Досліджено корозійні, електрохімічні та корозійно-механічні властивості наплавленого металу на основі кобальту КХ30Н6ВСР, нікелю НХ15СР3 і заліза Х16Н8С5 у стандартному сірководневому розчині NACE. Встановлено, що наплавлений сплав на основі заліза Х16Н8С5 непридатний для цих умов через низьку корозійну тривкість та схильність до розтріскування, ініційованого воднем. Сплави на основі кобальту та нікелю придатні для наплавлення деталей засувної арматури нафтогазовидобувного обладнання. Однак за співвідношенням "експлуатаційні властивості - ціна" переважає сплав на основі нікелю.

  Скачати повний текст

На базі сучасних моделей в'язкопластичної неізотермічної течії, термокінетичних діаграм розпаду переохолодженого аустеніту наплавленого й основного металів з використанням числового методу скінченних елементів розроблено методику розрахунку залишкового напружено-деформованого та структурного стану циліндричних і плоских деталей за одно- та багатошарового наплавлення. Проведено експериментальне оцінювання впливу хімічного складу, структури наплавлених шарів і залишкових напружень, що виникають у разі одно- та багатошарового наплавлення різних матеріалів, на стійкість проти зношування та циклічних механічних або термічних навантажень. Розглянуто процеси, що відбуваються у разі наплавлення й експлуатації наплавлених деталей, а також їх вплив на структуру, напружено-деформований стан, експлуатаційні та міцносні властивості наплавлених деталей. На підставі проведених досліджень розроблено нові високоефективні наплавлені матеріали та технології наплавлення деталей, що експлуатуються за умов різних видів зношування та циклічних механічних або термомеханічних навантажень.

Викладено обгрунтування підбору ефективних матеріалів для наплавлення зношених деталей рухомого складу залізниць. Показано, що матеріали, які на даний час використовують під час наплавлення деталей рухомого складу залізниць, наприклад, автозчеплення та п'ятникового вузла (переважно суцільні дроти Св-08Г2С, ПП-Нп-14ГСТ та інші подібного типу) не забезпечують необхідної зносостійкості наплавленого металу. В цьому разі наплавлений метал має феритну структуру, що дозволяє уникати появи тріщин під час наплавлення вуглецевих сталей. Значно підвищити ресурс зношених деталей можна шляхом їх наплавлення новими матеріалами. Показано, що заміна матеріалу та, відповідно, режиму процесу дозволяє значно підвищити ресурс відновлених деталей.

Досліджено хімічну і структурну неоднорідність, параметри зносотривкості покривів, отриманих методом плазмово-порошкового наплавлення. Покриви отримано з порошків ПР-ХН80СРЗ, ПН-АН-34 та Х17Н8С6Г на основі нікелю, кобальту й заліза та експериментального порошку на основі Ni та Fe. Трибологічні властивості сплавів на основі заліза кращі від кобальтових та нікелевих. Під час тертя відбувається пластична деформація аустенітного компонента покриву та його розмащування на поверхні, що призводить до зменшення коефіцієнта тертя та зносу.

На підставі результатів літературного аналізу показано перспективність використання методів електродугового і плазмово-порошкового наплавлення для підвищення зносостійкості деталей з міді. Проведено вибір перспективних матеріалів для наплавлення зносостійких шарів на мідні поверхні даними методами. Виконано порівняльну оцінку фізико-механічних властивостей міді та основних легуючих елементів перспективних матеріалів для наплавлення.

На підставі результатів літературного аналізу показано перспективність використання методів електродугового і плазмово-порошкового наплавлення для підвищення зносостійкості деталей з міді. Проведено вибір перспективних матеріалів для наплавлення зносостійких шарів на мідні поверхні даними методами. Виконано порівняльну оцінку фізико-механічних властивостей міді та основних легуючих елементів перспективних матеріалів для наплавлення.

