Структура та властивості наплавлених шарів композиційним матеріалом, який одержано з використанням СВС-процесу

Abstract

В роботі наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень щодо розробки композиційного матеріалу, одержаного з використанням самопоширюваного високотемпературного синтезу (СВС-процес). В якості вихідних матеріалів модифікуючої складової композиційного матеріалу використано порошок титану Ti, технічний вуглець C, оксиди кремнію SiO2 та алюмінію Al2O3, алюмінієву пудру AI, оксид заліза Fe2O3 та термореагуючий порошок ПТ-НА-01. Механічну активацію вихідної шихти з варіюванням параметрів обробки здійснено у розробленому авторами роботи кульовому млині моделі КМ-1 з об’ємом сталевого барабану 1,5·10-4м3. Тривалість механічної активації шихти складала 15 хв, при 130 об/хв та співвідношенні 1 : 40 маси шихти до маси тіл подрібнення (сталевих куль діаметром 6 мм). Ініціювання СВС-процесу виконувалося за допомогою спеціального пристрою шляхом підведення розжареної ніхромової спіралі діаметром 0,8 мм. Як матричний матеріал застосовано самофлюсуюючий сплав системи Ni-Cr-B-Si марки ПГ-10Н-01. Наплавлення дослідних зразків здійснено на пластину зі сталі 65Г товщиною 3 мм неплавким графітовим електродом діаметром 9,5 мм, при струмі 110 А на прямій полярності. При виконанні роботи за допомогою методів металографічного аналізу та електронної мікроскопії досліджено мікроструктуру наплавлених шарів, проведено їх рентгенофазовий аналіз, а також визначено мікротвердість та зносостійкість. Встановлено, що введення в склад композиційного матеріалу на основі сплаву ПГ-10Н-01 модифікуючого матеріалу, одержаного з використанням СВС-процесу, дозволяє отримати в структурі наплавленого шару карбіди титану TiC та кремнію SiC, що призводить до збільшення мікротвердості шару та його більш високої зносостійкості у процесі абразивного зношування. Розроблений композиційний матеріал можна рекомендувати для підвищення ресурсу деталей, які працюють в умовах абразивного середовища.The study presents the results of theoretical and experimental investigations on the development of composite material obtained using the method of self-propagating high-temperature synthesis (SHS process). Titanium powder Ti, carbon black C, silicon oxides SiO2 and aluminum oxides Al2O3, as well as aluminum powder AI, iron oxide Fe2O3, and thermosetting powder PT-NA-01 were used as starting materials for the modifying component. Mechanical activation of the initial charge with variation of processing parameters was carried out in a ball mill of the KM-1 model, developed by the authors of the study, of the intermittent principle of operation with a working steel drum volume of 1.5-10-4 m3. The duration of mechanical activation of the charge was 15 minutes at 130 rpm and a ratio of 1:40 of the charge mass to the mass of grinding media (steel balls with a diameter of 6 mm). Initiation of the SHS process was performed using a special device by supplying a red-hot nichrome spiral with a diameter of 0.8 mm. A self-fluxing alloy of the Ni-Cr-B-Si system, grade PG-10N-01, was used as a matrix material. The prototypes were surfaced on a 3 mm thick plate of 65G steel with a non-consumable graphite electrode with a diameter of 9.5 mm, at a current of 110 A in direct polarity. The macro- and microstructure of the coatings was studied, their X-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy were performed, and the mechanical properties of the coatings, including their microhardness and wear resistance, were determined. Based on the studies, it was found that the introduction of a modifying component into the matrix material obtained using the SHS process allows to obtain titanium TiC and silicon SiC carbides in the coating structure, which increase the microhardness of the deposited layer and, accordingly, its wear resistance. The developed composite material can be recommended for increasing the service life of parts that work in abrasive environments.