Влияние содержания кремния на микроструктуру и высокотемпературные фрикционные свойства покрытия FeCrNiCSix, полученного лазерным наплавлением

Металлургическое оборудование имеет важное значение для металлургической промышленности. Условия его работы сложны, часто при высокой температуре (500 градусов), большой нагрузке и других экологических воздействиях, высокотемпературном износе, высокотемпературном окислении легко привести к повреждению поверхности оборудования, а затем повлиять на безопасность эксплуатации и срок службы. Технология нанесения покрытия является важным средством защиты металлургических деталей. В настоящее время технология защиты поверхности металлургических деталей включает в себя технологию напыления, технологию дуговой плавки, наплавочную сварку, технологию лазерной наплавки и так далее. Технология лазерной наплавки использует высокоэнергетический лазерный луч для плавления порошка и одновременного образования расплавленной ванны на поверхности матрицы. После быстрого охлаждения формируется покрытие с металлургической связью с матрицей. Покрытие, полученное по технологии лазерной наплавки, обладает преимуществами металлургического соединения, низкой скоростью разбавления, небольшой зоной термического влияния и плотной структурой, поэтому защитное покрытие, полученное по технологии лазерной наплавки, стало эффективным средством защиты металлургических деталей.

Материал покрытия является залогом защитного эффекта лазерной наплавки на поверхность металлургических деталей. Среди них покрытие из сплава Fe-Cr-Si может защитить подложку от высокотемпературных газов, оксидов и агрессивных сред в высокотемпературной среде, обладает хорошей стойкостью к окислению и коррозии, имеет высокую твердость и износостойкость и широко используется. в условиях высокой температуры, высокой коррозии и высокого износа для защиты поверхности запасных частей. Влияние содержания Si (0,6%-2,5%) на микроструктуру и свойства износостойкой стали из сплава Fe-Cr. Установлено, что добавка Si способствует улучшению распределения второй фазы карбидов. С увеличением содержания Si увеличивается твердость легированной стали, улучшаются износостойкость и коррозионная стойкость. Когда содержание Si достигает 2,3%, его вязкость снижается.

Таким образом, элементы Si могут эффективно улучшить износостойкость, коррозионную стойкость и стойкость к окислению покрытия. Однако в настоящее время основные исследования сосредоточены на покрытиях из сплавов с низким содержанием Si (< 5 wt.%), and there are few studies on the alloy coating with high Si content (>5 мас.%). Поэтому в данной работе покрытие FeCrNiCSix было получено по технологии лазерной наплавки и рассмотрено влияние изменения содержания Si на микроструктуру покрытия FeCrNiCSix при высоком содержании Si (5 мас.%, 10 мас.%, 15 мас.%). был изучен. Влияние твердости и стойкости к высокотемпературному износу обеспечивает теоретическую основу для изучения покрытий из сплавов с высоким содержанием кремния и обеспечивает некоторую техническую поддержку для защиты поверхности металлургических деталей.

Порошок покрытия состоит из порошка хрома, порошка кремния, порошка никеля, углеродного порошка и порошка железа с чистотой не менее 99%, а размер частиц порошка после просеивания составляет 53~150 мкм. Смешанные порошки, содержащие 5 мас.%, 10 мас.% и 15 мас.% элементов Si, готовили с помощью высокоточных электронных весов NX-100. Состав смешанного порошка показан в Таблице 1. После настройки для смешивания используйте планетарную шаровую мельницу. Скорость вращения составляла 200 об/мин, время составляло 4 часа, и после смешивания порошка использовали вакуумную сушильную печь для сушки при 100 градусах в течение 2 часов. Покрытия, полученные из порошка с различным содержанием Si, получили названия покрытий 5Si, 10Si и 15Si (показано в таблице 2). Матрица изготовлена ​​из пластины жаростойкой стали 1Cr11Ni2W2MoV (1Cr11Ni).

Табл.1 Состав подложки из жаростойкой сталиe(вес.%)

Вкладка.2 Состав ofFeCrNiCSix пудра(вес.%)

В оборудовании для лазерной наплавки используется волоконный лазер TruDisk6{{10}}06, параметры процесса: мощность лазера 1600 Вт, скорость склеивания 50%, диаметр пятна 5 мм, скорость сканирования 600 мм/мин и подача порошка. скорость 5 об/мин. После завершения наплавки покрытия образец разрезается на прямоугольный параллелепипед с длиной стороны 10 мм с помощью проволочно-режущего оборудования DK7750. Покрытие шлифуется и полируется наждачной бумагой. Коррозия длилась около 10 с в коррозионном растворе, содержащем 0,7 мас.% HF, 43 мас.% HNO3, 50 мас.% H2O. Микроструктуру покрытия наблюдали с помощью металлографического микроскопа LeicaDM6000M и автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа FEI-Sirion 200, а химический состав каждой фазы анализировали с помощью энергодисперсионного спектрометра (ЭДС) сканирующего электронного микроскопа. Рентгенофазовый анализ проводили на рентгеновском дифрактометре Miniflex600. Микротвердомер MC010-HVS-1000 по Виккерсу измеряет твердость поперечного сечения покрытия, измеряя 10 точек, каждая точка находится на расстоянии 1,5 мм друг от друга, принимая среднее значение. Экспериментальным оборудованием для определения характеристик высокотемпературного износа является машина для испытания на износ MRH-1. Рабочая диаграмма трения и износа представлена ​​на рисунке 1. Потеря качества износа измеряется высокоточными электронными весами DJ1002A. Образец для испытания на износ разрезали на кубовидные блоки длиной, шириной и высотой 20 мм, 10 мм и 10 мм соответственно и полировали и полировали наждачной бумагой (ячейка 600-2000). После обнаружения с помощью 3D-профилометра топографии средняя шероховатость поверхности образцов для испытаний на износ трех покрытий с различным содержанием Si составляет 0,91 мкм, а конкретные параметры испытаний на высокотемпературный износ показаны в таблице 3.

Таб.3 Параметры высокотемпературный износул.

(1) В покрытиях 5Si, 10Si и 15Si, полученных методом лазерной наплавки, микроструктура покрытий 5Si представляет собой в основном дендритную и равноосную структуру, а фазовый состав в основном состоит из твердых растворов -Fe и Fe-Cr. Микроструктура покрытий 10Si и 15Si преимущественно равноосная, а фазовый состав состоит преимущественно из Fe3Si и твердого раствора Fe-Cr.

(2) С увеличением содержания элемента Si твердость и скорость изнашивания покрытия, в свою очередь, увеличиваются, что связано с тем, что фаза Fe3Si обладает определенной хрупкостью при высокой твердости, и в процессе изнашивания происходит серьезное отслаивание, и Соответственно увеличивается скорость износа покрытия.

(3) Покрытие 5Si в основном характеризуется адгезионным и окислительным износом, его износостойкость при высоких температурах является лучшей, но его стойкость к окислению низкая, а твердость низкая. Покрытия 10Si и 15Si подвергаются преимущественно абразивному износу, причем скорость изнашивания последовательно возрастает. По сравнению с тремя, покрытие 10Si считается лучшим покрытием по содержанию кремния.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. — высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на исследованиях и разработках, производстве и продаже автоматических машин для лазерной наплавки, высокоскоростных машин для лазерной наплавки, машин для лазерной закалки, машин для лазерной сварки и оборудования для лазерной 3D-печати. Наша продукция экономически эффективна и продается внутри страны и за рубежом. Если вы заинтересованы в нашей продукции, свяжитесь с нами по адресу bob@gshenglaser.com.