Исследование структуры защитных покрытий, выполненных методом сверхзвуковой газопорошковой наплавки

ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2014 №3(12), С. 61-64

ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ,

__СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

УДК 621.791

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ МЕТОДОМ СВЕРХЗВУКОВОЙ ГАЗОПОРОШКОВОЙ НАПЛАВКИ

© 2014 г. Т.А. Литвинова, Д.В. Могилевский, Е.И. Колоколов, А.А. Мецлер, Н.Н. Подрезов

Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл.

Проведено комплексное металлографическое исследование структуры защитных покрытий, выполненных методом сверхзвуковой газопорошковой наплавки. Выполнен фазовый рештеноструктурный анализ структурных составляющих для определения внутреннего состояния покрытия. Был проведен анализ представленных дифрактограмм и микроструктур.

Ключевые слова: сверхзвуковая газопорошковая наплавка, порошковая сталь, микроструктура, защитные покрытия.

Поступила в редакцию 08.07.2014 г.

Как известно, одним из эффективных путей решения проблемы повышения долговечности деталей машин является использование современных технологических процессов создания защитных и упрочняющих покрытий. Следует отметить, что восстановление деталей практически всегда экономически выгоднее, чем приобретение новых, поскольку затраты составляют около 30% от стоимости новых деталей [1]. Существуют различные способы восстановления, многие из которых являются эффективными, но несмотря на это не находят широкого применения в промышленности из-за дороговизны и сложности аппаратуры, трудности её мобильного использования. Одним из методов, который сочетает в себе компактность, дешевизну и высокую мобильность оборудования, является метод сверхзвуковой газопорошковой наплавки (СГПН). В серийном производстве технология наплавки достаточно проста, затраты на эксплуатацию невысоки (в 3-5 раз ниже, чем при плазменном способе наплавки аналогичных покрытий) [2].

Целью настоящей работы является проведение комплексного исследования структуры защитных покрытий, выполненных методом СГПН. Для этого был проведен комплекс металлографических исследований структуры: микроструктурный анализ и фазовый рентгеноструктурный анализ структурных составляющих. В качестве исходных материалов использовали основной материал - порошковую сталь, химический состав представлен в [3] и наплавочного материала - порошковый самофлюсующийся сплав ПГ-СР3, химический состав приведен в таблице 1. Основной материал был получен методом электроконтактного уплотнения [4-7].

Таблица 1. - Состав порошкового самофлюсующегося сплава ПГ-СР3 производства НПО «Тулачермет»

Материал с В N1 Сг Бе Твердость ИЯС

ПГ-СР3 0,4-0,7 2,0-2,8 2,5-3,5 основа 13,5-16,5 5,0 48-52

©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2014

Для исследований была подготовлена серия образцов (рис. 1) с различной толщиной (И1?2 = 1,0-1,2 мм; И3,4 = 1,5-1,7 мм) покрытия, выполненных сверхзвуковой газопорошковой наплавкой. Технология СГПН приведена в работе [8].

Для объяснения формирования прочности соединения покрытия с основным материалом было проведено микроструктурное исследование образцов, полученных сверхзвуковой газопорошковой наплавкой.

Рис. 1. - Образцы для исследования

а)

Рис. 2. - Распределение карбидных составляющих и граница сплавления защитного покрытия и основного металла

Микроструктурное исследование проводилось с использованием микроскопа МИМ-8. Из рисунка 2 видно, что в покрытиях полученных СГПН преобладают включения среднего размера, округлой формы, размер, которых однороден во всем объеме от границ сплавления до поверхности, не зависимо от высоты защитного покрытия. Следует отметить хорошую адгезию покрытия с основным металлом, о чем свидетельствует отсутствие на линии сплавления пленок, окислов, пор. Поры отсутствуют и в самом покрытии. Отсутствие пор и равномерно - упорядоченное расположение включений свидетельствует об оплавлении и кристаллизации с образованием эвтектики, характерной для формирования структуры самофлюсующихся сплавов.

