МИКРОДИФРАКЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ФАЗОВОГО СОСТАВА СЛОЯ, НАПЛАВЛЕННОГО ПРОВОЛОКОЙ НА СТАЛЬ HARDOX 450

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.

сталь Hardox 450, порошковая проволока, наплавка, фазовый состав, структура, микротвердость

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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: 10.1088/1742-6596/652/1/012055

6. 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.

7. 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.

8. Blinkov 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.2012.11.159

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. Williams D.B. Practical analytical electron microscopy in materials science. USA. Deerfield Beach, FL: Verlag Chemic Int, 2004.

25. Синдо Д., Оикава Т. Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия. М: Техносфера, 2006.

26. Курдюмов В.Г., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977.