Экспериментальное и расчетное определения коэффициента износостойкости покрытий с добавками нанодисперсных частиц карбидов при лазерной наплавке
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-2-73-80
Аннотация
Представлены результаты отечественных и зарубежных исследований по лазерной наплавке покрытий, содержащих упрочняющие карбидные фазы, а также металлографических и трибологических исследований покрытий порошками сплава системы Ni-Cr-B-Si, в том числе с добавлением нанодисперсных частиц карбидов титана и вольфрама. Определены значения коэффициента износостойкости (Ки) покрытий при испытании на абразивное изнашивание по схеме Бринелля-Хаворта. Использование Ки позволило определить коэффициент С при склерометрировании покрытий, зависящий от твердости покрытия, режимов обработки и добавки твердых частиц. Установлено, что на величину С влияет ряд факторов: скорость обработки, плотность подводимой мощности излучения лазера, глубина проплавления основы, наличие и содержание карбидной фазы. Чем выше глубина проплавления, тем ниже износостойкость покрытия, что связано с перемешиванием материала основы и наплавляемого покрытия. Введение наночастиц карбида вольфрама в количестве от 3 до 7 % позволило повысить износостойкость покрытия в 1,5-2,0 раза по сравнению с наплавленным порошковым покрытием из сплава ПР-НХ15СР2 и в 4,6-7,1 раза по отношению к материалу основы - стали 40Х. Микротвердость исходного порошкового покрытия составила 6400-6600 МПа, а с введением в него карбидов она возрастает. Так, при содержании WC 7 % в покрытии микротвердость достигает 7620-9160 МПа. Положительные результаты наплавки получены при плотности энергии излучения до 50 Вт•с/мм2, однако при дальнейшем ее увеличении происходят выгорание легирующих элементов и диссоциация карбидов.
Об авторах
В. П. Бирюков
Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
Россия
Россия
Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физических методов упрочнения поверхностей трения ИМАШ РАН.
101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., 4.
Т. А. Базлова
Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
Россия
Россия
Кандидат технических наук, доцент кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов НИТУ «МИСиС».
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.
Список литературы
1. Li Q., Zhang D., Lei T., Chen Ch., Chen W. Comparison of laser-clad and furnace-melted Ni-based alloy microstructures. Surf. Coat. Technol. 2001. Vol. 137. P. 122— 135.
2. Gomez-del R.T., Garrido M.A., Fernandez J.E., Cadenas M., Rodriguez Y. Influence of the deposition techniques on the mechanical properties and microstructure of NiCrBSi coatings. Mater. Process. Technol. 2008. Vol. 204. No. 1-3. Р. 304—312.
3. St-Georges L. Development and characterization of composite Ni—Cr + WC laser cladding. Wear. 2007. Vol. 263. No. 1-6. P. 562—566. DOI: 10.1016/j.wear.2007.02.023.
4. Janicki D. Direct diode laser cladding of inconel 625/WC composite coatings. J. Mech. Eng. 2016. Vol. 62. No. 6. P. 343—372. DOI: 10.5545/sv-jme.2015.3194.
5. Zhou S., Huang Y., Zeng X., Hu Q. Microstructure characteristics of Ni-based WC composite coatings by laser induction hybrid rapid cladding. Mater. Sci. Eng. 2008. Vol. 480. No. 1-2. P. 564—572. DOI: 10.1016/j.msea.2007.07.058.
6. Rong T., Gu D., Shi Q., Cao S., Xia M. Effects of tailored gradient interface on wear properties of WC/Inconel 718 composites using selective laser melting. Surf. Coat. Technol. 2016. Vol. 307. P. 418—427.
7. Shi Y., Li Y., Liu J., Yuan Z. Investigation on the parameter optimization and performance of laser cladding a gradient composite coating by a mixed powder of Co50 and Ni/WC on 20CrMnTi low carbon alloy steel. Opt. Laser Technol. 2018. Vol. 99. P. 256—270. DOI: 10.1016/j.optlastec.2017.09.010.
8. Han B., Li M., Wang Y. Microstructure and wear resistance of laser clad Fe—Cr3C2 composite coating on 35CrMo steel. JMEPEG. 2013. Vol. 22. P. 3749—3754. DOI: 10.1007/s11665-013-0708-7.
