Материалы для газотермического напыления, полученные методом диффузионного легирования из порошков на основе сталей аустенитного класса

The article presents experimental studies of composite powder materials for plasma spraying, obtained by the method of diffusion doping of powder materials based on austenitic steels. It is indicated that the main factors forming the diffusion layer on a powder material are a composition of the required saturating medium, treatment temperature and duration of chemical and thermal exposure. Creation of single-phase diffusion layers is possible only in the case of a minimum level of temperature-time characteristics during heat treatment. This is also facilitated by the use of media with a low concentration of boron and introduction of additives inhibiting saturation process (such as carbon, aluminum, silicon) into a saturating mixture of powder. Structure and composition of powders have been thoroughly investigated with the help of X-ray microanalysis that has made it possible to study location of elements contributing to powder alloying and micro-durametric characteristics. A component of high-boride phase is increasing due to higher degree of powder material alloying. Significant changes in phase composition, as well as the chemical one, are noticeable in diffusion processing of the following alloyed powder materials: РR-Х18N9, РR-Х18N10, РR-Х18N15. Free carbon being displaced by boride into a transition zone creates dispersed complex carbide compounds with chromium. This is confirmed by distribution nature of carbide-forming components in a powder particle. All carbide-forming elements have characteristic concentration peaks-bursts in contrast to non-carbideforming silicon. Silicon is practically not present in the considered FeB phase and it is found only in a very small amount in the studied Fe2B phase; it is pushed aside by high-boride phases to a sublayer. The change in microhardness of the FeB and Fe2B phases under study is associated with dissolution of corresponding alloying elements in them and distortions of a crystal lattice in borides. A similar phenomenon is also characteristic for saturation while using boron or while making chemical and thermal treatment of alloyed steels, it has been noted in a number of studies. The increase in microhardness of a particle nucleus during its boriding is caused by displacement of carbon and alloying elements by growing front of boride phases. A core zone moves with an increased microhardness to a particle core while increasing temperature mode and time of boronization and up to realization of the effect with counter diffusion.Представлены экспериментальные исследования композиционных порошковых материалов для плазменного напыления, полученных способом диффузионного легирования порошковых материалов на основе аустенитных сталей. Выявлено, что главными факторами, формирующими диффузионный слой на порошковом материале, являются состав необходимой насыщающей среды, температура обработки и длительность химико-термического воздействия. Создание однофазных слоев диффузии возможно только в случае минимального уровня температурно-временных характеристик при термической обработке. Этому также способствуют применение сред с небольшой концентрацией бора и введение в насыщающую смесь из порошка добавок, тормозящих процесс насыщения (таких как углерод, алюминий, кремний). С учетом проведенных с помощью микрорентгеноспектрального анализа исследований расположения элементов, способствующих легированию порошка, а также микродюрометрических характеристик подробно рассмотрены строение и состав порошков. С повышением степени легированности порошкового материала составляющая высокобористой фазы возрастает. Значительные изменения фазового состава, так же как и химического, заметны при диффузионной обработке следующих легированных порошковых материалов: ПР-Х18Н9, ПР-Х18Н10, ПР-Х18Н15. Вытесняемый боридами в переходную зону свободный углерод создает с хромом дисперсные комплексные карбидные соединения. Это подтверждается характером распределения карбидообразующих составляющих в порошковой частице. Все карбидообразующие элементы в отличие от некарбидообразующего кремния имеют характерные концентрационные пики-всплески. Кремний практически не присутствует в рассмотренной фазе FeB и обнаруживается лишь в очень незначительном количестве в исследуемой фазе Fe2B; он оттесняется высокобористыми фазами к подслою. Изменение же микротвердости исследуемых фаз FeB и Fe2B связано с растворением соответствующих легирующих элементов в них и искажением кристаллической решетки в боридах. Подобное явление характерно также для насыщения с применением бора или при проведении химико-термической обработки легированных сталей; оно отмечено в ряде исследований. Увеличение микротвердости ядра частицы при ее борировании вызвано оттеснением углерода и легирующих элементов растущим фронтом боридных фаз. При повышении температурного режима и увеличении времени проведения борирования и до реализации эффекта при встречной диффузии происходит перемещение зоны ядра с повышенной микротвердостью к сердцевине частицы

ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВ ИЗ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ МЕТОДОМ ДИФФУЗИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

The paper presents a method for obtaining diffusion alloyed powders on the basis of austenitic steel.Представлен метод получения диффузионно-легированных порошков на основе аустенитных сталей

Классификация методов формообразования и синтез на ее основе схем обработки профильных моментопередающих поверхностей