С целью подтверждения данных микроструктурного анализа о наличии карбидов в составе покрытий проводили фазовый рентгеноструктурный анализ с используемым оборудованием, описанного [9]. Рентгеноструктурный анализ является основным методом определения фазового состава материалов и позволяет получать разностороннюю информацию из дифракционной картины.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИИ

63

Рис. 3. - Фазовый состав защитных покрытий образцов

Дифрактограмма покрытия, полученного методом сверхзвуковой газопорошковой наплавки, позволяет говорить о том, что в защитном покрытии основной составляющей является N1 с ГЦК решеткой. Присутствуют также бориды БеВ, Сг5В3,СгВ2 и карбиды: Бе3С, СГ3С2, СГ7С3.

Исходя из химического и фазового состава покрытия и отсутствия его перемешивания с основным металлом, о чем свидетельствует состояние границы основной металл - покрытие, большая часть кремния, хрома и железа входит в ГЦК -матрицу никеля в виде твердого раствора замещения, это существенно упрочняет матрицу, вместе с наличием боридов повышает эксплуатационно-механические свойства композиции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4.

Радченко, М.В. Разработка технологической аппаратуры для сверхзвуковой газопорошковой

наплавки [Текст] М.В. Радченко // Обработка металлов, 2007. - №1(34). - C.19 - 23.

Борисов, Ю.С. Использование сверхзвуковых струй в технологии газотермического напыления

[Текст] / Ю.С. Борисов // Автоматическая сварка. - 1995. - № 1. - C. 41-44.

Литвинова, Т.А. и др. Закономерности формирования порошковой стали при

электроконтактном уплотнении [Текст] / Т.А. Литвинова, С.Н. Егоров // Металлург. - 2013. -

№ 4. - С. 94-97.

Litvinova T.A., Egorov S.N. Powder steel formation under conditions of electric contact compaction // Russian Journal of Non - Ferrous Metals, 2009. - T.50, № 5. - C. 522-524.

Litvinova T.A., Egorov S.N. The influence of production modes of the electrocontact compaction on the porosity of the powder steel [Текст] // Russian Journal of Non - Ferrous Metals, 2011. - T. 52, №

1

2

3

1. - C. 101-102.

6. Литвинова, Т.А. Получение высокоплотного порошкового материала методом электроконтактного уплотнения [Текст] / Т.А. Литвинова // Металлург. - 2009. - №7. - С. 6768.

7. Литвинова, Т.А. и др. Механические свойства порошковой стали, полученной методом электроконтакного уплотнения [Текст] / Т.А. Литвинова, С.Н. Егоров // Металлург. - 2010. -№1.- С. 65-67.

8. Радченко, М.В. и др. Современные технологии сварки и наплавки защитных покрытий на предприятиях Алтайского края [Текст] / М.В. Радченко, В.Г. Радченко, Ю.О. Шевцов, Т.Б. Радченко, С.А. Маньковский, Д.А. Нагорный // Вестник алтайской науки. - 2008. - №2. - C. 62-70.

9. Бойко Н.И., Фисенко К.С. Исследование качества поверхности наплавленного металла цилиндрической детали обработанной в горячем состоянии [Электронный ресурс] / Н.И. Бойко, К.С. Фисенко // Инженерный вестник Дона. - 2012. - №2. - Режим доступа: URL: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/746 - 10.07.2014.

Research of Protective Coatings Structure Made by the Method of a Supersonic Gas-Powder Overlaying Welding

T.A. Litvinova, D.V. Mogilevsky, E.I. Kolokolov, A.A. Metzler, N.N. Podrezov

Volgodonsk Engineering Technical Institute the Branch of National Research Nuclear University «MEPhI», 73/94 Lenin St., Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360 e-mail: VITIkafMPM@mephi.ru

Abstract - A comprehensive study of metallographic structure and properties of coatings made by

the method of supersonic gas-powder surfacing. Phase analysis was carried out to determine the

structural components of the internal condition of the coating. Conducted an analysis of the

diffraction patterns and microstructures.

Keywords: supersonic gaspowder welding, powder steel, microstructure, and protective coatings.