Rationalization of Heat Treatment Parameters of the Surfaced High-Chromium Coatings Alloyed with a Complex of Boride Compounds

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Surface hardening of a large nomenclature of machine-building parts is performed by surfacing with iron-chromium-based powder wires, which ensures the production of metal coatings with high strength and corrosion resistance. At the same time, the resistance of coatings on an iron-chromium base is insufficient, when operating under abrasive wear, due to the small number of strengthening phases in the structure of the surfaced metal. The high operational properties of the surfaced metal can be obtained by combining solid-solution hardening and hardening by second-phase particles in an iron-based matrix. One of such effective method of hardening the metal is surfacing with a flux-cored wire alloyed with boron compounds. However, all the studies performed refer only to the metal coatings in the state after surfacing. The hardness of such coatings is high, which makes it difficult for machining. Purpose of the work: selection of rational parameters for thermal treatment of surfaced coatings based on chromium steel with carbide-boride-nitride alloying. The effect of heat treatment regimes on the microhardness, microstructure and phase composition of the coating metal surfaced by the high-chromium flux cored wire alloyed with complex boride compounds is studied. The composition was the following: 15% Cr + 0.5% B4C + 0.5% BN + 2.5% + TiB2 + 1.0% ZrB2. The methods of investigation are metallography; measurements of microhardness; X-ray phase analysis and transmission electron microscopy. Results and discussion. It is shown that tempering at 800 °C with a 2-hour equalizing ensures the hardness of the surfaced metal within the range of 32-37 HRC, which is acceptable for machining. The microstructure of the metal coatings after tempering is characterized by the structural components decay; the amount of boride eutectic and strengthening phases decreases and its size increases. It is found that to restore the high hardness of the metal after tempering with subsequent machining, it is advisable to conduct quenching from 1020 °C, providing a hardness within the range of 53-58 HRC. This heat treatment leads to the stabilization of the microhardness values at a high level, even higher than the level of the metal coatings microhardness after surfacing. It is shown that this is due to the formation of a composite structure with a martensitic matrix, an eutectic component based on chromium and iron borides Fe1,1Cr0,9B0,9, and dispersed inclusions of carbonitride, carbide and nitride particles for the most part Ti2CN and Cr7С3 and intermetallic compounds Cr4TiZr in the size from 0.4 to 6.5 µm. The established rational parameters of heat treatment can be used in the technology of wear-resistant coatings surfaced with powdered wires alloyed with boride compounds.

About the authors

E. N. Eremin

Email: weld_techn@mail.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, Omsk State Technical University, weld_techn@mail.ru

A. S. Losev

Email: alesha-los@yandex.ru
Omsk State Technical University, alesha-los@yandex.ru

S. A. Borodikhin

Email: sergey.borodihin@gmail.com
Omsk State Technical University, sergey.borodihin@gmail.com

I. A. Ponomarev

Email: don_13@bk.ru
Omsk State Technical University, don_13@bk.ru

A. E. Matalasova

Email: matalasova96@mail.ru
Omsk State Technical University, matalasova96@mail.ru