The paper presents characteristics of the known classifications of surface shaping methods in mechanical engineering during mechanical and physical-technical processing;  according to the  classifications a surface shaping  method is considered as a combination of methods for generating its producing lines – generatrix and guide – provided that the generation rate of the generatrix is higher than the guide. The advantages of constructing a classification and a formalized description of surface shaping methods have been shown in the paper; each of them represents a combination of surface formation methods in cross section and in length, regardless of generation speed for generatrix and guide lines. This increases information content of the description for a shaping method which is important for comparing methods of shaping surfaces and synthesis of schemes for their processing in the functional design of the machine. The paper has revealed the fact that in comparison with the well-known classification of A. A. Fedotenka it is an expedient to introduce methods of bending, intermittent track and intermittent rolling, as well as combined methods combining advantages of their basic methods which expand the synthesis of progressive processing schemes for profile surfaces. The introduction of the methods has been made in many basic methods of generating production lines (copying, following, touching and rolling).  Based on the expanded set of basic methods and the accepted principle of presenting the methods of shaping profile surfaces, their classification has been developed as the basis for systematization and synthesis of known and possible shaping methods. The paper considers examples of rational shaping method synthesis based on the proposed classification and progressive processing schemes for profile moment-transmitting surfaces on the basis of synthesis examples. In particular, the use of an envelope method instead of the applied rolling method has made it possible to simplify significantly a tool design, to increase its versatility and accuracy in formation of moment-transmitting surfaces with a profile in the form of a Relo triangle.Дана характеристика известных классификаций методов формообразования поверхностей в машиностроении при механической и физико-технической обработке, согласно которым метод формообразования поверхности рассматривается как сочетание методов формирования ее производящих линий – образующей и направляющей – при условии, что темп генерации образующей выше, чем направляющей. Показаны преимущества построения классификации и формализованного описания методов формообразования поверхностей; каждый из них представляет сочетание методов формирования поверхности в поперечном сечении и по длине независимо от скорости генерации образующей и направляющей линий. Это повышает информативность описания метода формообразования, что важно для сравнения методов формообразования поверхностей и синтеза схем их обработки при функциональном проектировании станка. Отмечена целесообразность введения, по сравнению с известной классификацией А. А. Федотенка, в множество базовых методов формирования производящих линий (копированием, следом, касанием и обкатом) методов огибания, прерывистого следа и прерывистого обката, а также комбинированных, объединяющих преимущества образующих их базовых методов, что расширяет возможности синтеза прогрессивных схем обработки профильных поверхностей. Исходя из расширенного множества базовых методов и принятого принципа представления методов формообразования профильных поверхностей разработана их классификация как основа систематизации известных и синтеза возможных методов формообразования. Рассмотрены примеры синтеза на базе предложенной классификации рациональных методов формообразования, а на их основе – прогрессивных схем обработки профильных моментопередающих поверхностей. В частности, использование метода огибания вместо применяемого метода обката позволяет существенно упростить конструкцию инструмента, повысить его универсальность и точность формообразования моментопередающих поверхностей с профилем в виде треугольника Рело

АДАПТАЦИЯ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ К КОНТРОЛЮ ИЗДЕЛИЙ С НАПЛАВЛЕННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

The technique of metalware condition estimation is worked out by authors. Questions of its adaptation to the quality assurance of restored and strengthened details and tools with the wearresistant coatings deposited are discussed. Magnetic and durometrie methods of nondestructive control used in order to estimate the exploitation reliability of details with welded coatings. Efficiency of this methods is confirmed.Рассмотрены вопросы адаптации разработанной авторами методики оценки состояния металлоконструкций к контролю качества восстановленных и упрочненных деталей и инструментов с нанесенными на них износостойкими покрытиями. Подтверждена эффективность применения магнитного (по коэрцитивной силе) и дюрометрического методов неразрушающего контроля для оценки надежности эксплуатации изделий с наплавленными покрытиями

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ОКСИДНОЙ КЕРАМИКИ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ ТВЕРДОЙ СМАЗКИ ДЛЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ

The paper describes creation technology of composite material on the basis of oxide ceramics with inclusion of solid lubricant for gas-thermal spraying of wear resistant coatingss described.Рассмотрена технология получения композиционного материала на основе оксидной керамики с включениями твердой смазки для газотермического напыления износостойких покрытий

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ИМПУЛЬСАМИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОКСИДНОЙ КЕРАМИКИ

