Wpływ zawartości Si na mikrostrukturę i właściwości tarcia w wysokiej temperaturze powłoki FeCrNiCSix metodą napawania laserowego

Sprzęt metalurgiczny jest niezbędny w przemyśle metalurgicznym. Warunki pracy są złożone, często w wysokiej temperaturze (500 stopni), dużym obciążeniu i innych usługach środowiskowych, zużyciu w wysokiej temperaturze, utlenianiu w wysokiej temperaturze łatwo prowadzą do uszkodzenia powierzchni sprzętu, a następnie wpływają na bezpieczeństwo użytkowania i żywotność. Technologia powlekania powierzchni jest ważnym środkiem ochrony części metalurgicznych. Obecnie technologia ochrony powierzchni części metalurgicznych obejmuje technologię natryskiwania, technologię topienia łukowego, napawanie, technologię napawania laserowego i tak dalej. Technologia napawania laserowego wykorzystuje wysokoenergetyczną wiązkę lasera do topienia proszku i jednoczesnego tworzenia stopionego jeziorka na powierzchni matrycy. Po szybkim ochłodzeniu powstaje powłoka poprzez metalurgiczne połączenie z osnową. Powłoka przygotowana technologią napawania laserowego ma zalety wiązania metalurgicznego, niską szybkość uwalniania rozcieńczonego materiału, małą strefę wpływu ciepła i gęstą strukturę, dzięki czemu powłoka ochronna przygotowana technologią napawania laserowego stała się skutecznym środkiem ochrony części metalurgicznych.

Materiał powłoki jest kluczem do ochronnego działania powłoki laserowej na powierzchni części metalurgicznych. Wśród nich powłoka ze stopu Fe-Cr-Si może chronić podłoże przed wysokotemperaturowymi gazami, tlenkami i mediami korozyjnymi w środowisku o wysokiej temperaturze, ma dobrą odporność na utlenianie i korozję, ma wysoką twardość i odporność na zużycie i jest szeroko stosowana w wysokiej temperaturze, wysokiej korozji i wysokim zużyciu środowiska ochrony powierzchni części serwisowych. Wpływ zawartości Si (0,6%-2,5%) na mikrostrukturę i właściwości stali trudnościeralnej stopowej Fe-Cr Stwierdzono, że dodatek Si pomaga poprawić rozkład drugiej fazy węglików. Wraz ze wzrostem zawartości Si wzrasta twardość stali stopowej, poprawia się odporność na zużycie i korozję. Gdy zawartość Si osiąga 2,3%, jego wytrzymałość maleje.

Podsumowując, pierwiastki Si mogą skutecznie poprawić odporność powłoki na zużycie, korozję i utlenianie. Jednak obecnie główne badania skupiają się na powłokach stopowych o niskiej zawartości Si (< 5 wt.%), and there are few studies on the alloy coating with high Si content (>5% wag.). Dlatego w niniejszej pracy powłokę FeCrNiCSix przygotowano technologią napawania laserowego oraz wpływ zmiany zawartości Si na mikrostrukturę powłoki FeCrNiCSix przy wysokiej zawartości Si (5 mas., 10 mas., 15 mas.%) był studiowany. Wpływ twardości i odporności na zużycie w wysokiej temperaturze stanowi podstawę teoretyczną do badań powłok ze stopów o wysokiej zawartości Si i zapewnia wsparcie techniczne dla ochrony powierzchni części metalurgicznych.

Proszek powłokowy składa się z proszku chromu, proszku krzemu, proszku niklu, proszku węgla i proszku żelaza o czystości większej lub równej 99%, a wielkość cząstek proszku po przesianiu wynosi 53 ~ 150 μm. Mieszane proszki zawierające 5% wag., 10% wag. i 15% wag. pierwiastków Si przygotowano przy użyciu precyzyjnej wagi elektronicznej NX-100. Skład wymieszanego proszku przedstawiono w Tabeli 1. Po skonfigurowaniu do wymieszania należy użyć planetarnego młyna kulowego. Prędkość obrotowa wynosiła 200 obr/min, czas 4 godziny, a po wymieszaniu proszku suszono w suszarce próżniowej w temperaturze 100 stopni przez 2 godziny. Powłoki przygotowane proszkiem o różnej zawartości Si nazwano powłokami 5Si, 10Si i 15Si (pokazane w tabeli 2). Matryca wykonana jest z blachy stalowej żaroodpornej 1Cr11Ni2W2MoV (1Cr11Ni).

