Порошковая проволока с карбидом бора для восстановительной наплавки прокатных валков

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

Порошковая проволока с карбидом бора для восстановительной наплавки прокатных валков

С.А. Бородихин, Е.Н. Еремин, А.С. Лосев

Аннотация

наплавка проволока бор металл

Приведены результаты исследования структуры свойств наплавленного металла при наплавке порошковой проволокой ПП-25Х15МГСФР с дополнительным введением соединений карбидов бора. Установлено, что введение карбидов бора в данную проволоку обеспечивает получение металла со стабильной структурой и свойствами независимо от технологических режимов наплавки, а так же повышает его показатели теплостойкости. Данная проволока рекомендуется для повышения стойкости прокатных валков для горячего деформирования металла.

Ключевые слова: порошковая проволока, бориды, наплавленный металл, твердость, теплостойкость.

Прокатный валок - основной инструмент правильных машин, эксплуатационные характеристики которого оказывают влияние на производительность прокатных станов и качество листовой продукции. Во многих случаях для листового проката методом горячего деформирования валки изготавливаются из марок сталей 45ХНМ, 45ХНВ, и т.п. Большое распространение данных сталей объясняется тем, что они обладают достаточно высоким комплексом эксплуатационных и технологических свойств, и, кроме того, имеют относительно низкую стоимость и не дефицитны. Однако, износостойкость валков изготовленных из стали 45ХНМ остается на достаточно низком уровне [1].

Как известно, доля изнашиваемого металла в массе всего валка составляет не более 3… 10 %, поэтому эффективно применение износостойких материалов при восстановительной наплавке его рабочих поверхностей. Кроме того процессы наплавки позволяют упрочнять не только новые валки, но и дают возможность многократно ремонтировать их при минимальных материальных затратах [2].

Наиболее перспективными материалами для упрочнения прокатных валков являются проволоки Endotec DO*04 (15Х13К12М2СГ) и OK Tubrodur 15.72S (06Х12Н4МГСБФА) не требующие высокотемпературной термической обработки и обеспечивающие высокую стабильность свойств наплавленного металла по всей восстанавливаемой рабочей поверхности [3, 4]. Однако данные марки проволок выпускаются за рубежом и требует импортозамещения. Из материалов российского производства близкие свойства наплавленного металла достигаются при использовании сплошной наплавочной проволоки Нп-25Х15МГСФР. В тоже время получаемый наплавленный металл обладает низкими показателями теплостойкости.

В связи с вышеизложенным, в работе проведены исследования структуры и свойств наплавленного металла, полученного порошковой проволокой аналогичного состава, дополнительно легированной карбидом бора.

Наплавку проводили в аргоне опытной порошковой проволокой диаметром 2,4 мм в 3 слоя на пластины из стали 45ХНМ размером 200Ч50Ч10 мм с предварительным подогревом при температуре 300 оС и без него. Режим наплавки: сила тока 230 А; напряжение дуги 24 В; скорость наплавки 20 м/ч.

Металлографические исследования наплавленного металла проводили на оптическом микроскопе Carl Zeiss AxioObserver A1m. Микроструктура выявлялась химическим травлением в реактивах составов: CuSO4 - 4 г; HCl - 20 мл; H2O - 20 мл и 4 %-ым раствором азотной кислоты. Дюрометрические испытания проводили с помощью твердомеров Shimadzu HMV-2 (нагрузка Р = 200 г, шаг 200 мкм) и ТК-2.

Теплостойкость наплавленного металла оценивали по изменению его твердости после отпуска в интервалах температур от 400 до 700 оС при выдержке 2 часа. Для сравнения проводили исследования отпускной способности стали 45ХНМ и наплавленного металла полученного порошковой проволокой Endotec DO*04.

Результаты проведенных исследований показали, что изменение твердости наплавленного предварительно подогретого образца изменяется от 595 до 638 HV (рис. 1). В то же время, значение твердости наплавленного образца без предварительного подогрева имеет большое различие между основным металлом и наплавленным слоем. Так твёрдость стали 45ХНМ находится в пределах от 750 HV до 900 HV, а твердость первого наплавленного слоя составляет от 625 до 725 HV, а в последующих слоях твердость металла находится в пределах от 575 до 645 HV.

