Дослідження структури й властивостей наплавлених шарів NiCrBSi-сплаву, модифікованого композиційним матеріалом

Автор

П. А. Ситников, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» (61002, Україна, м. Харків, вул. Кирпичова, 2), e-mail: pavel.welder@ukr.net, ORCID: 0000-0001-6656-0180

Анотація

Досліджено структуру й властивості шарів, наплавлених самофлюсівним сплавом системи NiCrBSi марки ПГ-10Н-01, модифікованим композиційним матеріалом, отриманим самопоширюваним високотемпературним синтезом. Як вихідні компоненти модифікуючого композиційного матеріалу використано порошки титану, технічного вуглецю, вогнетривкої глини, алюмінію, оксиду заліза й термореагуючого порошку ПТ-НА-01. Порошки були механічно активовані в кульовому млині, спресовані в циліндричний зразок, після чого піддані процесу самопоширюваного високотемпературного синтезу. Наплавлення зразків здійснювали неплавким графітовим електродом діаметром 9,5 мм, при струмі 110 А із застосуванням інверторного джерела живлення СВ-290НК. Встановлено, що структура шару, наплавленого сплавом ПГ-10Н-01, складається з твердого розчину на основі нікелю (γ-Ni) й евтектики, утвореної на його основі з боридом Ni₃B. Також в наплавленому шарі виявлені поодинокі включення карбідів хрому Cr₃C₂ і бору B₄C. При додаванні до сплаву ПГ-10Н-01 модифікуючого композиційного матеріалу структура наплавленого шару складається з γ-твердого розчину й евтектики, зміцнених карбідами титану TiC і кремнію SiC, які підвищують мікротвердість і зносостійкість шару. Мікротвердість шару, наплавленого композиційним матеріалом, який містив 10% модифікуючої складової, становить 660 HV, що перевищує мікротвердість шару, наплавленого сплавом ПГ-10Н-01, яка дорівнює 510 HV. За результатами досліджень проведені експлуатаційні випробування в умовах Фермерського господарства «Кам’януватка» (Новоукраїнський район, Кіровоградська область) комплекту стрілчастих лап напівпричіпного культиватору КПП-8, агрегованого з трактором New Holland T 6090. На основі проведених випробувань доведено, що відносна зносостійкість стрілчастих лап, виготовлених зі сталі 65Г, зміцнених зі зворотного боку за схемою «носок-робочі леза» шляхом наплавлення шару композиційного матеріалу, в 1,7 рази більша порівняно з зносостійкістю лап, виготовлених за стандартною технологією.

