Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания

Увеличение ресурса эксплуатации буровых долот с защитными покрытиями, работающих в условиях абразивного, эрозионного, коррозионного изнашивания, является актуальной проблемой в Украине. Цель данной работы — исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного износа. Исследован...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
1. Verfasser:	Стефанив, Б.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2016
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146918
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:	Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания / Б.В. Стефанив // Автоматическая сварка. — 2016. — № 9 (756). — С. 29-32. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-146918
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1469182019-02-13T01:24:29Z Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания Стефанив, Б.В. Научно-технический раздел Увеличение ресурса эксплуатации буровых долот с защитными покрытиями, работающих в условиях абразивного, эрозионного, коррозионного изнашивания, является актуальной проблемой в Украине. Цель данной работы — исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного износа. Исследована износостойкость защитных покрытий с карбидами вольфрама TeroCote 7888Т, Diamax M, релит «ЛЗ -11-7», наплавленных дуговым способом на сталь 45 в условиях гидроабразивного износа. Установлено, что износостойкость композиционных сплавов релита «ЛЗ -11-7» и Diamax M, состоящих из армирующих частиц (плавленых сферических и дробленых карбидов вольфрама) на Fe-основе носит избирательный характер и несущественно зависит от свойств и твердости матрицы. Применение композиционного сплава TeroCote 7888Т (колотый карбид вольфрама) на Ni-основе обеспечивает эффективную защиту в условиях гидроабразивного износа. При комнатной температуре износостойкость защитного покрытия TeroCote7888Т превосходит износостойкость релита «ЛЗ -11-7» и Diamax M в 1,5 и 2,0 раза соответственно. Этот сплав дает возможность увеличить срок службы защитных покрытий восстановленных дефектных участков корпусов буровых долот, которые работают в тяжелых условиях коррозионно-абразивного изнашивания. Increase of service life of the drill bits with protective coatings, operating under conditions of abrasive, erosion and corrosion wear, is the most relevant problem in Ukraine. Aim of present work is to study wear resistance of the protective coatings under conditions of hydroabrasive wear. The investigation of wear resistance was made on the protective coatings, containing tungsten carbides, TeroCote 7888T, Diamax M and relite LZ-11-7, being arc deposited on steel 45, under conditions of abrasive wear. It is determined that wear resistance of relite LZ-11-7 and Diamax M composite alloys, consisting of Fe-based reinforcing particles (fused spherical and crushed tungsten carbide), has selective character and insignificant dependence on properties and hardness of a matrix. Application of Ni-based composite alloy TeroCote 7888T (split tungsten carbide) provides for efficient protection under conditions of hydroabrasive wear. At room temperature the wear resistance of the protective TeroCote 7888T coating 1.5 and 2 times exceeds the wear resistance of relite LZ-11-7 and Diamax M, respectively. This alloy allows increasing service life of the protective coatings of reconditioned defect areas of drill bits’ bodies, which operate under heavy conditions of corrosion-abrasive wear. 2016 Article Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания / Б.В. Стефанив // Автоматическая сварка. — 2016. — № 9 (756). — С. 29-32. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.09.05 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146918 621.791.927.5 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	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Стефанив, Б.В. Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания Автоматическая сварка
description	Увеличение ресурса эксплуатации буровых долот с защитными покрытиями, работающих в условиях абразивного, эрозионного, коррозионного изнашивания, является актуальной проблемой в Украине. Цель данной работы — исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного износа. Исследована износостойкость защитных покрытий с карбидами вольфрама TeroCote 7888Т, Diamax M, релит «ЛЗ -11-7», наплавленных дуговым способом на сталь 45 в условиях гидроабразивного износа. Установлено, что износостойкость композиционных сплавов релита «ЛЗ -11-7» и Diamax M, состоящих из армирующих частиц (плавленых сферических и дробленых карбидов вольфрама) на Fe-основе носит избирательный характер и несущественно зависит от свойств и твердости матрицы. Применение композиционного сплава TeroCote 7888Т (колотый карбид вольфрама) на Ni-основе обеспечивает эффективную защиту в условиях гидроабразивного износа. При комнатной температуре износостойкость защитного покрытия TeroCote7888Т превосходит износостойкость релита «ЛЗ -11-7» и Diamax M в 1,5 и 2,0 раза соответственно. Этот сплав дает возможность увеличить срок службы защитных покрытий восстановленных дефектных участков корпусов буровых долот, которые работают в тяжелых условиях коррозионно-абразивного изнашивания.
