CC BY
173
УДК 621.791.92.042 Д. Е. ЕРЕМИН
Е. Н. ЕРЕМИН Ю. О. ФИЛИППОВ Д. Е. МДТДЛДСОВД В. С. КДЦ
Омский государственный технический университет
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ВЫСОКОХРОМИСТОГО МЕТАЛЛА ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ, НАПЛАВЛЕННОГО СЕРИЙНО ВЫПУСКАЕМЫМИ СВАРОЧНЫМИ ПРОВОЛОКАМИ__________________________________________
Исследованы структура и свойства металла, наплавленного высокохромистыми серийными проволоками. Отдано предпочтение проволоке Св-20Х13, показавшей наилучшие результаты испытаний. Рекомендована технология восстановления уплотнительных поверхностей запорной арматуры.
Ключевые слова: запорная арматура, наплавка уплотнительных поверхностей, высоколегированная проволока, твердость, структура.
Проблема повышения межремонтного ресурса работы уплотнительных поверхностей запорной арматуры становится особенно актуальной, поскольку выход ее из строя существенно влияет на работоспособность и безопасную эксплуатацию трубопроводов в целом [1]. Контактные поверхности запорной арматуры эксплуатируются в агрессивных средах и в условиях абразивного износа [2]. В связи с этим появляется необходимость восстановления изнашивающихся деталей и узлов арматуры наплавкой износо- и коррозионностойкими материалами [3]. Наиболее широко применяемыми устройствами запорной арматуры являются задвижки. Основными, наиболее изнашиваемыми, деталями задвижки являются контактные элементы — клин и корпус [1]. Именно они определяют ресурс работы всего устройства.
Универсальность дуговой наплавки в среде защитных газов позволяет получать большое разнообразие поверхностных износостойких слоев, определяемых составом электродной проволоки [4]. Применение импортных проволок, например, проволоки Casto-lin Eutectic D0-04, обеспечивает высокое качество получаемого наплавленного металла. Но стоимость этих материалов резко увеличивает затраты на восстановительный ремонт. Поэтому встает вопрос о замене импортных сварочных материалов на отечественные — стандартные, недорогие и серийно выпускающиеся [5].
В соответствии с условиями работы наплавленный металл уплотнительных поверхностей задвижек должен иметь твердость не менее 40 HRC и обладать достаточной коррозионной стойкостью. Задачей исследований было выбрать для наплавки серийно выпускающуюся отечественную высоколегированную проволоку. Из выпускающихся по ГОСТ 2246-70
и ТУ 14 1 997 74 проволок вышеназванным условиям, возможно, удовлетворяют три: Св 20Х13, Св 13Х25Т и Св 11Х11Н2В2МФ. Эти проволоки и были выбраны для проведения исследований. Химический состав выбранных проволок приведен в табл. 1.
Автоматическая наплавка осуществлялась на автомате АДГ-602 с источником питания ВДУ-601. Ток постоянный обратной полярности. В качестве защитной среды использован аргон.
Для выбранных марок проволок диаметром 1,6 мм был подобран следующий режим наплавки: сила тока — 300 А; напряжение — 24 В; скорости сварки и подачи проволоки 25 и 250 м/ч соответственно, вылет электрода 12 мм. Расход аргона 10—12 л/мин. Наплавка производилась в один слой. Такой режим обеспечивал стабильность горения дуги и качественное формирование валика высотой 4 — 5 мм и шириной 9—10 мм. На этом режиме были наплавлены образцы из стали 20 размером 50x200x10 мм.
После наплавки образцы разрезались вулканитом на темплеты, которые затем проходили фрезеровку и шлифовку. На части подготовленных таким образом темплетов исследовалось распределение твердости по высоте наплавленного валика. Другая часть темплетов прошла металлографические исследования и химический анализ. Результаты распределения твердости приведены в табл. 2. Химический состав наплавленного металла приведен в табл. 3.
Результаты распределения твердости в основном металле ( — ) и наплавленном металле (+) приведены на рис. 1.
Анализируя полученные данные можно отметить, что угар легирующих элементов незначителен. Отличие химического состава наплавленного металла от химического состава проволок составляет около 10 %.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014
Химический состав выбранных сварочных проволок
Марка проволоки Химический состав
С Бі Мп Сг № Ті проч.
