Наукові основи формування зносоударотривких покриттів системи «високомарганцева сталь – тугоплавкі сполуки» електродуговим наплавленням

Abstract

Дисертація присвячена теоретичному та експериментальному розробленню зносоударотривких сплавів системи «високомарганцева сталь – тугоплавкі сполуки» межах систем легування Fe-Mn-Nb-Ti-Mo-V-Si-C та Fe-Mn-Mo-B-С, які призначені для електродугового наплавлення із використанням порошкових електродних матеріалів (у вигляді стрічок та електродів для електродугового механізованого та ручного наплавлення, відповідно). Особливістю даних матеріалів є забезпечення у поверхневих шарах поєднання дисперсійного та деформаційного зміцнення, яке забезпечується матрично-армованою структурою поверхневого шару, де роль матриці виконує марганцевий аустеніт, що зміцнюється за динамічних та високих питомих навантажень за механізмом мікродвійникування, а роль армівних фаз тверді розчини на основі тугоплавких карбідів системи Nb-Ti-Mo-V-C (просторова група Fm3m) та потрійних боридів Mo2(Fe,Mn)B2. Розроблено та захищено патентами України (№ 119278, № 122253, № 122254, № 139773, №126751, №125009) засоби та методики призначені для порівняльної оцінки зносотривкості наплавлених покриттів за умов зношування по вільному абразиву, ударно-абразивного та газоабразивного зношування, а також шляхом склерометричних досліджень. Розроблено технологію виготовлення електродних матеріалів для електродугового наплавлення у вигляді порошкових стрічок, основними компонентами яких є тугоплавкі карбіди (TiC, NbC, VC та Mo2C), порошки чистих металів (Mo, Ti, Mn та ін.), карбід бору, графіт, феромарганець, феросилікомарганець, а також компоненти які забезпечують стабільність горіння дуги (фтористий кальцій) та її захист (рутил). Проведено експериментальні дослідження марганцевого аустеніту із використанням мессбаурівської спектроскопії та рентгенівського фазового аналізу та, на основі цього, розроблено модель його кристалічної структури у вигляді надгратки із антиферомагнітним упорядкуванням, яка відповідає формульному складу C1Fe24Mn8 та дозволяє проводити розрахунки термодинамічних та механічних властивостей із високою відповідністю до експериментальних даних. The dissertation is devoted to the theoretical and experimental development of wearresistant alloys of the «high-manganese steel – refractory compounds» system within the alloying systems Fe-Mn-Nb-Ti-Mo-V-Si-C and Fe-Mn-Mo-B-C, intended for arc hardfacing using powder electrode materials (in the form of wires and electrodes for arc automatized and manual welding, respectively). A distinctive feature of these materials is the provision of a combination of dispersion and deformation strengthening in the surface layers, which is achieved by its matrix-reinforced structure, where manganese austenite serves as the matrix, strengthened under dynamic and high specific loads by the mechanism of microtwinning, and refractory solid solution phases based on carbides of the Nb-Ti-Mo-10 V-C system (space group Fm-3m) and ternary borides Mo2(Fe,Mn)B2 serve as reinforcing phases. Devices and methodologies have been developed and patented in Ukraine (Nos. 119278, 122253, 122254, 139773, 126751, 125009) for the comparative assessment of the wear resistance of deposited coatings under conditions of wear by non-fixed abrasive, impact-abrasion, and gas-abrasion wear, as well as through sclerometric studies. A technology has been developed for the production of electrode materials for arc welding in the form of powder wires, the main components of which are refractory carbides (TiC, NbC, VC, and Mo2C), powders of pure metals (Mo, Ti, Mn, etc.), boron carbide, graphite, ferromanganese, ferrosilicomanganese, as well as components providing arc stability (calcium fluoride) and its protection (rutile). Experimental studies of manganese austenite were conducted using Mössbauer spectroscopy and X-ray phase analysis. Based on this, a model of its crystal structure was developed in the form of a supercell with antiferromagnetic ordering, corresponding to the formula C1Fe24Mn8. This model allows to calculate of thermodynamic and mechanical properties with high correspondence to experimental data.