Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2019,  том 16,  №3, 387-393

 

Ю.А. Рубанникова1, Ю.Ф. Иванов2,3, Д.А. Романов1, В.Е. Кормышев1

Механические и трибологические свойства борированного слоя, наплавленного на низкоуглеродистую сталь

1Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия
2Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, 634055, Томск, Россия
3Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, 634050, Томск, Россия
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Методами современного физического материаловедения выполнен сравнительный анализ структурно-фазовых состояний и свойств слоев, сформированных на низкоуглеродистой стали Hardox 450 наплавочными проволоками с содержанием бора 4,5 и 6,5 вес. %. В исходном состоянии сталь Hardox 450 имеет структуру отпущенного мартенсита, в объеме и по границам кристаллов которого расположены частицы цементита. Частицы, расположенные в объеме имеют игольчатую форму, а по границам – преимущественно округлую. Дефектная субструктура пластин мартенсита представлена дислокациями. Скалярная плотность дислокаций изменяется в весьма широких пределах – от 3∙109 до 6,5∙1010 см-2. Нагрев стали сопровождается разрушением границ кристаллов мартенсита, что особенно характерно для пакетного мартенсита. Наплавленный на сталь Hardox 450 слой имеет микротвердость более чем в 2 раза превышающий микротвердость основы. Установлено, что наплавленный слой (с концентрацией бора 4,5 %) обладает высокой микротвердостью пределах 10÷12,5 ГПа и высокой  износостойкостью, превышающей износостойкость исходной стали в ≈2 раза; коэффициент трения наплавленного слоя в ≈2,2 раза ниже коэффициента трения стали в исходном состоянии. Микротвердсоть наплавленного слоя (с концентрацией бора 6,5 %) изменяется в пределах 12÷14 ГПа. Износостойкость наплавленного слой (с концентрацией бора 6,5 вес. %) превышает износостойкость исходной стали более чем в 100 раз; коэффициент трения наплавленного слоя в ≈2,0-2,5 раза ниже коэффициента трения стали в исходном состоянии. Выполненные электронно-микроскопические микродифракционные исследования наплавленного слоя выявили формирование эвтектики пластинчатого типа. Включения борида железа бездефектны (т.е. не содержат дислокационной субструктуры), что кардинально отличает их от прилегающих слоев α-фазы.

Ключевые слова: наплавка, борсодержащая проволока, структура, микротвердость, фазовый состав.

УДК 620.170:621.791:927

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2019.03.015


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 16, No.3 (2019) 387-393

 

Yu.A. Rubannikova1, Yu.F. Ivanov2,3, D.A. Romanov1, V.E. Kormyshev1

Mechanical and tribological properties of boron layer welded on low carbon steel

1Siberian State Industrial University, Kirov Str., 42, Novokuznetsk, 654007, Russia
2Institute of High Current Electronics SB RAS, Akademicheskii Pr., 2/3, Tomsk, 634055, Russia
3National Research Tomsk Polytechnic University, Lenin Pr., 30, Tomsk, 634050, Russia

Using the methods of modern physical materials science the comparative analysis of structure-phase states and properties of layers formed on low carbon Hardox 450 steel by surfacing wires with 4.5 and 6.5 wt. % boron concentration is carried out. Hardox 450 steel has the structure of tempered martensite in the volume and along the crystal boundaries of which the cementite particles are located. The particles located in the volume have the needle form and along the boundaries - the rounded form. The defect structure of martensite plates are presented by dislocations. The dislocation scalar density is changing in the wide limits from 3·109 to 6.5·1010 cm-2. The heating of steel is accompanied by fracture of martensite crystals boundaries and it is characteristically for bath martensite. The surfacing layer on Hardox 450 steel has the microhardness exceeding the base microhardness twice as large. It is established that the surfacing layer (4.5 % wt. B) has the high microhardness 10-12.5 GPa and high wear resistance twice exceeding the wear resistance of initial steel; friction coefficient of surfacing layer two times lower than the friction coefficient of initial state. The microhardness of surfacing layer (6.5% wt. B) is changing in the limits 12-14 GPa. The wear resistance of surfacing layer (6.5 % wt. B) exceeds more than 100 times the wear resistance of initial steel; friction coefficient of surfacing layer is ≈ 2.0-2.5 times lower the friction coefficient of initial state steel. The accomplished transmission electron microdiffraction studies of surfacing layer revealed the formation of plate type eutectic. The inclusions of boride iron are defect free (do not contain the dislocation substructure) which fundamentally distinguishes them from adjacent α-phase layers.

Keywords: surfacing, boron containing wire, structure, microhardness, phase composition.