format	Article
author	Стефанив, Б.В.
author_facet	Стефанив, Б.В.
author_sort	Стефанив, Б.В.
title	Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания
title_short	Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания
title_full	Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания
title_fullStr	Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания
title_full_unstemmed	Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания
title_sort	исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146918
citation_txt	Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания / Б.В. Стефанив // Автоматическая сварка. — 2016. — № 9 (756). — С. 29-32. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT stefanivbv issledovanieiznosostojkostizaŝitnyhpokrytijvusloviâhgidroabrazivnogoiznašivaniâ
first_indexed	2025-07-11T00:54:43Z
last_indexed	2025-07-11T00:54:43Z
_version_	1837309926874021888
fulltext	НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИ РАЗДЕЛ 2 9 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА УДК 621.791.927.5 иССлеДование изноСоСтойКоСти заЩитных поКрытий в УСловиях гиДроаБразивного изнашивания Б. В. СТЕФАНИВ иЭС им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Увеличение ресурса эксплуатации буровых долот с защитными покрытиями, работающих в условиях абразивного, эро- зионного, коррозионного изнашивания, является актуальной проблемой в Украине. Цель данной работы — исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного износа. исследована износостойкость защитных покрытий с карбидами вольфрама TeroCote 7888т, Diamax M, релит «лз-11-7», наплавленных дуговым способом на сталь 45 в условиях гидроабразивного износа. Установлено, что износостойкость композиционных сплавов релита «лз-11-7» и Diamax M, состоящих из армирующих частиц (плавленых сферических и дробленых карбидов вольфрама) на Fe-основе носит избирательный характер и несущественно зависит от свойств и твердости матрицы. применение композиционного сплава TeroCote 7888т (колотый карбид вольфрама) на Ni-основе обеспечивает эффективную защиту в условиях гидроабразивного износа. при комнатной температуре износостойкость защитного покрытия TeroCote7888т превосходит износостойкость релита «лз-11-7» и Diamax M в 1,5 и 2,0 раза соответственно. Этот сплав дает возмож- ность увеличить срок службы защитных покрытий восстановленных дефектных участков корпусов буровых долот, которые работают в тяжелых условиях коррозионно-абразивного изнашивания. Библиогр. 10, табл. 3, рис. 5. К л ю ч е в ы е с л о в а : наплавка, наплавочные материалы, карбиды вольфрама, структура, прочность, износостой- кость, композиционные сплавы, твердость, релит. в последние десятилетия при бурении газовых и нефтяных скважин широкое применение получили стальные долота с защитными покрытиями рабо- чих органов. проведенный анализ отработанных буровых долот с защитными покрытиями показал, что чаще всего при бурении происходит износ рез- цов, посадочных гнезд и реже узлов промывочных каналов корпусов буровых долот [1–4]. особое внимание было уделено износу посадочных гнезд под резцы, так как при бурении основная нагрузка ложится на резцы. при механическом взаимодей- ствии с горной породой разрушаются не только резцы, но и посадочные гнезда. износостойкие покрытия предохраняют износ посадочных гнезд лопастей и узлов промывочных каналов корпусов буровых долот от гидроабразивного и коррозион- ного износа. Увеличение ресурса эксплуатации бурового инструмента, работающего в условиях гидроабра- зивного износа и ударной нагрузки, является акту- альной проблемой в Украине. на данный момент существуют методы восстановления только изно- шенных резцов буровых долот. Для восстановле- ния изношенных