Tab.1 Skład podłoża ze stali żaroodporneje(% wag.)

Patka.2 Kompozycja FeCrNiCSix proszek(Wt.%)

W sprzęcie do napawania laserowego zastosowano laser światłowodowy TruDisk6{{10}}06, parametry procesu to moc lasera 1600 W, stopień wiązania 50%, średnica plamki 5 mm, prędkość skanowania 600 mm/min i podawanie proszku prędkość 5 obr./min. Po nałożeniu powłoki próbkę wycina się w prostopadłościan o długości boku 10 mm za pomocą urządzenia do cięcia drutem DK7750. Powłokę poleruje się i poleruje papierem ściernym. Korozja trwała około 10 s w roztworze korozyjnym zawierającym 0,7% wag. HF, 43% wag. HNO3, 50% wag. H2O. Mikrostrukturę powłoki obserwowano za pomocą mikroskopu metalograficznego LeicaDM6000M i skaningowego mikroskopu elektronowego z emisją polową FEI-Sirion 200, a skład chemiczny każdej fazy analizowano za pomocą spektrometru dyspersji energii (EDS) skaningowego mikroskopu elektronowego. Analizę fazową XRD przeprowadzono za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego Miniflex600. Tester mikrotwardości MC010-HVS-1000 Vickersa mierzy twardość przekroju powłoki, mierząc 10 punktów, każdy punkt oddalony od siebie o 1,5 mm, i przyjmując średnią. Sprzętem doświadczalnym do badania zużycia w wysokiej temperaturze jest maszyna do badania zużycia MRH-1. Roboczy wykres tarcia i zużycia przedstawiono na rysunku 1. Utratę jakości zużycia mierzy się za pomocą precyzyjnej wagi elektronicznej DJ1002A. Wzór do badania zużycia pocięto na prostopadłościenne bloki o długości, szerokości i wysokości odpowiednio 20 mm, 10 mm i 10 mm, a następnie wypolerowano i wypolerowano papierem ściernym (oczko 600-2000). Po wykryciu za pomocą profilometru topografii 3D średnia chropowatość powierzchni próbek do badania zużycia trzech powłok o różnej zawartości Si wynosi 0,91 μm, a specyficzne parametry badania zużycia w wysokiej temperaturze przedstawiono w tabeli 3.

Tab.3 Parametry zużycie w wysokich temperaturach teul

(1) W powłokach 5Si, 10Si i 15Si przygotowanych metodą napawania laserowego mikrostruktura powłok 5Si jest głównie strukturą dendrytyczną i równoosiową, a skład fazowy składa się głównie z roztworów stałych -Fe i Fe-Cr. Mikrostruktura powłok 10Si i 15Si jest głównie równoosiowa, a skład fazowy składa się głównie z roztworu stałego Fe3Si i Fe-Cr.

(2) Wraz ze wzrostem zawartości pierwiastka Si wzrasta z kolei twardość i szybkość zużycia powłoki, co wynika z faktu, że faza Fe3Si ma pewną kruchość przy dużej twardości, a w procesie zużycia dochodzi do poważnych odprysków, a stopień zużycia powłoki odpowiednio wzrasta.

(3) Powłoka 5Si charakteryzuje się głównie zużyciem adhezyjnym i zużyciem oksydacyjnym, a jej odporność na zużycie w wysokiej temperaturze jest najlepsza, ale jej odporność na utlenianie jest słaba, a jej twardość jest niska. Powłoki 10Si i 15Si charakteryzują się głównie zużyciem ściernym, a szybkość zużycia sukcesywnie wzrasta. W porównaniu z powyższymi trzema, powłoka 10Si jest uznawana za powłokę o najlepszej zawartości Si.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo specjalizujące się w badaniach i rozwoju, produkcji i sprzedaży automatycznej maszyny do napawania laserowego, szybkiej maszyny do napawania laserowego, maszyny do hartowania laserowego, spawarki laserowej i laserowego sprzętu do drukowania 3D. Nasze produkty są tanie i sprzedawane w kraju i za granicą. Jeśli interesują Cię nasze produkty, skontaktuj się z nami pod adresem bob@gshenglaser.com.