Св-20Х13 0,16 0,6 0,6 13 0,15
Св-13Х25Т 0,15 0,8 0,8 24 0,2 0,4
Св-11Х11Н2В2МФ 0,13 0,5 0,65 12 1,5 1,8 Мо-0,5 У-0,2
Таблица 2
Распределение твердости (ИКС) по высоте валиков, наплавленных выбранными проволоками в аргоне
Марка проволоки Расстояние от линии сплавления, мм
— 6 -5 -4 -3 -2 - 1 0 1 2 3 4
Св-20Х13 7 7 22 29 38 39 40 40 41 41 42
Св-13Х25Т 6 7 13 19 20 19 18 17 17 18 -
Св-11Х11Н2В2МФ 6 6 28 34 39 41 42 42 43 43 -
Таблица 3
Химический состав (в %) металла шва, наплавленного в аргоне выбранными проволоками
С Бі Мп Сг № Ті Мо V Б Р
проволокой Св-20Х13
0,15 0,58 0,56 12,48 0,12 - - - 0,020 0,023
проволокой Св- 13Х25Т
0,14 0,74 0,71 23,49 0,18 - 0,31 - 0,019 0,015
проволокой Св-11Х11Н2В2МФ
0,12 0,48 0,57 11,35 1,64 1,6 - 0,42 0,16 0,032 0,021
мм
Св-20Х13 - - -Св-13Х25Т — - Св-11Х11Н2В2МФ
Рис. 1. Зависимость величины твердости от расстояния от линии сплавления (0) при наплавке различными проволоками
Твердость практически одинаково распределяется по высоте наплавленного валика, что, по-види -мому, связано с неизменностью структуры наплавленного слоя вследствие малой доли участия основного металла. Причем значения твёрдости для проволок Св-20Х13 и Св-11Х11Н2В2МФ стабильны и находятся в пределах 40 — 43 ИЯС, что вполне удовлетворяет требованиям к твердости наплавленного металла уплотнительных поверхностей. Твердость
металла, наплавленного проволокой Св-13Х25Т, значительно ниже и не соответствует предъявляемым требованиям.
Металлографические исследования показывают, что такой металл имеет ферритную структуру с вытянутыми зернами типа «Видманштетовой» (рис. 2,1а). Вдоль линии сплавления идет прослойка (рис. 2,1б), контрастирующая как с наплавленным, так и с основным металлом, структура которого — зернистый
III
а) Х200 б) х50
Рис. 2. Микроструктуры наплавленного металла проволоками Св-13Х25Т (I), Св-11Х11Н2В2МФ (II) и Св-20Х13 (III): а — шов; б — переходная зона
перлит. Наличие такой прослойки нежелательно, поскольку она способствует образованию трещин в переходном слое. Металл, наплавленный проволокой Св-11Х11Н2В2МФ, имеет перлитно-мартенсит-ную структуру (рис. 2, II), а проволокой Св-20Х13 — мартенситную (рис. 2, III). Прослойка между наплавленным металлом и основным металлом практически отсутствует, что существенно снижает вероятность появления трещин в зоне сплавления.
Наиболее стабильные показатели твердости — 40 — 42 НЯС и структуры имеют место при использовании проволоки Св-20Х13.
Поскольку результаты анализов не показывают существенных изменений в химическом составе и структуре наплавленного металла, то можно остановиться на последней марке проволоки, учитывая также и её наименьшую стоимость. Результаты производственных испытаний показали, что ресурс работы запорной арматуры, наплавленной проволокой Св-20Х13, по сравнению со штатной повышается в 3 — 4 раза.
Проведенные исследования позволили рекомендовать технологию восстановления контактных элемен-
тов задвижек данной проволокой в ремонтные производства предприятий.
Библиографический список
1. Гошко, А. И. Арматура трубопроводная целевого назначения. Выбор. Эксплуатация. Ремонт / А. И. Гошко. — М. : Машиностроение, 2003. — 432 с.