References

  1. Рябцев И.А. Наплавка деталей машин и механизмов. – Киев: Екотехнологiя, 2004. – 159 с.
  2. Юзвенко Ю.А., Кирелюк Г.А. Наплавка порошковой проволокой. – М.: Машиностроение, 1975. – 45 с.
  3. Коротков В.А. Исследование свойств высоколегированных наплавок // Сварочное производство. – 1997. – № 10. – С. 30–32.
  4. Соколов Г.Н. Способы наплавки и плакирования металлов / Волгоградский государственный технический университет. – Волгоград: ВолгГТУ, 2002. – 80 с.
  5. Современные наплавочные материалы для уплотнительных поверхностей арматуры АЭС и ТЭС / В.С. Степин, Е.Г. Старченко, Ю.С. Волобуев, М.Ю. Егоров // Арматуростроение. – 2006. – № 2. – С. 55–56.
  6. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Боросодержащие стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1986. – 192 с.
  7. Влияние бора на структуру и свойства литой аустенитной стали 25Х8Г8Т / М.Б. Арнаутова, А.Р. Бекетов, Б.В. Арнаутов, В.В. Ожегов // Литейное производство. – 2007. – № 5. – С. 38–42.
  8. Raghavan V. B–Cr–Fe–Ti (Boron–Chromium–Iron–Titanium) // Journal of Phase Equlibria. – 2003. – Vol. 24, N 5. – P. 459–460. – doi: 10.1361/105497103770330163.
  9. High boron iron-based alloy and its modification / L. Zhong, C. Xiang, L. Yan-xiang, H. Kai-hua // Journal of Iron and Steel Research, International. – 2009. – Vol. 16, N 3. – P. 37–42. – doi: 10.1016/S1006-706X(09)60041-8.
  10. Effect of titanium on the ductilization of Fe–B alloys with high boron content / Y. Liu, B. Li, J. Li, L. He, S. Gao, T.G. Nieh // Materials Letters. – 2010. – Vol. 64, iss. 11. – P. 1299–1301. – doi: 10.1016/j.matlet.2010.03.013.
  11. Формирование композиционной структуры износостойкого наплавленного металла с боридным упрочнением / А.А. Артемьев, Г.Н. Соколов, Ю.Н. Дубцов, В.И. Лысак // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2011. – № 2. – С. 44–48.
  12. Eremin E.N. Using boride compounds in flux-cored wires for depositing maraging steel // Welding International. – 2013. – Vol. 27, N 2. – P. 144–146. – doi: 10.1080/09507116.2012.695546.
  13. The perfomances of TiB2-contained iron-based coatings at high temperature / X. Wang, H. Shun, C. Li, X. Wang, D. Sun // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 201, iss. 6. – P. 2500–2504. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.04.025.
  14. Eremin E.N., Losev A.S., Akimov V.V. The properties of chromium steel overlaying used as a hardening coating for stop valve sealing surface // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 152. – P. 582–588. – doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.659.
  15. Effect of the boride-nitride hardening on the structure and properties of chromium steel deposited with a flux-cored wire / E.N. Eremin, A.S. Losev, S.A. Borodikhin, K.Ye. Ivlev // AIP Conference Proceedings. – 2017. – Vol. 1876. – P. 020071-1–020071-6. – doi: 10.1063/1.4998891.
  16. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. – М.: МИСИС, 1999. – 408 с.
  17. Насосно-компрессорные трубы высокой коррозионной стойкости / А.В. Иоффе, Т.В. Тетюева, М.А. Выбойщик, Е.А. Трифонова, Е.С. Луценко // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2010. – № 1. – С. 24–31.
  18. Azimi G., Shamanian M. Microstructure and wear properties of Fe-Cr-C and Fe-Cr-Si-C clads on carbon steel by TIG surfacing process // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2009. – Vol. 83–86. – P. 1035–1042. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.83-86.1035' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.83-86.1035.
  19. Using the Cr-C-B systems for alloying metal by in out-of-vacuum electron beam surfacing / I.M. Poletika, S.A. Makarov, T.A. Krylova, M.G. Golkovskii // Welding International. – 2012. – Vol. 26. – P. 17–22. – doi: 10.1080/09507116.2011.653160.
  20. Microstructure and wear resistance of Fe-Cr-C hardfacing alloy reinforced by titanium carbonitride / S.Z. Weia, Y. Liub, G.S. Zhanga, L.J. Xua, J.W. Lia, Y.Y. Rena // Tribology Transactions. – 2015. – Vol. 58. – P. 745–749. – doi: 10.1080/10402004.2014.1003119.
  21. Morphology, orientation relationships and formation mechanism of TiN in Fe-17Cr steel during solidification / J. Fu, Q. Nie, W. Qiu, J. Liu, Y. Wu // Materials Characterization. – 2017. – Vol. 133. – P. 176–184. – doi: 10.1016/j.matchar.2017.10.001.
  22. Kim K.-S., Kang J.-H., Kiim S.-J. Effects of carbon and nitrogen on precipitation and tensile behavior in 15Cr-15Mn-4Ni austenitic stainless steels // Materials Science and Engineering A. – 2018. – Vol. 712. – P. 114–121. – doi: 10.1016/j.msea.2017.11.099.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».