Рисунок 1 Твердость образцов после наплавки

При изучении образцов наплавленных без предварительного подогрева в структуре стали 45ХНМ переходной зоны обнаружена явно выраженная линия сплавления с большим количеством скоплений карбидов хрома, что значительно снижает её прочность и способствует повышению хрупкости, а также провоцируют развитие трещин, снижающих работоспособность наплавленных валков.

Результаты исследования структуры металла наплавленного с предварительным подогревом показали отсутствие резко выраженной линии сплавления в переходной зоне между сталью 45ХНМ, что уменьшает риск возникновения трещин в процессе эксплуатации восстановленного прокатного оборудования.

Наплавленный металл, полученный порошковой проволокой ПП-25Х15МГСФР с карбидом бора, имеет мартенситную структуру с включениями карбоборидных фаз и равномерно распределенной эвтектики, как с предварительным подогревом, так и без него (рис. 2). Это определяет стабильность структуры наплавленного металла, полученного данной порошковой проволокой, вне зависимости от различных технологических параметров наплавки, а, следовательно, и стабильность его механических свойств.

Рисунок 2 Наплавленный слой после наплавки: а) без подогрева (х1000); б) с подогревом (х1000)

Как показали испытания теплостойкости, по степени разупрочнения металл наплавленный порошковой проволокой ПП-25Х15МГСФР с карбидом бора при температурах до 600 °С находится на уровне металла наплавленного порошковой проволокой Endotec DO*04, а при более высоких температурах значительно превосходит все исследуемые материалы (рис. 3).

Рисунок 3 график изменения теплостойкости

Такие значения теплостойкости исследуемых сталей можно связать с их различием в составе и характере образующихся упрочняющих фаз, а также предельной температурой фазовых - превращений. Сталь 45ХНМ в состоянии перед испытанием имеет мартенситную структуру упрочненную карбидами цементитного типа Ме3С. При температурах свыше 550 °С в структуре такого металла происходит распад карбидов с образованием участков перлита и стабилизацией остаточного аустенита, что и определяет низкие показатели теплостойкости стали.

Металл, наплавленный порошковой проволокой Endotec DO*04, имеет структуру высокохромистого мартенсита упрочненного выделениями интерметаллидных R-фаз типа (Fe, Co)15Cr8Mo10 и фаз Лавеса (Fe, Co)2Mo. При нагреве такого наплавленного металла свыше температур (600 °С) происходит коагуляция упрочняющих интерметаллидных фаз за счет растворения более мелких частиц и стабилизация д-феррита, что снижает теплостойкость данного металла при температурах отпуска свыше 600 °С.

Высокие значения твердости наплавленного металла порошковой проволокой ПП-25Х15МГСФР с карбидом бора после отпуска в интервалах температур от 400 до 700 оС можно объяснить тем, что в структуре данного металла присутствует карбоборидная эвтектика, имеющая скелетообразный характер и зернограничное расположение, а так же труднорастворимые карбоборидные фазы, которые повышают температуру рекристаллизации и замедляют диффузионные процессы при высоких температурах, тем самым значительно повышают термостойкость [5].

Таким образом, установлено, что наплавка порошковой проволокой ПП-25Х15МГСФР с добавление карбидов бора обеспечивает высокие показатели теплостойкости наплавленного металла в интервалах температур отпуска от 400 до 700 оС, стабильную структуру и твердость Полученные технологические и эксплуатационные свойства такого металла позволяют рекомендовать его в качестве наплавочного материала для повышения стойкости прокатных валков для горячего деформирования металла.

Библиографический список

1. Грудев, А. П. Технология прокатного производства [Текст] / А. П. Грудев, Л. Ф. Машкин, М. И Ханин. - М. : Арт-Бизнес-Центр : Металлургия, 1994. - 651 с.

2. Соколов, Г. Н. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей [Текст] / Г. Н. Соколов, В. И. Лысак. - Волгоград : ВолгГТУ, 2005. - 284 с.

3. Рябцев, И. А. Наплавка деталей машин и механизмов [Текст] / И. А Рябцев. - Киев : Екотехнологiя, 2004. - 159 с.

4. Толстых, Л. Г Наплавочные материалы и технология наплавки [Текст] / Л. Г. Толстых, Е. Л. Фурман. - Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2004. - 102 с.

5. Лосев, А. С. Исследование влияния боридов на структуру и свойства мартенситно-стареющей стали / А. С. Лосев, Е. Н. Еремин // Омский научный вестник. - 2011. - № 1. - С. 29-33.

Размещено на Allbest.ru