защитных покрытий посадочных гнезд рабочих органов необходимо реставриро- вать геометрию отверстия основного металла, то есть нанести промежуточный слой основного металла и после этого — слой защитного твер- досплавного покрытия различными методами. ведущие западные фирмы давно используют из- носостойкие покрытия различного функциональ- ного назначения в своей продукции [5–9]. главной задачей данной работы является ис- следование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного износа. наплавочные композиционные сплавы, состо- ящие из армирующих частиц WC и матрицы от- личаются высокой износостойкостью в условиях абразивного, эрозионного, коррозионного изна- шивания. характерной особенностью процесса изнашивания таких сплавов является поэтапный износ отдельных компонентов композиции. при этом наблюдается так называемый «теневой эф- фект», когда выступающие более износостойкие армирующие частицы берут на себя основную на- грузку от разрушающих сил, предохраняя матри- цу сплава от изнашивания. защитное покрытие представляет собой по- верхностный слой рабочего органа бурового до- лота, целенаправленно создаваемый воздействи- ем окружающей среды на поверхность материала долота, и характеризуется конечной толщиной, а также химическим составом и структурно-фазо- вым состоянием, отличным от аналогичных ха- рактеристик материала основного металла. Су- ществующие способы нанесения покрытий на основной метал можно классифицировать: по методу получения — механические, физические, химические, электрофизические; по способам технологического процесса — гальванические, вакуумные, наплавки; по их функциональному на- © Б. в. Стефанив НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИ РАЗДЕЛ 3 0 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА значению — износостойкие, коррозионностойкие, жаростойкие и другие. основываясь на результатах исследований технологии ремонта буровых долот [2–4], были проведены работы по выбору метода нанесения защитных покрытий на изношенные участки ра- бочих органов корпусов. Для осуществления дан- ной задачи были исследованы свойства существу- ющих износостойких материалов и технология реставрации, которая бы обеспечивала все физи- ко-химические свойства основного металла кор- пуса стального долота. Для исследования износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного износа были выбраны композиционные материалы, со- держащие карбиды вольфрама на разной основе (рис. 1). исследование наплавок, выбранными изно- состойкими материалами, производили на опыт- ных образцах, изготовленных из стали 45 толщи- ной 20 мм (рис. 2). в качестве способа наплавки была выбрана ручная дуговая сварка неплавящим- ся вольфрамовым электродом в защитном газе — техническом аргоне. замеры твердости HRC на поверхности на- плавки осуществляли универсальным прибо- ром тр5006. в результате было установлено, что твердость наплавленных слоев при наплавке на сталь 45 (эталон) с использованием присадоч- ных материалов Diamax M и релита «лз-11-7» в среднем на 15...20 %, выше, чем при исполь- зовании TeroCote 7888T (табл. 1).металлогра- фические исследования наплавленных образцов проводили с помощью оптического микроскопа не- офот-32 (рис. 3). в покрытиях на никелевой осно- ве (TeroCote 7888T) и железной основе (Diamax M и релит «лз-11-7»), наблюдается присутствие в матрице армирующих частиц WC. при этом ар- мирующие частицы хаотично расположены по се- чению наплавленного валика. такая неоднород- ность распределения частиц карбида вольфрама по сечению наплавленного валика обусловлива- ет изменение твердости по глубине слоя и может влиять на стойкость покрытия к гидроабразивно- му изнашиванию. в работах [2–4] показано, что более перспективным