Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах

Трубопроводная арматура при эксплуатации должна обладать эрозионной стойкостью уплотнительных поверхностей. С этой целью их подвергают механизированной дуговой наплавке с получением высоколегированного хромоникелькремнистого наплавленного металла. Дальнейшее повышение эрозионной стойкости может быть...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
1. Verfasser:	Лопухов, Ю.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2015
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Производственный раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113170
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах / Ю.И. Лопухов // Автоматическая сварка. — 2015. — № 8 (744). — С. 47-50. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-113170
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1131702017-02-05T03:02:33Z Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах Лопухов, Ю.И. Производственный раздел Трубопроводная арматура при эксплуатации должна обладать эрозионной стойкостью уплотнительных поверхностей. С этой целью их подвергают механизированной дуговой наплавке с получением высоколегированного хромоникелькремнистого наплавленного металла. Дальнейшее повышение эрозионной стойкости может быть достигнуто дополнительным легированием наплавленного металла азотом. В работе представлены результаты сравнительных испытаний наплавленного металла на стойкость против задиров при наплавке порошковой проволокой в среде аргона, углекислого газа, азота и смеси азота с углекислым газом. Наилучшими показателями эрозионной стойкости обладает наплавленный металл, полученный при наплавке в среде смеси азота и углекислого газа. Pipeline stop valves during operation should possess the erosion resistance of sealing surfaces. For this purpose they are subjected to mechanized arc surfacing with producing of high-alloyed Cr-Ni-Si deposited metal. Further improvement of erosion resistance can be achieved by additional alloying of deposited metal using nitrogen. The paper presents the results of comparative tests of the deposited metal on tear resistance in surfacing using flux-cored wire in argon, carbon dioxide, nitrogen and mixture of nitrogen with carbon dioxide. The best indicators of erosion resistance belong to the deposited metal produced during surfacing in mixture of nitrogen and carbon dioxide. 2015 Article Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах / Ю.И. Лопухов // Автоматическая сварка. — 2015. — № 8 (744). — С. 47-50. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113170 621.791.92:620.193.1 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Производственный раздел Производственный раздел
spellingShingle	Производственный раздел Производственный раздел Лопухов, Ю.И. Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах Автоматическая сварка
description	Трубопроводная арматура при эксплуатации должна обладать эрозионной стойкостью уплотнительных поверхностей. С этой целью их подвергают механизированной дуговой наплавке с получением высоколегированного хромоникелькремнистого наплавленного металла. Дальнейшее повышение эрозионной стойкости может быть достигнуто дополнительным легированием наплавленного металла азотом. В работе представлены результаты сравнительных испытаний наплавленного металла на стойкость против задиров при наплавке порошковой проволокой в среде аргона, углекислого газа, азота и смеси азота с углекислым газом. Наилучшими показателями эрозионной стойкости обладает наплавленный металл, полученный при наплавке в среде смеси азота и углекислого газа.
format	Article
author	Лопухов, Ю.И.
author_facet	Лопухов, Ю.И.
author_sort	Лопухов, Ю.И.
title	Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах
title_short	Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах
title_full	Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах
title_fullStr	Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах
title_full_unstemmed	Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах
title_sort	эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Производственный раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113170
citation_txt	Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах / Ю.И. Лопухов // Автоматическая сварка. — 2015. — № 8 (744). — С. 47-50. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT lopuhovûi érozionnaâstojkostʹhromonikelʹkremnistogometallaprinaplavkevrazličnyhzaŝitnyhsredah
