Hardfacing of mild steel with wear-resistant Ni-based powders containing WC particles using PPTAW technology
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Abstrakt
W niniejszym opracowaniu badano zastosowanie spawania łukowego z transferem plazmy proszkowej (PPTAW) jako technologii osadzania warstw powierzchniowych w celu wytworzenia twardych powłok poprawiających odporność na ścieranie niestopowej stali konstrukcyjnej. Twarde warstwy/powłoki zostały przygotowane w procesie PPTAW przy użyciu dwóch różnych proszków trudnościeralnych: PG 6503 (NiSiB+60% WC) oraz PE 8214 (NiCrSiB+45% WC). Zmieniając parametry procesu PPTAW: natężenie przepływu gazu plazmowego (PGFR) oraz natężenie prądu łuku plazmowego, otrzymano warstwy utwardzone. Przeprowadzono badania mikroskopowe w celu uzyskania informacji o mikrostrukturze i charakterystyce powierzchni przygotowanych warstw. Przeprowadzono badania penetracyjne w celu określenia liczby i głębokości miejsc pęknięć w przygotowanych próbkach poprzez oględziny. Przeprowadzono również badania twardości w celu określenia mikrotwardości przygotowanych materiałów. Przeprowadzono badania odporności na zużycie ścierne każdej z przygotowanych próbek w celu określenia ich względnej odporności na zużycie ścierne w stosunku do materiału odniesienia - stali odpornej na ścieranie obrabianej cieplnie o twardości nominalnej 400 HBW. Omówiono wpływ zmian PGFR i prądu łuku plazmowego na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne powłok oraz mechanizmy zużycia.
Pobrania
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.
Creative Commons CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Artykuły czasopisma Welding Technology Review (Przegląd Spawalnictwa) publikowane są w otwartym dostępie na licencji CC BY (licencja Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe). Licencja CC BY jest najbardziej otwartą dostępną licencją i uważaną za „złoty standard” w formule otwartego dostępu; jest również preferowany przez wielu fundatorów badań. Licencja ta umożliwia czytelnikom kopiowanie i redystrybucję materiału na dowolnym nośniku i w dowolnym formacie, a także zmienianie, przekształcanie lub budowanie na nim materiału, w tym do użytku komercyjnego, pod warunkiem wskazania oryginalnego autora.
Bibliografia
Fotovvati, B.; Namdari, N.; Dehghanghadikolaei, A. On coating techniques for surface protection: A review. J. Manuf. Mater. Process. 2019, 3, 28, doi:10.3390/jmmp3010028.
Ashby, M.F.; Jones, D.R.H. Engineering materials 1: an introduction to properties, applications and design; Elsevier, 2012; Vol. 1; ISBN 0080966659.
Kern, W.; Schuegraf, K.K. Deposition technologies and applications: Introduction and overview. In Handbook of Thin Film Deposition Processes and Techniques; Elsevier, 2001; pp.1143.
Branagan, D.J.; Marshall, M.C.; Meacham, B.E. High toughness high hardness iron based PTAW weld materials. Mater. Sci. Eng. A 2006, 428, 116123, doi:10.1016/j.msea.2006.04.089.
Veinthal, R.; Sergejev, F.; Zikin, A.; Tarbe, R.; Hornung, J. Abrasive impact wear and surface fatigue wear behaviour of FeCrC PTA overlays. Wear 2013, 301, 102108, doi:10.1016/j.wear.2013.01.077.
Rohan, P.; Boxanova, M.; Zhang, L.; Kramar, T.; Lukac, F. High speed steel deposited by pulsed PTA- Frequency influence. In Proceedings of the Proceedings to International Thermal Spray Conference, Dusseldorf, Germany; 2017; pp. 404407.
Zikin, A.; Hussainova, I.; Katsich, C.; Badisch, E.; Tomastik, C. Advanced chromium carbide-based hardfacings. Surf. Coatings Technol. 2012, 206, 42704278, doi:10.1016/j.surfcoat.2012.04.039.
Skowrońska, B.; Sokołowski, W.; Rostamian, R. Structural investigation of the Plasma Transferred Arc hardfaced glass mold after operation. Weld. Technol. Rev. 2020, 92, 5556, doi:10.26628/wtr.v92i3.1109.
Bober, M.; Senkara, J. Comparative tests of plasma-surfaced nickel layers with chromium and titanium carbides. Weld. Int. 2016, 30, 107111, doi:10.1080/09507116.2014.937616.
Niu, J.; Guo, W.; Guo, M.; Lu, S. Plasma application in thermal processing of materials. Vacuum 2002, 65, 263-266, doi:10.1016/S0042-207X(01)00430-4.
Mendez, P.F.; Barnes, N.; Bell, K.; Borle, S.D.; Gajapathi, S.S.; Guest, S.D.; Izadi, H.; Gol, A.K.; Wood, G. Welding processes for wear resistant overlays. J. Manuf. Process. 2014, 16, 425, doi:10.1016/j.jmapro.2013.06.011.