Досліджено корозійні та трибокорозійні характеристики плазмово-порошкових та електродугових покриттів на трубних сталях у хлоридвмісних середовищах із сірководнем та амонієм. Встановлено, що корозійна стійкість покриттів, нанесених методом плазмово-порошкового наплавлення та електродугового напилення, зростає зі збільшенням рН розчину. Показано, що найстійкішими до корозійно-механічного руйнування у даних середовищах виявилися покриття, які були наплавлені плазмовим методом порошком сплаву 08Х17Н35С3Р. Встановлено, що електродугові покриття, напилені з порошкового дроту 75Х19Р3С2, знижують густину струму корозії вуглецевих сталей у сірководневому розчині на 40 %. У цьому ж середовищі на поверхні покриттів формуються сульфідні сполуки, які під час тертя виконують роль твердої змазки, що сприяє зниженню зносу матеріалу на 40 - 42 %. Електродугові покриття з порошкового дроту 75Х19Р3С2 запропоновано використовувати для відновлення пошкоджених поверхонь деталей та їх захисту від корозійноабразивного зношування у сірководневих середовищах.

Індекс рубрикатора НБУВ: Ж830.515

Рубрики:

Зварювання, наплавлення, паяння, склеювання металевих деталей

Шифр НБУВ: Ж26970 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К644.51-1

Рубрики:

Електродугове наплавлення металів

Шифр НБУВ: Ж26970 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проведено аналіз способів модернізації оптичних мікроскопів для одержання цифрових зображень і спрощення їх наступного аналізу при проведенні базових металографічних досліджень зразків наплавленого металу. Розглянуто 2 основні способи модернізації - за допомогою фотоапарата, оснащеного спеціальними адаптерами, який закріплюється на тубусі окуляра мікроскопа, та відеоокуляра, який встановлюється замість штатного окуляра мікроскопа. Відзначено основні переваги та недоліки кожного способу. Використовуючи металографічний мікроскоп МІМ-7, фотоапарат Canon 650D, відеоокуляр SIGETA MCMOS 3100, а також зразки мікрошліфів із наплавленим шаром полутеплостійкої сталі системи легування C - Cr - Mo - W - V, проведено порівняльні металографічні дослідження. Показано, що застосування спеціального відеоокуляра SIGETA MCMOS 3100 надає можливість одержувати більш якісні цифрові зображення мікроструктур металу. Як ілюстрацію основних переваг роботи, які надає використання модернізованого у такий спосіб устаткування, наведено результати металографічного дослідження металу, наплавленого електродуговим способом порошковим дротом ПП-Нп-120В3ХМФ. Експериментально встановлено, що програмне забезпечення Toupview, яке поставляється в комплекті до відеоокуляра SIGETA MCMOS 3100, який використовувався в дослідженні, надає можливість легко проводити обробку отриманих цифрових зображень, що значно розширює можливості базового металографічного аналізу.

Індекс рубрикатора НБУВ: К222.062.23 + К222.075

Рубрики:

Утомна (циклічна) міцність (утома, витривалість) заліза та його сплавів

Вплив зварювання на структуру і властивості заліза та його сплавів

Шифр НБУВ: Ж26970 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розроблено скінченно-елементну методику розрахунку та досліджено напружено-деформований (НДС) і мікроструктурний стан (МСС) у процесі одно- та двошарового наплавлення пластин товщиною 3 мм зі сталі Ст3 дротами Св-Х19Н18Г6М3В2, ПП-Нп-25Х5ФМС і Св-08А. Проведено розрахунки НДС, МСС і формозміни пластин у разі наплавлення за умов гладкого опирання. Модель плоского деформованого стану прогнозує більші прогини у порівнянні з моделлю плоского напруженого стану, за виключенням матеріалів із мартенситними перетвореннями (МП) (ПП-Нп-25Х5ФМС); у разі наплавлення матеріалів із МП мають місце більші прогини за рахунок об'ємних ефектів перетворення. За винятком наплавленого металу з МП (25Х5ФМС) модель одночасного наплавлення шару прогнозує більший прогин у порівнянні з моделлю поваликового наплавлення і може використовуватися для оцінки верхньої межі прогину. Отримано задовільну кореляцію розрахункових та експериментальних даних щодо прогинів наплавлених пластин. Визначено раціональні схеми опирання та закріплення кромок елементів, які забезпечують мінімальні залишкові прогини.

