fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2024-45-4-289-299fwj-23Research ArticleСтатьиМетодика испытаний наплавленных сплавов на стойкость к высокотемпературному газоабразивному изнашиваниюMethodology for Testing Welded Alloys for Resistance to High-Temperature Gas-Abrasive WearАртемьевА. А.Artem’evA. A.

просп. им. Ленина, 28, г. Волгоград 400005

Lenin Avenue, 28, Volgograd 400005

Artspace5@yandex.ruПрияткинД. В.PriyatkinD. V.

просп. им. Ленина, 28, г. Волгоград 400005

Lenin Avenue, 28, Volgograd 400005

ЗоринИ. В.ZorinI. V.

просп. им. Ленина, 28, г. Волгоград 400005

Lenin Avenue, 28, Volgograd 400005

ЛысакВ. И.LysakV. I.

просп. им. Ленина, 28, г. Волгоград 400005

Lenin Avenue, 28, Volgograd 400005

Волгоградский государственный технический университетРоссияVolgograd State Technical UniversityRussian Federation202426092026454289299Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/23

Разработана методика и установка для испытаний материалов на стойкость к газоабразивному изнашиванию при нормальной и повышенных до 1000 °С температурах. Результаты испытаний позволяют сделать обоснованный выбор наплавочных материалов для восстановления рабочих поверхностей деталей тягодутьевых машин, промышленных вентиляторов, засыпных устройств доменных печей, газотурбинных установок и другого оборудования. Определены зависимости величины износа некоторых наплавленных сплавов от температуры испытаний, скорости газоабразивного потока и угла его атаки поверхности образцов. Показано, что в условиях высокотемпературного газоабразивного изнашивания при малых углах атаки и повышенной скорости абразивных частиц целесообразно применение эвтектических сплавов с пониженным содержанием дорогостоящих карбидообразующих элементов и углерода, а при больших углах атаки и низкоскоростном абразиве — жаростойких и жаропрочных сталей аустенитного класса. Установлено, что наибольшей стойкостью к газоабразивному изнашиванию при нормальной температуре среди испытанных обладает зарубежный наплавленный сплав 600Х23Б7М7В2С2ФТ, характеризующийся самым высоким уровнем легирования и объемной долей упрочняющих фаз. При повышении температуры испытаний до 600 °С его износостойкость снижается в 2,5 раза, уступая показателю экспериментального сплава 280Х14Н6Г6М3Т2Б2. Методом электронно-ионной микроскопии изучены процессы деструкции тонких поверхностных слоев сплавов, позволившие оценить влияния их структурно-фазового состава на механизмы высокотемпературного изнашивания. Изучение характера изнашивания сплава 280Х14Н6Г6М3Т2Б2 показало, что под ударным воздействием абразива происходит формирование трещин в пластинчатых карбидах Me3C2 и Me7C3, однако высокая пластичность легированного никелем аустенита снижает вероятность выкрашивания образующихся осколков. При этом мелкие карбиды (Ti,Nb,Mo)xCy и Mo2C компактной формы сдерживают пластическую деформацию аустенитно-карбидной эвтектики без разрушения.

