Громов В.Е., Ващук Е.С., Иванов Ю.Ф. Структурно-фазовые состояния и свойства покрытий, наплавленных на поверхность стали порошковыми проволоками // Изв. РАН. Сер. физ. 2014. Т. 78. No. 10. С. 1266—1272.Kapralov E., Raikov S., Budovskikh E., Gromov V., Vashuk E., Ivanov Yu. Structural phase states and properties of coatings welded onto steel surfaces using powder. Bulletin of the Russian academy of sciences. Physics. 2014. Vol. 78. No. 10. P. 1015—1021.Popova N., Nikonenko E., Ivanov Yu., Gromov V., Budovskikh E., Raikov S., Kapralov E., Vashuk E. Structure and properties of wear-resistant weld deposit formed on martensitic steel using the electric-arc method // Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 1013. P. 194—199.Popova N., Nikonenko E., Ivanov Yu., Gromov V., Budovskikh E., Raikov S., Kapralov E., Vashuk E. Structure and properties of wear-resistant weld deposit formed on martensitic steel using the electric-arc method. Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 1013. P. 194—199.Williams D.B. Practical analytical electron microscopy in materials science. USA. Deerfield Beach, FL: Verlag Chemic Int, 2004.Williams D.B. Practical analytical electron microscopy in materials science. USA. Deerfield Beach, FL: Verlag Chemic Int, 2004.Синдо Д., Оикава Т. Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия. М: Техносфера, 2006.Sindo D., Oikava T. Analiticheskaja prosvechivajushhaja jelektronnaja mikroskopija [Analytical transmission electron microscopy]. Moscow: Tehnosfera, 2006.Курдюмов В.Г., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977.Kurdjumov V.G., Utevskij L.M., Jentin R.I. Prevrashhenija v zheleze i stali [Transformations in the iron and steel]. Moscow: Nauka, 1977.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.