Методика испытаний наплавленных сплавов на стойкость к высокотемпературному газоабразивному изнашиванию

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)_xC_y и Mo₂C компактной формы сдерживают пластическую деформацию аустенитно-карбидной эвтектики без разрушения.

1. Шумилов А.А., Штанько П.К., Гордиенко В.Н. Разработка наплавочных материалов для повышения износостойкости деталей тягодутьевых машин тепловых электростанций // Вестник СевНТУ. — 2010, № 110, 216—218

2. Юзвенко Ю.А. [и др.] Дуговая наплавка деталей засыпного устройства доменной печи // Автоматическая сварка. — 1972, № 2, 59—63

3. Клейс И.Р. Основы выбора материалов для работы в условиях газоабразивного изнашивания // Трение и износ. — 1980, № 2, 263—271

4. 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—152

5. Gee M.G. and Hutchings I.M. General Approach and Procedures for Erosive Wear Testing // Measurement Good Practice Guide. — 2002, no. 51, 42

6. Жудра А.П. Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах // Автоматическая сварка. — 2014, № 11, 31—34

7. Kleis I. and Kulu P. Solid Particle Erosion: Occurrence, Prediction and Control. — London: Springer. — 2008

8. Badisch 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—1244

9. Higuera 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—222

10. Shimizu 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—109

11. Zhang 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—931

12. Тхабисимов 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—238

13. 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—254

14. Прияткин 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—28

15. Терещенко А.Ф., Шимановский В.П., Юзвенко Ю. А. Исследование струйного износа наплавленного металла // Автоматическая сварка. — 1966, № 11, 32—35