Износостойкие покрытия на Ni основе для высокотемпературных применений в металлургии

Износостойкие покрытия на Ni основе для высокотемпературных применений в металлургии

А.В. Макаров1, Ю.С. Коробов1, Н.Н. Соболева2, А.Б. Котельников3, А.А. Вопнерук3, Н.В. Лежнин1, Ю.В. Худорожкова2

1Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, Екатеринбург
2Институт машиноведения УрО РАН, Екатеринбург
3ЗАО НПП «Машпром», Екатеринбург

 

Установлен и научно обоснован новый эффект формирования в NiCrBSi лазерном покрытии термически стабильных износостойких структур каркасного типа с крупными карбидами и боридами хрома в результате высокотемпературного (1000 – 1050°С) отжига (рисунок). Стабилизирующий отжиг обеспечивает рост износостойкости покрытия в условиях сильного фрикционного нагрева. Выявлена превалирующая роль упрочняющих фаз (по сравнению с ролью металлической матрицы) в сопротивлении NiCrBSi покрытий абразивному изнашиванию и наибольшая эффективность применения композиционных покрытий с крупными карбидами титана и вольфрама. Разработана оригинальная методика испытаний покрытий на кавитационную стойкость. Показаны важные преимущества лазерной наплавки при нанесении Ni-покрытий на медные сплавы.  

 

 

Рис. 1. На рисунке показано повышение микротвердости и износостойкости после нагрева до 900°С наплавленного лазером NiCrBSi покрытия проведением высокотемпературного отжига, формирующего термически стабильные структуры каркасного типа с крупными карбидами и боридами хрома. 

 

Область применения: На основе разработок организовано производство стенок с покрытиями для кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок. Испытания на металлургических комбинатах России (НТМЗ, НЛМК, ММК, Северсталь, ВМЗ, Мечел, Уральская сталь) показали рост ресурса стенок в 3…12 раз относительно зарубежных аналогов. Эффективность применения к началу 2019 года превысила 7.3 млрд руб.

 

  1. Wear-resistant nickel-based laser clad coatings for high-temperature applications / A.V. Makarov, Yu.S. Korobov, N.N. Soboleva et al. // Letters-on-Materials. – 2019. – V. 9. – № 4. – P. 470–474.
  2. Improving the properties of a rapidly crystallized NiCrBSi laser clad coating with high-temperature processing / A.V. Makarov, N.N. Soboleva, I.Yu. Malygina, E.V. Kharanzhevskiy // Journal of Crystal Growth. – 2019. – V. 525. – P. 125200.
  3. The Effect of Thickness on the Properties of Laser-Deposited NiBSi-WC Coating on a Cu-Cr-Zr Substrate / Yu. Korobov, Yu. Khudorozhkova, H. Hillig et al. // Photonics. – 2019. – V. 6(127). – P. 1–10.
  4. Положительное решение от 24.10.2019 по заявке на изобретение № 2018130210 от 20.08.2018, РФ. Установка для испытания на кавитационную эрозию / В.И. Шумяков, Ю.С. Коробов, Х.Л. Алван, Н.В. Лежнин, А.В. Макаров, М.С. Девятьяров.
  5. Новые материалы и технологии существенного повышения износостойкости рабочей поверхности металлургического оборудования / А.Б. Котельников, А.А. Вопнерук, А.В. Макаров, Ю.С. Коробов, А.А. Киричков, А.И. Дагман, И.Н. Шифрин // Тяжелое машиностроение. – 2018. – № 9. – С. 14–20.
  6. Role of the strengthening phases in abrasive wear resistance of laser-clad NiCrBSi coatings / A.V. Makarov, N.N. Soboleva, I.Yu. Malygina // Journal of Friction and Wear. – 2017. – V. 38. – № 4. – P. 272–278.

 

Научно-популярное эссе