first_indexed	2025-07-08T05:18:41Z
last_indexed	2025-07-08T05:18:41Z
_version_	1837054740598358016
fulltext	478/2015 УДК 621.791.92:620.193.1 Эрозионная стойКость хроМониКельКреМнистоГо Металла При наПлавКе в различных защитных среДах Ю.И. ЛОПУХОВ восточно-Казахстанский гос. техн. ун-т. 070002, Казахстан, г. Усть-Каменогорск, ул. 30-й Гвардейской дивизии, 34. E-mail: kanc_ekstu@mail.ru трубопроводная арматура при эксплуатации должна обладать эрозионной стойкостью уплотнительных поверхностей. с этой целью их подвергают механизированной дуговой наплавке с получением высоколегированного хромоникель- кремнистого наплавленного металла. Дальнейшее повышение эрозионной стойкости может быть достигнуто дополни- тельным легированием наплавленного металла азотом. в работе представлены результаты сравнительных испытаний наплавленного металла на стойкость против задиров при наплавке порошковой проволокой в среде аргона, углекислого газа, азота и смеси азота с углекислым газом. наилучшими показателями эрозионной стойкости обладает наплавленный металл, полученный при наплавке в среде смеси азота и углекислого газа. Библиогр. 2, табл. 3, рис. 1. К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая наплавка, смесь защитных газов, трубопроводная арматура, уплотнительные поверх- ности, порошковая проволока, хромоникелькремнистый наплавленный металл, эрозионная стойкость Для механизированной износостойкой наплавки под флюсом и в аргоне уплотнительных поверх- ностей деталей трубопроводной арматуры приме- няются порошковые проволоки ПП-ан133 (тип 10х17н8с5Г2т), ПП-ан157 (тип 10х19н9с- 5М2рГт). Эти материалы намного дашевле по срав- нению с дефицитными кобальтовыми стеллитами, которые находят все большее применение в отрасли взамен электродов Цн-6л, Цн-12М. наплавленный металл сохраняет достаточно высокую стойкость против коррозионного и эрозионного изнашивания и задирания в пароводяной среде высоких параме- тров и сохраняет свои характеристики в течение длительного срока эксплуатации. исследования и опыт применения этих сталей свидетельству- ет, что наплавленные покрытия с более высоким уровнем твердости показывают более высокую противозадирную стойкость. однако стойкость их против трещинообразования при этом падает, особенно резко при твердости свыше 45 HRC [1]. твердость наплавочных хромоникелевых ста- лей заметно зависит от наличия в их составе леги- рующих элементов — кремния и хрома, от коли- чества ферритной фазы и степени ее распада при нагреве. Поэтому приходится жестко регламенти- ровать температурно-временные режимы наплав- ки и нагрева деталей, включая и режим последую- щей термообработки. незначительное отклонение химического состава наплавленного металла по хрому и, особенно, по кремнию существенно сни- жает его эксплуатационные характеристики [1, 2]. в результате дисперсионного твердения обра- зуется сигма фаза, что приводит к охрупчиванию наплавленного металла и образованию в нем тре- щин. Большую роль играют температурно-вре- менные условия при наплавке массивных дета- лей и старение сплава при длительных тепловых нагрузках на тепловых электрических станциях с температурой рабочей среды 450…600 ос, что в целом снижает служебные свойства сплава [2]. C целью оценки возможности повышения экс- плуатационных характеристик проводили иссле- дования по влиянию легирования азотом на из- менение физико-механических свойств сплавов 10х17н8с5Г2т, 10х9н9с5М2рГт в зависимо- сти от температуры отпуска, стойкости к задиру и эрозионной стойкости. наплавку проводили в сре- де аргона и азотсодержащей атмосфере N2 + со2. Механические свойства. испытания образцов на ударный изгиб проводились на маятниковом копре КМ-0,3 с оптоэлектронной системой реги- страции энергии разрушения. Полный запас по- тенциальной энергии маятника составлял 300 Дж. Потери на трение в оси маятника во всех случаях не превышали 0,4 %. испытания проводились на образцах типа 1 по Гост 9454–78 с V-образным надрезом. твердость наплавленных образцов при нормальной температуре определяли на твердо- мере тК-2 при нагрузке 0,29 кг и выдержке 30 с. Фактографические исследования поверхности об- разцов, полученных от разрушений при испыта- ниях на ударную вязкость, проводили на растро- вом электронном микроскопе JSM-6390LV. исследования механических свойств азотсо- держащего наплавленного металла (табл. 1) пока- зывают, что азот повышает прочность и ударную вязкость исследуемых сплавов.© ю.