Досліджено опір втомному руйнуванню багатошарового матеріалу, зносостійкий шар якого наплавлений порошковим дротом ПП-Нп-25Х5ФМС із підшаром із низьколегованого матеріалу, наплавленого дротом ПП-Нп-12Х1МФ. Конструкція наплавлених зразків і методика їх випробувань імітували умови експлуатації сталевих прокатних валків. Комплексна методика оцінки опору втомному руйнуванню багатошарових наплавлених зразків включала 3 етапи: встановлення циклічної довговічності зразків після виготівного наплавлення; дослідження циклічної тріщиностійкості різних наплавлених шарів; визначення втомної довговічності зразків, які в процесі попередніх випробувань мали в наплавленому шарі втомні тріщини, після ремонтного наплавлення. Встановлено, що циклічна довговічність зразків із вуглецевої сталі 40Х, наплавлених порошковим дротом ПП-Нп-25Х5ФМС із підшаром із низьколегованої сталі (НЛС) 12Х1МФ за рівня максимальних напружень 500 МПа знаходиться в діапазоні 346 - 716 тис. циклів. Виявлено особливості кінетики втомного руйнування досліджуваного багатошарового матеріалу. Встановлено, що в наплавленому металі (в зносостійкому шарі та в підшарі з НЛС) втомна тріщина розвивається нестабільно, постійно змінюючи швидкість і напрям. Показано, що видалення втомних тріщин і наступне наплавлення місць їх видалення надає можливість відновити циклічну довговічність зразка до рівня вихідного стану, тобто збільшити загальну довговічність у 2 рази.

Виконано літературний огляд основних способів модифікування та мікролегування наплавленого металу. Показано, що на відміну від терміну "мікролегування", під терміном "модифікування" слід розглядати не тільки спосіб введення малих добавок хімічних елементів або їх з'єднань у наплавлений метал, а й різноманітні фізичні впливи чи технологічні процеси, дія яких направлена на досягнення тієї ж мети - подрібнення мікро- та макроструктури металу, очищення меж зерен і приграничних зон, підвищення комплексу технологічних, механічних та експлуатаційних властивостей сталей і сплавів. Прикладами таких фізичних впливів є застосування вібрацій до виробу в процесі наплавлення; введення енергії від імпульсного джерела нагрівання; імпульсна подача електродного або присадного дроту; застосування джерел із модуляцією зварювального струму; зовнішній електромагнітний вплив і т.п. Наведено класифікацію способів модифікування залежно від схеми їх реалізації та впливу на властивості наплавленого металу. Показано основні переваги та недоліки способів уведення модифікуючих і мікролегуючих добавок у наплавлений метал. Визначено, що з розглянутих способів модифікування найбільш простим і раціональним є хімічний спосіб - шляхом уведення елементів-модифікаторів у наплавлений метал безпосередньо через шихту порошкових електродних дротів. Даний спосіб технологічно та економічно є простим та універсальним і його можна використовувати з незначними змінами при електродуговому, електрошлаковому та плазмовому наплавленні.

На основі літературних даних показано вплив модифікування та мікролегування бором, титаном, вольфрамом, цирконієм, ітрієм та ін. на структуру, механічні та експлуатаційні властивості наплавленого металу. Показано, що введення цих елементів або їх сполук із вуглецем та азотом у кількостях до 0,2 % призводить до отримання дрібнозернистої, однорідної структури металу, одержанню більш рівномірного розподілу легуючих елементів, що позитивно позначається на показниках міцності, пластичності, зносо- та термостійкості. Визначено, що з точки зору підвищення зносостійкості та термостійкості наплавленого металу, перспективно виглядає введення малих добавок бору або його з'єднань (кількістю до 0,2 %), церію або ітрію (кількістю до 0,015 % кожного) або ж використання комплексних лігатур, до складу яких можуть входити вищеперераховані елементи, а також такі модифікатори як цирконій, карбіди та бориди титану чи карбіди вольфраму. Також на підставі проведеного аналізу показано, що введення у склад шихти порошкових дротів диборидів титану та цирконію сприяє активуванню процесів формування розплавлених крапель металу на торці електродного дроту, в результаті чого відбувається підвищення якості переносу металу у зварювальній дузі, що збільшує значення коефіцієнтів переходу легуючих елементів у наплавлений метал і покращує формування наплавлених валиків.

