Разработка порошковой проволоки для наплавки износостойких покрытий на уплотнительные поверхности запорной трубопроводной арматуры

Объект исследования: металл покрытий, наплавленных порошковыми проволоками, легированными боридными соединениями. Цель: исследовать влияние карбидно-боридно-нитридно-интерметаллидного упрочнения и режимов термической обработки на микротвердость, микроструктуру и фазовый состав металла покрытий, наплавленных порошковыми проволоками, легированными боридными соединениями составов: 15% Cr + 2% B₄C; 15% Cr + 0,5% BN + 1,25% TiB₂ + 0,5% ZrB₂; 15% Cr + 0,5% B₄C + 0,5% BN + 2,5% TiB₂ + 1% ZrB₂. Для сравнения исследовали сталь без боридов. Установлено, что порошковые проволоки с боридными соединениями в исследуемых соотношениях и концентрациях обеспечивают структурные параметры, характеризующие микротвердость составляющих объектов покрытия, значения которых для матрицы, эвтектики и упрочняющих фаз после наплавки находятся соответственно в пределах 521 - 656 HV, 764 - 978 HV и 1128 - 1342 HV, после отпуска соответственно - 357 - 420 HV, 486 - 754 HV, 783 - 1144 HV и после закалки соответственно - 558 - 784 HV, 756 - 971 HV, 1015 - 1105 HV. Фазовые превращения в металле покрытий, полученных наплавкой высокохромистыми порошковыми проволоками, легированными боридными соединениями, обусловлены появлением эвтектической составляющей на базе боридов хрома и железа (Fe, Cr)₂B, имеющих каркасное строение, частиц карбоборидов (Fe, Cr)₇(С, B)₃, высокопрочных нитридов ε-(Fe, Cr)₂-3N и большого количества дисперсных частиц нитридов и карбидов титана и меньшей части нитридов циркония размером от 0,2 до 3,4 мкм. Оптимальными режимами термической обработки металла покрытий, полученных наплавкой высокохромистыми порошковыми проволоками с комплексами боридных соединений (B₄C, BN, TiB₂, ZrB₂), являются отпуск при температуре 800°С с выдержкой 2 ч и последующая закалка с температуры 1020°С. Отпуск при такой температуре обеспечивает твердость металла покрытий в зависимости от их состава в пределах 27 - 40 HRC, что позволяет обрабатывать его без каких-либо затруднений. Последующая закалка обеспечивает повышение твердости металла таких покрытий до значений в 52 - 62 HRC, что даже превышает твердость металла после наплавки. Суть упрочнения металла, наплавленного высокохромистыми порошковыми проволоками, легированными боридными соединениями, заключается в образовании сложной композиционной структуры с железо-хромистой мартенситной матрицей, большим количеством эвтектики и частиц карбидо-нитридно-боридных комплексов, что приводит к существенному повышению твердости нанесенных покрытий.