и. лопухов, 2015 48 8/2015 исследование фрактограмм разрушенной по- верхности образцов после испытания на удар- ную вязкость (рисунок) показывает, что наплавка в атмосфере 30 % N2 + 70 % CO2 приводит к су- щественному увеличению доли вязкой составля- ющей в изломе в сравнении с аргоном (рис., б). При этом излом стали можно охарактеризовать как вязкий чашечный с отдельными включениями участков хрупкого скола. в металле, наплавленном в смеси 70 % N2 + 30 % со2, доля вязкой составляющей повышается и дисперсность структуры остается на достаточно высоком уровне (рис., в), что обеспечивает боолее высокие значения ударной вязкости. Дальнейшее увеличение процентного содер- жания в смеси азота (свыше 70 %) приводит к увеличению склонности материала к хрупкому разрушению. Металл, наплавленный в атмосфере 100 % азо- та, одновременно упрочняя аустенит приводит к охрупчиванию. об этом свидетельствует появле- ние на поверхности излома площадок скола с ярко выраженной кристаллографической ориентацией (рис., г). Т а б л и ц а 1 . Механические свойства Cr–Ni–Si наплавленного металла наплавленный металл защитная атмосфера режим термообработки σв, МПа КСV, Дж/см2 10х17н8с5Г2т Ar исходное состояние 88,2 92,5 90,3 − 5,2 5,6 5,5 − отпуск 650 ос, 3 ч 86,0 90,6 88,3 − 5,0 5,6 5,3 − отпуск 850 ос, 3 ч 66,8 77,2 72,0 − 2,8 4,6 3,7 − старение 650 ос, 1000 ч 62,4 68,3 65,4 − 0,25 1,1 0,67 − 10х17н9с5Г2т 70 % N2 + 30 % со2 исходное состояние 94,2 115,0 104,6 − 10,6 12,4 11,5 − отпуск 650 ос, 3 ч 80,0 100,5 90,2 − 8,8 11,5 9,9 − отпуск 850 ос, 3 ч 68,2 78,4 73,0 − 5,6 6,4 6,0 − старение 650 ос, 1000 ч 63,8 67,9 65,6 − 2,3 3,8 3,5 − 10х9н9с5М2Грт Ar исходное состояние 86,0 99, 2 92,6 − 3,5 5,2 4,4 − отпуск 650 ос, 3 ч 78,8 92,0 85,4 − 3,1 4,6 3,9 − отпуск 850 ос, 3 ч 79,8 94,0 86,9 − 2,6 4,2 3,4 − старение 650 ос, 1000 ч 71,2 84,6 77,9 − 3,1 4,6 3,9 − 10х19н9с5М2Грт 70 % N2 + 30 % со2 исходное состояние 89,0 99,8 94,4 − 4,8 7,0 5,9 − отпуск 650 ос, 3 ч 79,4 94,0 86,7 − 4,1 6,3 5,2 − старение 650 ос, 1000 ч 71,2 85,4 78,3 − 3,1 4,6 3,9 − 498/2015 Испытания на стой- кость к задиранию. с целью получения сопо- ставимых данных по слу- жебным свойствам на- плавочных материалов уплотнительных поверхно- стей затворов энергетиче- ской арматуры, проводили комплексные эксперимен- тальные исследования сплавов на склонность к образованию задиров и эрозии при параметрах среды и условиях, близких к рабочим. испытания на стой- кость к задиранию про- водились в среде пара при температуре 350 ос и удельном давлении 80…100 МПа на специали- зированном стенде. исследовались сплавы 10XI7H8C5Г2т и 10X19H- 9C5M2PГт, полученные наплавкой соответствен- но проволоками ПП-анI33 и ПП-анI57 в защит- ных газах или их смесях — Ar, CO2, N2, со2 + N2. исследование материалов на стойкость к задира- нию проводили путем моделирования процесса контактного силового воздействия на уплотни- тельные поверхности деталей затвора арматуры. Минимальная удельная нагрузка, при которой начинали испытания, составляла 10 МПа. затем нагрузку повышали ступенчато через 10 МПа до наступления задира или достижения заданной ве- личины удельного давления. После испытания определяли площадь контакта (трения) образцов и глубину задирания. измерения проводили с по- мощью микроскопа Мис-11. Критерием стойко- сти к задиранию условно принимали появление на рабочей (контактной) поверхности образцов зади- ров глубиной 10 мкм и более. Удельную нагрузку, вызывающую задир указанной величины, считали максимально допу- стимой для данного материала. из представленных данных (табл. 2) следует, что все пары образцов спла- ва 10х17н8с5Г2т, кроме образцов, на- плавленных в атмосфере аргона, обла- дают достаточно высокой стойкостью против образования задиров при удель- ных давлениях 91,2…96,6 МПа, но на- лучшими свойствами обладает металл, наплавленный проволокой ПП-ан133 в атмосферах 50 % N2 + 50 % CO2 (96,0 МПа) и 70 % N2 + 30 % CO2 (96,6 МПа). При испытании разноименных пар образцов 10х17н8с5Г2т + 10х19н9с5М2рГт высокие противозадирные свойства зарегистрированы в металле, наплавленном соответствующими про- волоками в смеси газов 70%N2 + 30% со2. Противозадирные свойства одноименной пары из сплава 10х17н8с5Г2т, легированного азотом, не уступают этим свойствам при испытании разно- именных пар 10х17н8с5Г2т + 10х19н9с5М2рГт. Повышение противозадирных свойств наплавлен- ного металла связано с получением более одно- родной структуры при наплавке в азотсодержа- щих средах. в структуре сплавов, легированных азотом, изменяется количественное соотношение α- и γ-фаз в сторону увеличения