2. Севастьянихин, Г. И. Задвижки: конструкции, новые разработки. Выбор в зависимости от условий и параметров эксплуатации / Г. И. Севастьянихин // Наука и конструирование. - 2006. - № 6. - С. 41-43.
3. Восстановление деталей машин : справ. / Ф. И. Пантеле-енко [ и др.] / Под ред. В. П. Иванова. - М. : Машиностроение, 2003. - 672 с.
4. Еремин, Е. Н. Износостойкая наплавка ножей горячей резки металлопроката / Е. Н. Еремин, Ю. О. Филиппов, Д. Г. Покровский, А. С. Лосев, А. Е. Еремин // Заготовительные производства в машиностроении. - 2008. - № 4. - С. 17-19.
5. Современные наплавочные материалы для уплотнительных поверхностей арматуры АЭС и ТЭС / В. С. Степин [и др.] // Арматуростроение. - 2006. - № 2. - С. 55-56.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014
ЕРЕМИН Андрей Евгеньевич, аспирант кафедры «Машиностроение и материаловедение».
ЕРЕМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Машиностроение и материаловедение», декан машиностроительного института.
ФИЛИППОВ Юрий Олегович, доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение».
МАТАЛАСОВА Арина Евгеньевна, студентка группы С-113 машиностроительного института.
КАЦ Виктор Семёнович, доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение».
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 16.12.2013 г.
© А. Е. Еремин, Е. Н. Еремин, Ю. О. Филиппов,
А. Е. Маталасова, В. С. Кац
УДК 621.74.042:669.187.56
Е. Н. ЕРЕМИН Ю. О. ФИЛИППОВ А. Е. ЕРЕМИН Г. Н. МИННЕХАНОВ
Омский государственный технический университет ООО «Сиблитпром», г. Омск
ИЗМЕНЕНИЯ
УПРОЧНЯЮЩЕЙ Г-ФАЗЫ В ЖАРОПРОЧНОМ СПЛАВЕ ПРИ ЕГО МОДИФИЦИРОВАНИИ
Изучено влияние комплексного модифицирования на жаропрочность сплава типа ЖС. Показано, что при модифицировании улучшается морфология и топография упрочняющей у'-фазы, снижается диффузионная проницаемость границ зерен, что повышает структурную стабильности и длительную прочность сплава.
Ключевые слова: жаропрочный никелевый сплав, модифицирование, свойства, структура, морфология и топография, упрочняющие фазы
Жаропрочные никелевые сплавы широко используются для изготовления литых деталей ответственного назначения газотурбинных двигателей, некоторых видов протяжек, штампов горячей штамповки и других изделий, работающих при высоких температурах. Для повышения их эксплуатационных характеристик применяют модифицирование литого металла дисперсными тугоплавкими частицами [ 1 — 4]. В то же время влияние инокулирующего модифицирования на процессы, определяющие жаропрочность сложнолегированных никелевых сплавов типа ЖС, изучено недостаточно.
В связи с этим было проведено исследование влияния модифицирования инокуляторами в комплексе с активирующими добавками на структурные и кинетические факторы, определяющие жаропрочность сплава типа ЖС. В качестве инокуляторов использовали ультрадисперсные частицы карбонитрида титана. Исследовали взаимосвязь между структурными параметрами и жаропрочностью сплава. Просмотр макрошлифов образцов после испытаний на жаропрочность (рис. 1) показал, что разрушение всех образцов имеет межзеренный характер. В образцах из немодифицированного сплава разрушение происходит в зоне направленной кристаллизации по границам дендритов (рис. 1а). Жаропрочность таких образцов не превышает 28 ч. В модифицированных образцах, показавших наибольшую жаропрочность
б
Рис. 1. Структура образцов после длительных испытаний (х1): а — немодифицированный сплав; б — модифицированный сплав
(до 100 ч), структура была очень дисперсна (рис. 1б), что подтверждает выводы ряда авторов о положительном влиянии измельчения зерна на жаропрочность [2, 4 — 6].
Вопрос о влиянии размера зерна на уровень жаропрочности многократно обсуждался, но продолжает оставаться дискуссионным. С увеличением количества модификатора макрозерно измельчается, увеличивается общая протяженность границ зерен, сни-
а
