Vol. 49 (2013), Issue 5, p. 45-49

Abrasive Wear Research of Steel Surfaces Strenghtened by Vibroarc Carbonization/Layering

Jankauskas V., Skirkus R.

Abstract

УДК 621.791.92 + 620.186

 

Friction and wear losses can be reduced by arc welding, tempering and other methods. One of these technologies is vibro-arc surface processing. By using this technology surface can be carbonized through the formation of extra layers with supplementary materials. The present work is an investigation of an opportunity to increase abrasive wear resistance of steel surfaces by carbonizing them by vibro-arc (80 and 120 A current) layering with a graphite electrode and by dip-transfer surfacing welded through layers that create paste-like coatings that consist of materials increasing resistance to wear. The investigations have been performed according to the standards of ASTM G65-94 – Dry Sand Rubber Wheel Abrasion Test, and ASTM G132 – Standard Test Method for Pin Abrasion Testing. Studies have shown that through surface carbonization layers are produced with a higher wear resistance than surfaces formed with the wear resistant powder PG-10N-01. When using carbonization, the wear resistance of steel surfaces increases by forming austenite synthetic (Fe0,94C0,06), cementite (Fe3C), iron oxide (Fe3,71O4) structures. Even with the wear resistance increased up to 39–41%, the carbonization creates just thin layers of 0.1–0.15 mm. Surface welding with current pulses by using additional materials generates high temperature gradients. This deteriorates coating quality resulting in uneven thickness, formed cracks, voids. The formation of austenite synthetic (Fe0,94C0,06), cementite (Fe3C), chromium nickel (Cr2Ni3), chromium iron carbide (Cr21,34Fe1,66C6), carbon iron (C0,09Fe1,91) structures in a layer increases hardness (average 6145–6310MPa). Although the strengthened layer is much harder than steel Hardox 400, under abrasive wear conditions it has only 20–23% less wear resistance than Hardox 400. Due to surface defects, significant increases in hardness have almost no influence on the wear resistance. Surface quality is increased by welding at a lower current. Because just a thin layer is formed, the carbonization process is not an efficient technology to increase the abrasive wear resistance.

 

Keywords: vibroarc surface processing, carbonization and surface processing by welding, abrasive wear.

 

 

Для уменьшения величины трения и износа трущихся деталей применяются новые материалы, смазки, наплавки; используются также металлизация, гальваническое покрытие, термическая обработка. В данной работе рассматриваются возможности увеличения стойкости деталей к абразивному изнашиванию путем упрочнения/нанесения покрытий вибродуговой наплавкой графитовым электродом. Вибродуговым науглероживанием графитовым электродом и наплавкой покрытий через порошковые (пастообразные) слои было произведено упрочнение поверхностей образцов. Обработка поверхностей проведена токами величиной 80 и 120 ампер. Исследования сопротивления абразивному изнашиванию выполнены согласно требованиям стандартов ASTM G65-94 и ASTM G132-96 (2007). Полученные результаты свидетельствуют о том, что науглероженные графитовым электродом слои являются более стойкими к абразивному изнашиванию, чем исходная сталь Hardox 400 и чем слои, наплавленные через пастообразное покрытие на основе порошка ПГ-10Н-01. Науглероживание малоуглеродистой стали Hardox 400 графитовым электродом увеличивает количество углерода до 2,8–6,9% и формирует аустенитную (Fe0,94C0,06) и цементитную (Fe3C) поверхностные структуры, а также оксидирует поверхность (Fe3,71O4). Это снижает абразивный износ до 39–41%, но науглероживанием формируются слои толщиной 0,1–0,15 мм. Наплавка импульсной дугой поверхностей образцов через слои дополнительных материалов создает импульсное воздействие на наплавляемый материал, разрушает слой, вследствие чего формируются слои неравномерной толщины с трещинами, порами, кратерами. Композиционное покрытие на основе порошка ПГ-10Н-01 формирует аустенитную (Fe0,94C0,06), цементитную (Fe3C), хромникелевую (Cr2Ni3) структуры, карбиды хрома-железа (Cr21,34Fe1,66C6), карбиды железа (C0,09Fe1,91), которые обеспечивают твердость покрытия в интервале 6145–6310 MPa. Хотя твердость покрытий существенно выше твердости стали Hardox 400, в условиях абразивного изнашивания покрытие имеет износ только на 20–23% меньше износа Hardox 400. Причиной такой незначительной разницы является большая дефектность покрытий. Качество покрытия снижает и наплавка большими импульсными токами. Наиболее целесообразным применением упрочненных науглероживанием слоев являются сопряжения, допустимый износ которых не более толщины упрочненных слоев, а вероятность попадания абразивных частиц в сопряжения мала.

 

Kлючевые слова: вибродуговая обработка поверхностей, науглероживание и наплавка поверхностей, абразивный износ.

 

 

Download full-text PDF. 2066 downloads

Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.