The purpose of the presented paper is to optimize technological parameters of hardening high-energy processing used for sprayed coatings made of materials based on oxide ceramics with inclusions of solid lubricant. The paper presents results of the investigations on influence of power density and total number of laser irradiation impulses in a spot treatment on thickness of treated coating layers made of materials based on oxide ceramics. The considered wear-resistant coatings require increased cohesive and adhesive strength. Therefore, the total number of impulses should ensure melting and sealing of the coatings along the whole thickness that will fully contribute to obtain hardened nano-crystalline and amorphous structures.The work is based on complex metallography, X-ray diffraction and electron-microscopic investigations on modified structural elements of composite coatings being treated with highly concentrated energy sources. The following main processes of hardened plasma coating formations have been revealed in the paper: com paction of sprayed materials due to thermal and shock-wave impacts of laser irradiation impulses. In this case material porosity is decreasing, cohesive and adhesive strength of coatings is increasing, grain structure is crushed, amorphous and nano-crystalline phases of higher strength are formed all these facts are evidenced by an increase in average micro-hardness of deposited compositions. Duration of thermal laser irradiation impulse impact on the material is sufficient to activate chemical processes in the boundaries of main phases of the composite coating. This leads to formation of finely dispersed (including nanoparticle size) compounds that strengthen boundaries of the main phases and the coating as a whole. This is confirmed by the results of an X-ray diffraction analysis.Целью работы является оптимизация технологических параметров упрочняющей высокоэнергетической обработки напыленных покрытий из материалов на основе оксидной керамики с включениями твердой смазки. Приведены результаты исследования влияния плотности мощности и суммарного количества импульсов лазерного излучения в пятне обработки на толщину обработанных слоев покрытия из материалов на основе оксидной керамики. Для рассматриваемых износостойких покрытий необходимы повышенные когезионная и адгезионная прочности. Поэтому суммарное количество импульсов должно обеспечить оплавление и уплотнение покрытий по всей толщине, что будет в полной мере способствовать получению упрочненных нанокристаллических и аморфных структур.Методика исследования основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях модифицированных структурных элементов композиционных покрытий при их обработке высококонцентрированными источниками энергии. Выявлены следующие основные процессы формирования упрочненных плазменных покрытий: 1) уплотнение напыленных материалов за счет теплового и ударно-волнового воздействий импульсами лазерного излучения. При этом снижается пористость материалов, возрастают когезионная и адгезионная прочности покрытий, измельчается зеренная структура, формируются аморфные и нанокристаллические фазы повышенной прочности, о чем свидетельствует увеличение усредненной микротвердости нанесенных композиций; длительность теплового воздействия импульсом лазерного излучения на материал достаточна для активизации химических процессов на границах основных фаз композиционного покрытия. В результате образуются тонкодисперсные (в том числе наноразмерные) соединения, которые упрочняют границы основных фаз и покрытие в целом. Это подтверждается результатами рентгенофазового анализа

Многослойные композиционные плазменные покрытия на основе оксидной керамики и м-кролей