является композиционный износостойкий материал TerоCote 7888T, содер- жащий ультратвердые карбиды вольфрама в твер- дой матрице сплава никель-хром, которая погло- щает ударные нагрузки и улучшает сопротивление абразивному износу и коррозии, а разномерные частицы колотого профиля карбидов вольфрама затрудняют вырыв их из матрицы. Стойкость наплавленного покрытия к гидроа- бразивному износу определяли на машине нК-м [10]. Достоверность результатов испытания для каждого композиционного материала оценива- рис. 1. внешний вид наплавочных материалов: 1 — TeroCote 7888T (Castolin) на основе никеля; 2 — Diamax M (Castolin) на основе железа; 3 — релит «лз-11-7» (Украина) на основе железа рис. 2. макроструктура образца с защитными покрытиями, нанесенными наплавочными материалами: 1 — TeroCote 7888T; 2 — Diamax M; 3 — релит «лз-11-7» рис. 3. микроструктура (×100) металла покрытий, полученных с использованием присадочных материалов: а — TeroCote 7888T; б — Diamax M; в — релит «лз-11-7» НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИ РАЗДЕЛ 3 1 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА ли на трех образцах. абразивом служил квар- цевый песок грануляции 0,05…0,50 мм. в каче- стве образцов использовали пластины размером 20×16×6 мм, которые изготавливали следующим образом. на пластину размером 22×20×100 мм (см. рис. 2) наносили износостойкие материалы на основе никеля и железа с карбидами вольфрама ду- говой наплавкой. толщина наплавленных слоев со- ставляла 5…7 мм. после наплавки эрозионным спо- собом вырезали образцы размерами 21×17×7 мм. Каждый образец методом шлифования доводили до необходимого размера 20×16×6 мм, толщина наплавленного слоя составила 3 мм. износ образ- ца оценивали по потере его массы (рис. 4, табл. 2). взвешивание проводили на электронных весах OHAUS с точностью измерения 0,01 г. при этом удельная нагрузка на образец составляла 0,5 мпа, скорость трения 0,58 м/с, путь трения — 250 м. износостойкость композиционных сплавов при гидроабразивном изнашивании оценивается Т а б л и ц а 1 . Химический состав и твердость наплавленных слоев на сталь 45 материалы для наплавки тип гранул карбида вольфрама химический состав, мас. % твердость HRC (средняя)C Ni Cr Fe Si W Mn TeroCote 7888T Колотый 9,31 33,49 3,62 1,15 – 50,38 – 48,3 Diamax M Дробленый 13,19 – – 27,60 – 58,32 0,89 57 релит «лз-11-7» Сферический 11,98 – 0,14 21,23 – 65,33 1,32 58,8 Эталон сталь 45 0,42...0,5 0,25 0,25 97 0,17...0,37 – 0,5...0,8 30,0 Т а б л и ц а 2 . Химический состав, твердость и износ наплавленных слоев (L = 250 м) номер образца материалы для наплавки Способ наплавки твердость ма- трицы HRC масса образцов, г до после разница Эталон 1 сталь 45 – 30 12,82 12,51 0,31 1.1 TeroCote 7888T (Castolin) Дуговая 45 14,26 14,23 0,03 1.2 Дуговая 50 13,95 13,91 0,04 1.3 Дуговая 50 14,32 14,28 0,04 Эталон 2 сталь 45 – 30 12,90 12,59 0,31 2.1 Diamax M (Castolin) Дуговая 56 14,36 14,26 0,10 2.2 Дуговая 59,5 14,28 14,20 0,08 2.3 Дуговая 55.5 14,22 14,08 0,14 Эталон 3 сталь 45 – 30 12,86 12,56 0,30 3.1 релит «лз-11-7» Дуговая 55 14,25 14,20 0,05 3.2 Дуговая 60 14,23 14,16 0,07 3.3 Дуговая 61,5 14,05 13,98 0,07 рис. 4. внешний вид образцов, наплавленных различными композиционными материалами, после испытаний на гидроабра- зивный износ (путь трения — 250 м) НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИ РАЗДЕЛ 3 2 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА потерей массы наплавленного слоя от пути тре- ния. первоначально изнашивается матрица, ого- ляя карбиды вольфрама, которые в свою очередь существенно замедляют износ защитного покры- тия. и в дальнейшем после износа карбидов воль- фрама цикл повторяется (рис. 4, табл. 2). при уве- личении