9. Hong C., Gu D., Dai D., Gasser A., Weisheit A., Kelbassa I., Zhong M., Poprawe R. Laser metal deposition of TiC/In-conel 718 composites with tailored interfacial microstructures. Opt. Laser Technol. 2013. Vol. 54. P. 98—109. DOI: 10.1016/j.optlastec.2013.05.011.
10. Wilson J.M., Shin Y.C. Microstructure and wear properties of laser-deposited functionally graded Inconel 690 reinforced with TiC. Surf. Coat. Technol. 2012. Vol. 207. P. 517—522. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.07.058.
11. Shibang M., Zhihao D., Zhenwei X., YangX, Chao L., Houjie S. Parameter optimization and microstructure evolution of in-situ TiC particle reinforced Ni-based composite coating by laser cladding. J. Eng. Sci. Tech-nol. Rev. 2018. Vol. 11. No. 2. P. 88— 95. DOI: 10.25103/jestr.112.13.
12. Lei Y., Sun R., Lei J.,Tang Y., Niu W. A new theoretical model for high power laser clad TiC/NiCrBSiC composite coatings on Ti6Al4V alloys. Opt. Laser. Eng. 2010. Vol. 48. P. 899—905. DOI: 10.1016/j.optlaseng.2010.03.016.
13. Li J., Chen C., Squartini T., He Q. A study on wear resistance and microcrack of the Ti3Al/TiAl + TiC ceramic layer deposited by laser cladding on Ti—6Al—4V alloy. Appl. Surf. Sci. 2010. Vol. 257. P. 1550—1555. DOI:10.1016/j.apsusc.2010.08.094.
14. Nurminen J., Nakki J., Vuoristo P. Microstructure and properties of hard and wear resistant MMC coatings deposited by laser cladding. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2009. Vol.27. Р. 472—478. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2008.10.008.
15. Leech P. W., Li X. S., Alam N. Comparison of abrasive wear of a complex high alloy hardfacing deposit and WC—Ni based metalmatrix composite. Wear. 2012. Vol. 294-295. Р. 380—386.
16. Van Acker К., Vanhoyweghen D., Persoons R., Vangrunder-beek J. Influence of tungsten carbide particle size and distribution on the wear resistance of laser clad WC/Ni coatings. Wear. 2005. Vol. 258. Р. 194—202. DOI: 10.1016/j.wear.2004.09.041.
17. Cai B., Tan Y.F., He L., Tan H., Li G. Tribological Properties of TiC particles reinforced Ni-based alloy composite coatings. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2013. Vol. 13. Р. 1681—1688. DOI: 10.1016/S1003-6326(13)62648-5.
18. Макаров А.В., Соболева Н.Н., Малыгина И.Ю. Роль упрочняющих фаз в сопротивлении абразивному изнашиванию NiCrBSi покрытий, сформированных лазерной наплавкой. Трение и износ. 2017. No. 4. (38). С. 311—318.
19. Wilson J.M., Shin Y.C. Microstructure and wear properties of laser-deposited functionally graded Inconel 690 reinforced with TiC. Surf. Coat. Technol. 2012. Vol. 207. No. 25. P. 517—522. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.07.058.
20. Ma Q., Li Y., Wang J., Liu К. Microstructure evolution and growth control of ceramic particles in wide-band laser clad Ni60/WC composite coatings. Mater. Design. 2016. Vol. 92. Р. 897—905. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.12.121.
21. Бирюков В.П., Дозоров А.В. Лазерные системы для упрочнения, наплавки деталей и точного раскроя листового материала. Проблемы машиностроения и надежности машин. 2006. Т. 35. No. 1. С. 60—66.
22. Хрущов М.М., Бабичев М.М. Абразивное изнашивание. М.: Наука, 1970.
23. Бирюков В.П., Гудушаури Э.Г., Фишков А.А., Татаркин Д.Ю. Способ определения износостойкости покрытия: Пат. 2644440 (РФ). 2018.
Рецензия
Для цитирования:
Бирюков В.П., Базлова Т.А. Экспериментальное и расчетное определения коэффициента износостойкости покрытий с добавками нанодисперсных частиц карбидов при лазерной наплавке. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020;(2):73-80. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-2-73-80
For citation:
Biryukov V.P., Bazlova T.A. Experimental determination and calculation of wear resistance coefficient for coatings with added nanodispersed carbide particles during laser deposition. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya). 2020;(2):73-80. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-2-73-80
Просмотров:
585
Послать статью по эл. почте 