The paper considers the influence of the parameters of the plasma spraying process on the technological characteristics of multilayer coatings based on nickel-chromium, nickel-chromium-aluminum-yttrium materials, oxide ceramics,  intended for operation at high temperature and additional dynamic loads. The design of plasma coatings during their application (with subsequent high-energy processing) under such conditions requires a comprehensive solution – both the use  of high-quality powder ingredients and the optimization of technological parameters. The plasma process of applying powder materials has been improved to obtain the maximum values of their utilization factors. The technological characteristics that affect the properties of plasma coatings are optimized, namely: the flow rates of the plasma-forming and materials-transporting gases, the flow rate of  supplied powder materials, the current and voltage of the electric arc of the plasma torch, the distance from the plasma torch nozzle exit to the substrate. The paper presents the results of studies of the structure  of coatings, performed using scanning electron microscopy. Their analysis has made it possible to form general regularities obtained by the action of radiation of compression plasma flows on coatings formed by air plasma. The considered structures are created using the processes of melting, compaction and high-speed cooling of plasma coatings. The main optimization indicators are the maximum local compaction and spillage of the obtained compositions with the absence of defects and  destruction from the impact of compression plasma flows. The main effect during the action of radiation of a compression plasma flow on previously formed coatings is thermal. It contributes heating of the near-surface layer. When the coating  is exposed to radiation of compression plasma flows, a remelted layer of oxides with a thickness of about 12–15 µm is created, smoothing the relief of the formed surface and creating a network of cracks on the surface, diverging into the depth of the coating. The liquid-phase processes occurring in the molten phase of the near-surface layers after exposure to compression plasma radiation change the structure of the layers and contribute to the modification of their mechanical properties.  By smoothing the surface, increasing the density of the surface crystallized layer and  minimizing macro-defects – pores  or macrocracks – the mechanical characteristics of the coatings increase.Рассмотрено влияние параметров процесса плазменного напыления на технологические характеристики многослойных покрытий на базе материалов никель-хром и никель-хром-алюминий-иттрий, оксидной керамики, предназначенных для эксплуатации при высоких температурных и дополнительных динамических нагрузках. Конструирование плазменных покрытий при их нанесении (с последующей высокоэнергетической обработкой) в таких условиях требует комплексного решения – как применения качественных порошковых ингредиентов, так и оптимизации технологических параметров. Усовершенствован плазменный процесс нанесения порошковых материалов для получения максимальных значений их коэффициентов использования. Оптимизированы технологические характеристики, оказывающие влияние на свойства плазменных покрытий, а именно: величины расходов плазмообразующего и транспортирующего материалы газов, расход подаваемых порошковых материалов, ток и напряжение электрической дуги плазменной горелки, расстояние  от среза сопла плазмотрона до подложки. В статье приведены результаты исследований структуры покрытий, выполненных с применением растровой электронной микроскопии. Их анализ позволил сформировать общие закономерности, получаемые при воздействии излучения компрессионных плазменных потоков на сформированные воздушной плазмой покрытия. Рассмотренные структуры созданы при помощи процессов плавления, уплотнения и высокоскоростного охлаждения плазменных покрытий. Основные показатели оптимизации – максимальное локальное уплотнение и проплавление полученных композиций с отсутствием дефектов и разрушений от воздействия потоков компрессионной плазмы. Главный эффект при воздействии излучения компрессионного плазменного потока на ранее сформированные покрытия – тепловой.  Он способствует нагреву приповерхностного слоя. При действии на покрытия излучения компрессионных плазменных потоков создается переплавленный слой оксидов толщиной порядка 12–15 мкм, сглаживающий рельеф сформированной поверхности и создающий на поверхности сетку трещин, расходящихся в глубину покрытия. Происходящие в расплавленной фазе приповерхностных слоев жидкофазные процессы после воздействия излучения компрессионной плазмы изменяют структуру слоев и способствуют модификации их механических свойств. Благодаря сглаживанию поверхности, увеличению плотности поверхностного закристаллизованного слоя и минимизации макродефектов – пор или макротрещин – повышаются механические характеристики покрытий

ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОРОШКА НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА И ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ БИОКЕРАМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Researches of powder production process are carried out on base HA + ZrO2 and adapted technological characteristics of plasma bioceramic coatings on the basis of this materials.Проведены исследования процесса получения порошка на основе ГА + ZrO2 и оптимизированы технологические параметры напыления плазменных биокерамических покрытий на их основе

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ МОДИФИКАЦИИ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИМПУЛЬСНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКОЙ

The paper contains information on the investigated processes and optimized technological parameters  of  highly-energy  machining of plasma  coatings  made  of  cladding  composite  powders obtained as a result of self-spreading high-temperature synthesis. Metallographic analysis has been carried out and coating properties machined at optimum regimes have been investigated in the paperИсследованы процессы и оптимизированы технологические параметры высокоэнергетической обработки плазменных покрытий из плакированных композиционных СВС-порошков. Проведен металлографический анализ, изучены свойства покрытий, обработанных на оптимальных режимах

ОСОБЕННОСТИ ДЕГРАДАЦИИ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЧНОГО И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОСЛЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

The paper presents results of investigations on structure and mechanical properties of technological equipment elements made of heat-resistant steels. A scale of chrome and molybdenum steel microstructure degradation based on evaluation of  coagulated carbide size and material mechanical properties (a point from 0-operation without time limits, up to 4-operation prohibition) has been proposed in the paper. It has been  established that an analysis of  steel microstructure directly on equipment elements by means of a portable microscope is an efficient express method for evaluation of equipment condition and structures due to control of material structure degradation rate of a diagnosed object.Представлены результаты исследований структуры и механических свойств элементов технологического оборудования, изготовленных из теплоустойчивых сталей. Предложена шкала деградации микроструктуры хромомолибденовых сталей, основанная на оценке размера коагулированных карбидов и механических свойствах материала (балл от 0 – эксплуатация без ограничений по времени, до 4 – запрещение эксплуатации). Установлено, что анализ микроструктуры сталей непосредственно на элементах оборудования с помощью переносного микроскопа является эффективным экспресс-методом оценки состояния оборудования и конструкций за счет контроля степени деградации структуры материала диагностируемого объекта.