аустенита. сплав Эволюция вида излома при наплавке порошковой проволокой ПП-ан133 (×580). защит- ная атмосфера: а — Ar; б — 30 % N2 + 70 % со2; в — 70 % N2 + 30 % со2; г — N2 Т а б л и ц а 2 . Противозадирные свойства исследуемых сплавов тип сплава исследуемых пар образцов защитный газ при наплавке, % твердость, HRC Удельные нагрузки, вызывающие задир более 10 мкм, МПа 10х17н8с5Г2т 100 Ar 36 57,7 100 CO2 32 71,2 100 N2 36 93,0 50N2 +50CO2 35 96,0 70CO2 + 30N2 33 93,0 70N2 +30CO2 35 96,6 10х17н8с5Г2т (нижний) 100 N2 32/36 70,0 10х19н9с5М2рГт (верхний) 70N2 + 30CO2 35/38 77,0 50 8/2015 10х17н8с5Г2т, легированный азотом из газовой фазы, характеризуется образованием мелкодис- персных равномерно распределенных карбони- тридных частиц в аустенитной матрице, что вызы- вает эффект упрочнения. Испытания на эрозионную стойкость. ра- бочей средой являлась вода (18 МПа, 210 ос), питающая котлы промышленной тЭЦ. испыта- ниям подвергались одновременно несколько пар образцов, из которых не менее, чем в трех на- ходились образцы из исследуемого материала. скорость среды в щели 0,3×3 мм2 между исследу- емым верхним образцом и нижним из стали типа 12х18н10т составляла около 100 м/с. Параметры среды поддерживались и регистрировались в про- цессе эксперимента системой КиП, состав сре- ды контролировали отбором химических проб на тЭЦ и испытательном стенде. степень кавитационно-эрозионного разруше- ния исследуемых образцов определялась взве- шиванием их на аналитических весах до и после испытаний с точностью ±0,0001 г. Кроме этого, рабочая поверхность образцов, находящихся в ще- левом потоке воды, оценивалась по среднему зна- чению глубины износа. измерения производили в девяти точках исследуемой поверхности. одновременно с образцами из исследуемого ма- териала при каждом эксперименте устанавливали также в качестве исследуемого верхний образец из стали типа 12х18н10т, уровень эрозионной стойко- сти которого принят за единицу. Коэффициент отно- сительной эрозионной стойкости (КоЭс) рассчиты- вали как отношение численных значений скорости эрозии эталонного и исследуемого материалов. ито- говые показатели определяли как среднее арифмети- ческое из значений относительной эрозии испытан- ных пар образцов. средняя скорость эрозии определялась как отно- шение средней глубины эрозионного разрушения h в единицу времени τ /i h= τ мкм/ч. Для сравнитель- ной оценки стойкости против эрозии исследуемых наплавочных материалов испытания проводили при изменяющихся параметрах среды, из приведенных результатов (табл. 3) следует, что все исследуемые варианты сплавов, полученных наплавкой проволо- кой ПП-ан133 в азотсодержащих атмосферах, обла- дают высокой эрозионной стойкостью. сравнительные характеристики показали, что лучшими показателями эрозионной стойкости обла- дает металл, наплавленный проволокой ПП-ан133 в среде 70 % N2 + 30 % со2 и 50 % N2 + 50 % со2. Фазовый состав наплавленного металла суще- ственно влияет на эрозионные свойства. с увели- чением содержания доли аустенита легированно- го азотом, возрастает эрозионная стойкость стали. Повышение эрозионных свойств азотсодержащего наплавленного металла также, по-видимому, свя- зано с образованием мелкодисперсных нитридов с решеткой, когерентной решетке аустенита и обе- спечивает в ней их прочное зацепление. 1. Степин В.С., Старченко Е.Г., Андреев А.А. Применение дисперсно-твердеющих Cr–Ni–Si сталей для элементов затворов и наплавки уплотнительных поверхностей ар- матуры тЭс и аЭс // арматуростроение. – 2006. – № 3. – с. 66–69. 2. Лопухов Ю.И. Формирование структуры хромоникель- кремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки // Физическая инженерия поверхности. – 2009. – 7, № 1-2. – с. 27–30. Поступила в редакцию 15.04.2015 Т а б л и ц а 3 . Эрозионные свойства стали 10Х17Н8С5Г2Т сталь защитный газ при наплавке, % Параметры испытаний результаты испытаний Давление, МПа Т ос время испыта- ний, ч Глубина изно- са, мкм скорость из- носа, мкм/ч КоЭс 10х17н8с5Г2т 100Ar 17,0 200 254 15,95 0,064 1,03 18,5 180 196 15,32 0,052 0,88 18,5 180 196 9,32 0,047 0,97 50N2+ 50со2 17,0 200 254 12,15 0,051 1,29 18,5 180 196 7,21 0,033 1,39 70со2 + 30 N2 17,0 200 254 13,06 0,053 1,24 18,5 180 196 7,52 0,035 1,31 30со2 + 70 N2 17,0 200 254 12,33 0,032 2,06 18,5 180 196 6,15 0,051 1,40 18,0 180 196 10,86 0,049 1,53 12х18н10т — 17,0 200 254 16,8 0,066 1,00 18,5 180 196 8,7 0,046 1,00

Эрозионная стойкость хромоникелькремнистого металла при наплавке в различных защитных средах

Institution

Ähnliche Einträge