Ключові слова: самопоширюваний високотемпературний синтез, шихта, композиційний матеріал, наплавлення, наплавлений шар, карбід, структура, твердість, абразив, зносостійкість, деталі машин.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. Mrdak M. R. Microstructure and mechanical properties of nickel-chrome-bor-silicon layers produced by the atmospheric plasma spray process. Vojnotehnicki glasnik – Military Technical Courier. 2012. Vol. LX. Iss. 1. P. 183–200. https://doi.org/10.5937/vojtehg1201183M.
2. Röttger A., Kuepferle J., Brust S., Mohr A., Theisen W. Abrasion in tunneling and mining. International Conference on Stone and Concrete Machining (ICSCM). 2015. Vol. 3. P. 246–261. https://doi.org/10.13154/icscm.3.2015.246-261.
3. Bergant Z., Batic B., Felde I., Šturm R., Sedlacek M. Tribological properties of solid solution strengthened laser cladded NiCrBSi/WC-12Co metal matrix composite coatings. Materials. 2022. Vol. 15. Iss. 1. Paper 342. https://doi.org/10.3390/ma15010342.
4. Buytoz S., Ulutan M., Islak S., Kurt B., Nuri, Ç. Microstructural and wear characteristics of high velocity oxygen fuel (HVOF) sprayed NiCrBSi–SiC composite coating on SAE 1030 steel. Arabian Journal for Science and Engineering. 2013. Vol. 38. Iss. 6. P. 1481–1491. https://doi.org/10.1007/s13369-013-0536-y.
5. Chen J., Dong Y., Wan L., Yang Y., Chu Z., Zhang J., He J., Li D. Effect of induction remelting on the microstructure and properties of in situ TiN-reinforced NiCrBSi composite coatings. Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 340. P. 159–166. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.02.024.
6. Стороженко М. С. Механізми зношування плазмових покриттів системи NiCrBSi-TiB₂ в умовах тертя та ковзання без мастила. Проблеми трибології. 2013. Т. 70. № 4. С. 121–128.
7. Cai B., Tan Y., Tan H., Jing Q., Zhang Z. Tribological behavior and mechanism of NiCrBSi−Y₂O₃ composite coatings Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013. Vol. 23. Iss. 7. P. 2002−2010. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62689-8.
8. Лузан С. О., Ситников П. А. Ретроспективний аналіз формування та розвитку самопоширюваного високотемпературного синтезу. Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. 2022. Вип. 4 (135). С. 88–96. https://doi.org/10.32782/1995-0519.2022.4.12.
9. Niyomwas S. Synthesis and characterization of silicon-silicon carbide composites from rice husk ash via self-propagating high temperature synthesis. Journal of Metals, Materials and Minerals. 2009. Vol. 19. No. 2. P. 21–25.
10. Liang Y. H., Wang H. Y., Yang Y. F., Zhao R. Y., Jiang Q. C. Effect of Cu content on the reaction behaviors of self-propagating high-temperature synthesis in Cu–Ti–B₄C system. Journal of Alloys and Compounds. 2008. Vol. 462. Iss. 1–2. P. 113–118. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.08.033.
11. Warner T. E., Clausen A. K., Poulsen M. G. Self-propagating high-temperature synthesis of titanium carbide: An educational module using a wooden block reactor. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2019. Vol. 28. Iss. 1. P. 56–63. https://doi.org/10.3103/S106138621901014X.
12. Ющенко К. А., Борисов Ю. С., Кузнецов В. Д., Корж В. М. Інженерія поверхні. Київ: Наукова думка, 2007. 553 с.
13. Sytnykov P. A. Plasma coatings based on self-fluxing NiCrBSi alloy with improved wear resistance properties. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2023. Vol. 26. No. 3. P. 54–64. https://doi.org/10.15407/pmach2023.03.054.
14. Лузан С. О., Ситников П. А. Дослідження впливу параметрів механічної активації шихти Ti–C–Al–SiO₂–Al₂O₃–Fe₂O₃–ПТ-НА-01 на тривалість синтезу композиційного матеріалу, що модифікує. Вісник ХНАДУ. 2023. Вип. 100. С. 42–47. https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2023.100.0.42.
15. Лузан С. О., Ситников П. А. Дослідження особливостей ініціювання процесу самопоширюваного високотемпературного синтезу модифікуючого композиційного матеріалу. Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. 2023. Вип. 2 (139). С. 102–109. https://doi.org/10.32782/1995-0519.2023.2.13.
16. Лузан С. О., Ситников П. А. Структура та властивості наплавлених шарів композиційним матеріалом, який одержано з використанням СВС-процесу. Вісник Хмельницького національного університету. Серія: Технічні науки. 2023. Т. 323. № 4. С. 194–201. https://doi.org/10.31891/2307-5732-2023-323-4-194-201.
17. Студент М. М., Войтович А. А., Сірак Я. Я., Гвоздецький В. М. Розробка нових електродних матеріалів, методів відновлення і захисту тонкостінних деталей обладнання, які експлуатуються в умовах абразивного та газоабразивного зношування. Автоматичне зварювання. 2020. № 10. С. 34–37. https://doi.org/10.37434/as2020.10.06.
18. Ситников П. А., Лузан С. О. Досвід електродугового наплавлення зміцнюючих шарів деталей ґрунтообробних машин. Теоретичні та практичні дослідження молодих вчених: зб. тез доп. 17-ї Міжнар. наук.-практ. конф. магістрантів та аспірантів, Харків, НТУ «ХПІ», 28–30 листопада 2023 р. Харків: НТУ «ХПІ», 2023. C. 469.

Надійшла до редакції 27.11.2023