пути изнашивания (L = 1250 м) характер износа наплавленного слоя для всех композицион- ных материалов приближается к линейной зависи- мости (табл. 3). на рис. 5 приведены средние величины износа наплавленного слоя композиционных сплавов при гидроабразивном изнашивании в зависимости от пути трения. Выводы 1. в результате исследований установлено, что со- противление гидроабразивному износу защитного покрытия TeroCote7888т с колотыми частицами карбида вольфрама превышает износостойкость релита «лз-11-7» (сферические гранулы карбида вольфрама) и Diamax M (дробленые частицы кар- бида вольфрама) в 1,5 и 2 раза соответственно. 2. Композиционный материал Castolin TeroCote 7888T наиболее перспективен для нанесения за- щитных покрытий на рабочие органы стальных буровых долот. защитные покрытия на основе этого сплава позволяют увеличить эксплуатаци- онный ресурс бурового инструмента при бурении газовых и нефтяных скважин. 1. особенности технологий ремонта буровых долот с алмаз- но-твердосплавными резцами / в. Ф. хорунов, Б. в. Стефа- нив, о. м. Сабадаш [и др.] // проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин: збір. наук. ста- тей за результатами, отриманими в 2010-2012 рр. – К.: Іез ім. Є. о. патона нанУ, 2012. – С. 488–493. 2. особенности восстановления поврежденного промывоч- ного канала стального бурового долота / Б. в. Стефанив, в. Ф. хорунов, о. м. Сабадаш [и др.] // автоматическая сварка. – 2014. – № 11. – С. 54–58. 3. особенности реставрации рабочих органов матричных корпусов буровых долот / Б. в. Стефанив, в. Ф. хорунов, о. м. Сабадаш и др. // автоматическая сварка. – 2015. – № 8. – С. 51–54. 4. особенности технологии ремонта изношенных рабочих органов стальных и матричных корпусов буровых долот / Б. в. Стефанив, в. Ф. хорунов, о. м. Сабадаш [и др.] // проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструк- цій, споруд та машин: збір. наук. статей за результата- ми, отриманими в 2013-2015 рр. – К.: Іез ім. Є.о. патона нанУ, 2015. – С. 688–696. 5. материалы компании Postalloy (Сша) для наплавки за- щитных покрытий [Электронный ресурс] режим досту- па: http://www.postle.com. С. 9. 6. материалы для пайки и наплавки TeroCoteR [Электрон- ный ресурс] режим доступа: http://www.castolin.com.ua. 7. наплавочные материалы Бат-Сервиз [Электронный ре- сурс] режим доступа: http://www.b-trans.com.ua/qw/id/79. 8. материалы для наплавки и напыления [Электронный ре- сурс] режим доступа:http://www.kennametal.com/stellite. 9. Сплав релит наплавочный типа «лз»: [Электронный ре- сурс] режим доступа: http://www.resoursce@aranei.com 10. юзвенко ю. а. абразивный износ композиционных сплавов / ю. а. юзвенко, а. п. жудра, е. и. Фрумин // автоматическая сварка. –1973. – № 7. – С. 62–63. поступила в редакцию 12.04.2016 Т а б л и ц а 3 . Химический состав, твердость и износ наплавленных слоев (L = 1250 м) номер образца материалы для наплавки (припои) Способ наплавки твердость матри- цы HRC масса образцов, г до после разница Эталон 1 сталь 45 – 30 12,20 10,7 1,5 1.1 TeroCote 7888T (Castolin) Дуговая 45 12,07 11,85 0,22 1.2 Дуговая 50 13,57 13,39 0,18 1.3 Дуговая 50 13,95 13,70 0,25 Эталон 2 сталь 45 – 30 12,18 11,3 1,5 2.1 Diamax M (Castolin) Дуговая 56 13,93 13,53 0,4 2.2 Дуговая 59,5 13,84 13,29 0,55 2.3 Дуговая 55.5 13,87 13,56 0,31 Эталон 3 сталь 45 – 30 12,15 10,66 1,49 3.1 релит «лз-11-7» Дуговая 55 13,64 13,35 0,29 3.2 Дуговая 60 13,85 13,64 0,21 3.3 Дуговая 61,5 13,69 13,20 0,49 рис. 5. износ наплавленного слоя из композиционных мате- риалов и стали 45: 1 — TeroCote 7888T; 2 — Diamax M; 3 — релит «лз-11-7»; 4 — сталь 45

Исследование износостойкости защитных покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания

Institution

Ähnliche Einträge