Наведено результати досліджень причин втомного руйнування стиків рейок двох нових трамвайних колій, виконаних термітним зварюванням двома організаціями. Проведено контрольний аналіз хімічного складу та механічних властивостей матеріалу рейок; аналіз хімічного складу швів; макро- та мікроскопічні дослідження зварного шва, ЗТВ і основного металу; дослідження твердості в цих зонах. Установлено, що потенційною причиною появи тріщин є скупчення пор і поодинокі мікротріщини в металі зварних швів. Визначено порушення технологічного процесу термітного зварювання трамвайних рейок, що призводять до утворення цих дефектів. Виявлені дефекти є результатом наступних факторів, пов'язаних із невиконанням вимог стандарту по термітному зварюванню трамвайних рейок і системи забезпечення якості зварювальних робіт: порушеннями технології зварювання та недостатнім контролем на відповідних етапах виробничого процесу.

Проведено порівняльні експериментальні дослідження впливу параметрів імпульсного дугового натоплювання на геометричні розміри натоплених валиків і структуру натопленого металу системи легування Fe - C - Cr - Ti - Mn - Si. За еталон взято зразки, натоплені за таких самих режимів, але без застосування імпульсних технологій. Дослідження виконували із використанням напівавтомату Fronius TPS 400і зі власним джерелом живлення та універсальної натоплювальної установки У-653, укомплектованої джерелом живлення ВДУ-506. Експериментально визначено, що використання імпульсних режимів натоплювання призводить до зміни мікроструктурного стану натопленого металу і до підвищення його твердості в середньому на 4 - 5 одиниць за шкалою HRC у порівнянні з натоплюванням без імпульсів. Встановлено величину параметра динаміка/імпульс у разі імпульсного режиму натоплювання, який відповідає за енергію відриву краплі, за якої досягають більш рівномірної структури натопленого металу, що характеризується дрібним розміром зерна та найменшою шириною зони термічного впливу (ЗТВ). Враховуючи те, що імпульсне натоплювання із застосуванням напівавтомата Fronius TPS 400і надає змогу значно змінювати амплітуду, період і кут нахилу фронту хвилі коливань струму у порівнянні з натоплюванням без імпульсів на стандартному обладнанні, що суттєво позначається на властивостях натопленого металу. Дані, одержані у даній роботі, можуть бути використані для вибору режимів натоплювання деталей, які працюють за умов інтенсивного абразивного зношування.

Наведено результати досліджень формування зварного з'єднання при електродуговому наплавленні на мідь дротами, що забезпечують отримання наплавленого металу на основі заліза та нікелю, які за даними авторів та за публікаціями в технічній літературі мають високу стійкість за різних видів зношування за підвищених температур. Підібрано режими та розроблено технології дугового наплавлення обраними дротами на мідну основу, які забезпечують задовільне формування наплавленого металу та його сплавлення з основним металом. Експерименти з електродугового наплавлення на мідь і дослідження макро- та мікроструктури наплавлених зразків показали, що найкращі результати з точки зору зварювально-технологічних властивостей забезпечує використання дроту на основі нікелю. Допустимість окремих дефектів, які були виявлені у наплавленому металі та на лінії сплавлення основного та наплавленого металу при дослідженнях, буде визначатися умовами експлуатації конкретних деталей.

Експериментально визначено вплив різної кількості мікродобавок бору на структуру та експлуатаційні властивості металу типу інструментальної сталі 25Х5ФМС, отриманого дуговим наплавленням дослідними порошковими дротами під флюсом. Мікролегуючі добавки (МЛД) вводилися безпосередньо у шихту дослідних порошкових дротів під час їх виготовлення. Визначено, що мікролегування наплавленого металу типу сталі 25Х5ФМС бором у кількості 0,007 - 0,04 % не погіршує якість формування наплавлених валиків і відділення шлакової кірки. Водночас, за вмісту бору в наплавленому металі >>= 0,02 %, спостерігається утворення великої кількості кристалізаційних тріщин, що вкрай негативно впливає на його експлуатаційні властивості. При цьому експериментально встановлено, що введення мікродобавок бору у кількості 0,007 - 0,01 % до наплавленого металу типу 25Х5ФМС призводить до підвищення його термостійкості та зносостійкості за підвищених температур у 1,2 - 2,0 рази. За оптимального вмісту МЛД відбувається подрібнення структури наплавленого металу, деяке підвищення мікротвердості та, ймовірно, утворення в матриці сплаву складних карбоборидів сферичної форми. З огляду на отримані дані, рекомендовано застосовувати бор в наплавленому металі типу інструментальної сталі 25Х5ФМС у кількості 0,007 - 0,01 % із метою підвищення його експлуатаційних властивостей.