We developed a methodology and setup for testing materials for resistance to gas-abrasive wear at normal and elevated temperatures up to 1000 °C. The test results allow us to choose welding materials for restoring the working surfaces of components in drawbench machines, industrial fans, charging devices for blast furnaces, gas turbine installations, and other equipment. We determined the wear rate of certain welded alloys based on the test temperature, gas-abrasive flow velocity, and the attack angle of the specimen surface. We elucidated that under conditions of high-temperature gas-abrasive wear at small attack angles and increased velocity of abrasive particles, it is advisable to use eutectic alloys with reduced content of expensive carbideforming elements and carbon. At large attack angles and low-speed abrasion, heat-resistant steels and heat-resistant austenitic-class steels are recommended. Among the tested materials, welded alloy C6,0Cr23Nb7Mo7W2Si2VT exhibited the highest resistance to gas-abrasive wear at normal temperature, characterized by the highest level of alloying and a volumetric fraction of strengthening phases. As the test temperature increased to 600 °C, its wear resistance decreased by 2.5 times, indicating inferior performance compared to the experimental alloy C2,8Cr14Ni6Mn6Mo3Ti2Nb2. The destruction processes of thin surface layers of alloys were studied using electron-ion microscopy, allowing us to assess the influence of their structural-phase composition on the mechanisms of high-temperature wear. The study of the wear characteristics of alloy C2,8Cr14Ni6Mn6Mo3Ti2Nb2 revealed that under the impact of abrasive, cracks form in the platelike carbides Me3C2 and Me7C3. However, the high ductility of nickel-alloyed austenite reduces the likelihood of splintering of the formed fragments. Additionally, fine compact carbides (Ti, Nb, Mo)xCy and Mo2C restrain plastic deformation of the austenitic–carbide eutectic without causing destruction.

