Исследование износостойкости и микроструктуры металла, покрытого специальным проволочным материалом
Введение
В условиях эксплуатации оборудования, подверженного воздействию коррозионных сред, таких как вода или влага, необходимо обеспечить его устойчивость к разрушению. Для этого применяются специальные проволоки, содержащие высокое количество хрома, которые формируют на поверхности металла защитное покрытие. Однако такие покрытия обладают недостатком, заключающимся в их низкой износостойкости при воздействии механических нагрузок, таких как трение.
Для повышения износостойкости в состав проволоки вводятся различные легирующие элементы, такие как бор и азот, которые повышают прочность и долговечность покрытия. Бор добавляется в виде карбида бора (B4C), диборида хрома (CrB2) или диборида титана (TiB2), а азот вводится через азотированный хром (CrN) или нитрид бора (BN).
Целью данного исследования является изучение влияния добавок боридов и нитридов на износостойкость и микроструктурные характеристики металла.
Методология исследования
Для проведения исследования использовалась сталь, покрытая проволокой с следующим составом:
-
15% хрома;
-
0,5% карбида бора (B4C);
-
0,5% нитрида бора (BN);
-
2,5% диборида титана (TiB2);
-
1% диборида циркония (ZrB2).
Для сравнения была использована аналогичная сталь без добавок бора. Наплавка покрытия проводилась на металлические пластины размером 200×50×10 мм в три слоя с использованием проволоки диаметром 2,4 мм в среде аргона.
Испытания на износ проводились путем установки пластин на вращающийся диск, что имитировало условия трения. Измерялись показатели износа, коэффициент трения, а также микроструктурные характеристики покрытий.
Результаты исследования
Результаты испытаний показали, что металл, покрытый проволокой с добавками боридов и нитридов, обладает значительно большей износостойкостью по сравнению с образцом без добавок. Основные результаты представлены ниже:
Без добавок бора
-
Количество оборотов диска: 600
-
Износ: 1,7 г
-
Линейный износ: 0,023 мм/м
-
Коэффициент трения: 0,42
С добавками бора
-
Количество оборотов диска: 1200
-
Износ: 1,53 г
-
Линейный износ: 0,008 мм/м
-
Коэффициент трения: 0,348
Из полученных данных следует, что металл с добавками боридов и нитридов демонстрирует меньший износ и более низкий коэффициент трения по сравнению с образцом без добавок.
Анализ микроструктурных изменений
Для выяснения причин повышенной износостойкости металла с добавками боридов и нитридов было проведено детальное исследование его микроструктуры. Результаты показали, что:
-
Без добавок структура металла представляет собой мелкозернистый материал с включениями других элементов. Твердость по шкале Роквелла составляет около 40 HRc.
-
С добавками структура металла характеризуется более сложной микроструктурой, включающей мартенситную матрицу, эвтектические фазы и частицы упрочняющих фаз. Твердость по шкале Роквелла составляет около 58 HRc.
Дополнительно, с использованием электронного микроскопа, было установлено наличие включений боридов, карбоборидов и нитридов в структуре металла. Эти включения способствуют повышению его прочности и износостойкости.
Заключение
Результаты исследования свидетельствуют о значительном повышении износостойкости металла при добавлении боридов и нитридов в состав проволоки. Металл с добавками демонстрирует износ в 2,2 раза меньший по сравнению с образцом без добавок, а также обладает более низким коэффициентом трения. Сложная микроструктура и наличие упрочняющих фаз обеспечивают высокую прочность и устойчивость к износу.