Kesavan, D.; Kamaraj, M. The microstructure and high temperature wear performance of a nickel base hardfaced coating. Surf. coatings Technol. 2010, 204, 40344043, doi:10.1016/j.surfcoat.2010.05.022.
Szala, M.; Hejwowski, T.; Lenart, I. Cavitation erosion resistance of Ni-Co based coatings. Adv. Sci. Technol. Res. J. 2014, 8, doi:10.1016/j.wear.2011.05.012.
Mandal, S.; Kumar, S.; Bhargava, P.; Premsingh, C.H.; Paul, C.P.; Kukreja, L.M. An experimental investigation and analysis of PTAW process. Mater. Manuf. Process. 2015, 30, 11311137, doi:10.1080/10426914.2014.984227.
Qi, C.; Zhan, X.; Gao, Q.; Liu, L.; Song, Y.; Li, Y. The influence of the pre-placed powder layers on the morphology, microscopic characteristics and microhardness of Ti-6Al-4V/WC MMC coatings during laser cladding. Opt. Laser Technol. 2019, 119, 105572, doi:10.1016/j.optlastec.2019.105572.
Ye, T.; Ju, J.; Fu, H.; Ma, S.; Lin, J.; Lei, Y. Effects of Chromium Content on Microstructure, Hardness, and Wear Resistance of As-Cast Fe-Cr-B Alloy. J. Mater. Eng. Perform. 2018, 28, 64276437, doi:10.1007/s11665-019-04369-5.
Huang, S.W.; Samandi, M.; Brandt, M. Abrasive wear performance and microstructure of laser clad WC/Ni layers. wear 2004, 256, 10951105, doi:10.1016/S0043-1648(03)00526-X.
Czupryński, A.; Żuk, M. Matrix Composite Coatings Deposited on AISI 4715 Steel by Powder Plasma-Transferred Arc Welding. Part 3. Comparison of the Brittle Fracture Resistance of Wear- Resistant Composite Layers Surfaced Using the PPTAW Method. Materials (Basel). 2021, 14, 6066, doi:10.3390/ma14206066.
Xu, H.; Huang, H.; Liu, Z. Influence of Plasma Transferred Arc Remelting on Microstructure and Properties of PTAW-Deposited Ni-Based Overlay Coating. J. Therm. Spray Technol. 2021, 30, 946958, doi:10.1007/s11666-021-01183-1.
Li, G.L.; Ma, J.L.; Wang, H.D.; Kang, J.J.; Xu, B.S. Effects of argon gas flow rate on the microstructure and micromechanical properties of supersonic plasma sprayed nanostructured Al 2 O 3 -13 wt.%TiO 2 coatings. Appl. Surf. Sci. 2014, 311, 124130, doi:10.1016/j.apsusc.2014.05.025.
El-Mahallawi, I.; Abdel-Karim, R.; Naguib, A. Evaluation of effect of chromium on wear performance of high manganese steel. Mater. Sci. Technol. 2001, 17, 13851390, doi:10.1179/026708301101509340.
Wilden, J.; Bergmann, J.P.; Frank, H. Plasma transferred arc welding—modeling and experimental optimization. J. Therm. spray Technol. 2006, 15, 779784, doi:10.1361/105996306X146767.
Yibo, X.; Dongqing, L.; Zhizhen, Z.; Jianjun, L.; Tiantian, D. The Effect of Different Arc Currents on the Microstructure and Tribological Behaviors of Cu. 2018, doi:10.3390/met8120984.
Czupryński, A. Microstructure and Abrasive Wear Resistance of Metal Matrix Composite Coatings Deposited on Steel Grade AISI 4715 by Powder Plasma Transferred Arc Welding Part 1. Mechanical and Structural Properties of a Cobalt-Based Alloy Surface Layer Reinforced with P. Materials (Basel). 2021, 14, 2382, doi:10.3390/ma14112805.
Fernandes, F.; Lopes, B.; Cavaleiro, A.; Ramalho, A.; Loureiro, A. Effect of arc current on microstructure and wear characteristics of a Ni-based coating deposited by PTA on gray cast iron. Surf. Coatings Technol. 2011, 205, 40944106, doi:10.1016/j.surfcoat.2011.03.008.
Paes, R.M.G.; Scheid, A. Effect of deposition current on microstructure and properties of CoCrWC alloy PTA coatings. Soldag. Inspeção 2014, 19, 247254, doi:10.1590/01049224/si1903.07.
Om, H.; Pandey, S. Effect of heat input on dilution and heat affected zone in submerged arc welding process. Sadhana 2013, 38, 13691391, doi:10.1007/s12046-013-0182-9.
Bansal, A.; Zafar, S.; Sharma, A.K. Microstructure and abrasive wear performance of Ni WC composite microwave clad. J. Mater. Eng. Perform. 2015, 24, 37083716, doi:10.1007/s11665-015-1657-0.
Qiao, L.; Wu, Y.; Hong, S.; Long, W.; Cheng, J. Wet abrasive wear behavior of WC-based cermet coatings prepared by HVOF spraying. Ceram. Int. 2021, 47, 18291836, doi:10.1016/j.ceramint.2020.09.009.