методика испытанийгазоабразивный изностемператураизносостойкостьнаплавленный сплавструктуракарбидыаустенитtesting methodologygas-abrasive weartemperaturewear resistancewelded alloystructurecarbidesausteniteReferencesШумилов А.А., Штанько П.К., Гордиенко В.Н. Разработка наплавочных материалов для повышения износостойкости деталей тягодутьевых машин тепловых электростанций // Вестник СевНТУ. — 2010, № 110, 216—218Shumilov A.A., Shtan'ko P.K., Gordienko V.N. Razrabotka naplavochnyh materialov dlya povysheniya iznosostojkosti detalej tyagodut'evyh mashin teplovyh elektrostancij // Vestnik SevNTU. — 2010, № 110, 216—218 (in Russian)Юзвенко Ю.А. [и др.] Дуговая наплавка деталей засыпного устройства доменной печи // Автоматическая сварка. — 1972, № 2, 59—63Yuzvenko Yu.A. [i dr.] Dugovaya naplavka detalej zasypnogo ustrojstva domennoj pechi // Avtomaticheskaya svarka. — 1972, № 2, 59—63 (in Russian)Клейс И.Р. Основы выбора материалов для работы в условиях газоабразивного изнашивания // Трение и износ. — 1980, № 2, 263—271Klejs I.R. Osnovy vybora materialov dlya raboty v usloviyah gazoabrazivnogo iznashivaniya // Trenie i iznos. — 1980, № 2, 263—271 (in Russian)Полярус Е.Н., Уманский А.П., Стельмах А.У. [и др.] Влияние состава материалов на механизм их высокотемпературного газоабразивного изнашивания / // Вестник двигателестроения. — 2017, № 2, 149—152Polyarus E.N., Umanskij A.P., Stel'mah A.U. [i dr.] Vliyanie sostava materialov na mekhanizm ih vysokotemperaturnogo gazoabrazivnogo iznashivaniya // Vestnik dvigatelestroeniya. — 2017, № 2, 149—152 (in Russian)Gee M.G. and Hutchings I.M. General Approach and Procedures for Erosive Wear Testing // Measurement Good Practice Guide. — 2002, no. 51, 42Gee M.G. and Hutchings I.M. General Approach and Procedures for Erosive Wear Testing // Measurement Good Practice Guide. — 2002, no. 51, 42Жудра А.П. Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах // Автоматическая сварка. — 2014, № 11, 31—34Zhudra A.P. Issledovanie iznosostojkosti kompozicionnyh splavov v usloviyah gazoabrazivnogo iznosa pri povyshennyh temperaturah // Avtomaticheskaya svarka. — 2014, № 11, 31—34 (in Russian)Kleis I. and Kulu P. Solid Particle Erosion: Occurrence, Prediction and Control. — London: Springer. — 2008Kleis I. and Kulu P. Solid Particle Erosion: Occurrence, Prediction and Control. — London: Springer. — 2008Badisch E. [et al.] Wear Behaviour of Hardfaced Fe-Cr-C Alloy and Austenitic Steel under 2-Body and 3-Body Conditions at Elevated Temperature // Tribology International. — 2010 (43), no. 7, 1234—1244Badisch E. [et al.] Wear Behaviour of Hardfaced Fe-Cr-C Alloy and Austenitic Steel under 2-Body and 3-Body Conditions at Elevated Temperature // Tribology International. — 2010 (43), no. 7, 1234—1244Higuera Hidalgo [et al.] High Temperature Erosion Wear of Flame and Plasma-Sprayed Nickel–Chromium Coatings under Simulated Coal-Fired Boiler Atmospheres // Wear. — 2001, no. 247, 214—222Higuera Hidalgo [et al.] High Temperature Erosion Wear of Flame and Plasma-Sprayed Nickel–Chromium Coatings under Simulated Coal-Fired Boiler Atmospheres // Wear. — 2001, no. 247, 214—222Shimizu K. [et al.] Erosive Wear Properties of High V–Cr–Ni Stainless Spheroidal Carbides Cast Iron at High Temperature // Wear. — 2009 (267), no. 1-4, 104—109Shimizu K. [et al.] Erosive Wear Properties of High V–Cr–Ni Stainless Spheroidal Carbides Cast Iron at High Temperature // Wear. — 2009 (267), no. 1-4, 104—109Zhang Y. [et al.] Effect of Co Addition on High Temperature Erosive Wear Characteristics of Fe-C-Cr-Mo-W-V Multi-Component White Cast Iron // Materials Transactions. — 2017 (58), no. 6, 927—931Zhang Y. [et al.] Effect of Co Addition on High Temperature Erosive Wear Characteristics of Fe-C-Cr-Mo-W-V Multi-Component White Cast Iron // Materials Transactions. — 2017 (58), no. 6, 927—931Тхабисимов А.Б., Качалин Г.В., Медников А.Ф. [и др.] Экспериментальный стенд для изучения абразивной стойкости конструкционных материалов и защитных покрытий // Естественные и технические науки. — 2013, № 5(67), 234—238Thabisimov A.B., Kachalin G.V., Mednikov A.F. [i dr.] Eksperimental'nyj stend dlya izucheniya abrazivnoj stojkosti konstrukcionnyh materialov i zashchitnyh pokrytij // Estestvennye i tekhnicheskie nauki. — 2013, № 5(67), 234—238 (in Russian)Артемьев А.А., Антонов А.А., Соколов Г.Н. [и др.] Методика испытаний наплавленных сплавов на стойкость к высокотемпературному абразивному изнашиванию // Трение и износ. — 2017 (38), № 3, 247—254Artem’ev A.A., Antonov A.A., Sokolov G.N., and Lysak V.I. Test Procedure of Cladded Alloys for Resistance Against High Temperature Abrasive Wear // Journal of Friction and Wear. — 2017 (38), no. 3, 225—230Прияткин Д.В., Артемьев А.А., Лысак В.И. Исследование наплавленного металла системы Fe-Cr-Ni-Mn-Mo-Ti-Nb-C для работы в условиях высокотемпературного газоабразивного изнашивания // Вопросы материаловедения. — 2022, № 3(111), 17—28Priyatkin D.V., Artem'ev A.A., Lysak V.I. Issledovanie naplavlennogo metalla sistemy Fe-Cr-Ni-Mn-Mo-Ti-Nb-C dlya raboty v usloviyah vysokotemperaturnogo gazoabrazivnogo iznashivaniya // Voprosy materialovedeniya. — 2022, № 3(111), 17—28 (in Russian)Терещенко А.Ф., Шимановский В.П., Юзвенко Ю. А. Исследование струйного износа наплавленного металла // Автоматическая сварка. — 1966, № 11, 32—35Tereshchenko A.F., Shimanovskij V.P., Yuzvenko Yu.A. Issledovanie strujnogo iznosa naplavlennogo metalla // Avtomaticheskaya svarka. — 1966, № 11, 32—35 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.