بررسی خواص سایش دمای بالای پوشش‌های پاشش حرارتی و کلدینگ استلایت 6 و NiCrBSi اعمال شده بر روی فولاد گرمکار DIN-1.2344

محورهای موضوعی : عملیات حرارتی

مصطفی طهری ¹ (هیئت علمی/مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین)
مجتبی اسماعیلیان ² (دانشگاه مالک اشتر)
بهروز شهریاری ³ (دکتری مهندسی هوافضا، مجتمع دانشگاهی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر،اصفهان، ایران)

تاریخ دریافت : 1394/04/04 تاریخ پذیرش : 1395/12/21 تاریخ انتشار : 1395/12/01

کلید واژه: "سایش دمای بالا", " پاشش حرارتی", " فولاد گرمکار", " استلایت 6", "NiCrBSi",

چکیده مقاله :

در این پژوهش به منظور افزایش خواص سطحی و مقاومت به سایش فولادگرمکار DIN-2344/1 پوشش‌های استلایت 6 و NiCrBSi به روش پاشش حرارتی HVOF و پوشش استلایت 6 به روش رویه‌سختی با استفاده از روش جوشکاری GTAW بر روی این فولاد لایه نشانی شدند. برای ارزیابی ریزساختاری، خواص مکانیکی و مقاومت سایشی پوشش‌ها از میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ نوری، آزمون سایش دمای بالای پین بر روی دیسک، سختی سنج و ریزسختی سنج ویکرز استفاده شد. نتایج نشان داد که بطور کلی پوشش‌های پاشش حرارتی نسبت به پوشش‌های رویه‌سختی، سختی و مقاومت به سایش بالاتری دارند. از طرف دیگر پوشش‌های رویه‌سختی چقرمگی شکست بالاتری را نسبت به پوشش‌های پاشش حرارتی دارا هستند. نتایج آزمون سایش دمای بالا نشان داد که پوشش NiCrBSi نسبت به پوشش استلابت 6 مقاومت به سایش بالاتری دارد که این امر به مقدار زیاد ترکیبات بورایدی و سیلیکاتی موجود در این پوشش نسبت داده شده است. از طرف دیگر نتایج نشان داد که پوشش‌های استلایت 6، به دلیل تشکیل پوسته اکسیدی غنی از کروم ضریب اصطکاک پایینی را از خود نشان داده است.

چکیده انگلیسی:

In this study, satellite 6 and NiCrBSi coatings deposited on hot work tool steel DIN-2344/1 by thermal spraying and cladding were investigated. Stellite 6 and NiCrBSi powders were deposited on the substrate by HVOF and Stellate 6 wire were cladded by GTAW. Scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy and optical microscopy, pins on disk wear machine, macro and micro hardness meter were used to analyze the coatings. Results showed that the hardness and wear resistance of thermal spray coating were higher than cladding coating. At high temperature, the results of wear test show, that the NiCrBSi coating has the better wear resistance rather than satellite 6 coating. This behavior of NiCrBSi coating attributed to silicate and boride particles in this coating. On the other hand, the thermal spray satellite 6 coating show the very low friction coefficient due to chromium oxide formed on the surface of coatings.

منابع و مأخذ:

 [1] ح، شفیعی، ح، شفیعی و ,. شفیعی " بررسی و مطالعه رفتار سایشی سه پوشش TiN ، TiCN، Tin-TiCN-TiN، اعمال شده بر روی فولاد ابزار D2 به روش تبخیر پرتو الکترونی EB-PVD"، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 1، صفحه 131-141، بهار 94.

 

[2]     Y. Birol & D. I˙sler, “Response to thermal cycling of CAPVD (Al, Cr) N-coated hot work tool steelˮ, Surface and Coating Technology. doi: 10.1016/j. surfcoat, 06.038, 2010.

 

[3]     B. Podgornik, V. Leskov & F. Tehovnik, “Vacuum heat treatment optimization for improved load carrying capacity and wear properties of surface engineered hot work tool steelˮ, Surface & Coatings Technology, doi: 10.1016/j. surfcoat, 11.021, 2014.

 

[4]     W. Xu, W. Li & Y. Wang, “Experimental and theoretical analysis of wear mechanism in hot-forging die and optimal design of die geometryˮ, Vol. 318, pp. 78–88, 2014.

 

[5]     Y. Birol & D. Isler, “Abrasive wear performance of AlCrN-coated hot work tool steel at elevated temperatures under three-body regimeˮ, Vol. 270, pp. 281–286, 2011.

 

[6]     F. H. Stott, “The role of oxidation in the wear of metalsˮ, Tribology International, Vol. 31, pp. 61–71, 1998.

 

[7]       ک. طاهرخانی، خ. محمدی و ح. تارقلی زاده، "بررسی خواص سطحی و سایشی پوشش نیتریدی ایجاد شده بر روی فولاد ابزار گرم کار H11  در روش نیتروژن دهی پلاسمایی پالسی"، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 3، صفحه 23-36، پاییز 1395.

 

[8]     H. Kashani, A. Amadeh & H. M. Ghasemi, “Room and high temperature wear behaviors of nickel and cobalt base weld overlay coatings on hot forging diesˮ, Vol. 262A, pp. 800–806, 2007.

 

[9]     Y. Birol, “Thermal fatigue testing of Inconel 617 and Stellite 6 alloys as tooling materials for thixoforming of steelsˮ, Materials Science and Engineering, Vol. 5270A, pp. 1938–1945, 2010.

 

[10] Y. Birol, “the use of CrNiCo-based superalloy as die material in semi-solid processing of steelsˮ, Solid State Phenomena, Vol. 141A, pp. 289–294, 2008.

 

[11] P. Richer, A. Zuniga, M. Yandouzi & B. Jodoin, “CoNiCrAlY microstructural changes induced during Cold Gas Dynamic Sprayingˮ, Surface & Coatings Technology, Vol. 203, pp. 364–371, 2008.

 

[12] C. J. Li & W. Ya. Li, “Effect of sprayed powder particle size on the oxidation behavior of MCrAlY materials during high velocity oxygen-fuel depositionˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 162, pp. 31-41, 2002.

 

[13] S. Kamal, R. Jayaganthan & S. Prakash, “Mechanical and microstructural characteristics of detonation gun sprayed NiCrAlY + 0.4 wt% CeO2 coatings on superalloysˮ, Materials Chemistry and Physics, Vol. 122, pp. 262–268, 2010.

 

[14] Gholipour, M. Shamanian & F. Ashrafizadeh, “Microstructure and wear behavior of stellite 6 cladding on 17-4 PH stainless steelˮ, Vol. 509, pp. 4905–4909, 2011.

 

[15] G. Marot, J. Lesage & M. Hadad, “Interfacial indentation and shear tests to determine the adhesion of thermal spray coatingsˮ, Surface & Coatings Technology, Vol. 201, pp. 2080–2085, 2006.

 

[16] M. Pellizzari, D. Cescato & M. G. De Flora, “Hot friction and wear behaviour of high speed steel and high chromium iron for rollsˮ, Vol. 267, pp. 467–475, 2009.

 

[17] W. M. Xian & W. Shuqi, “Selection of Heat Treatment Process and Wear Mechanism of High Wear Resistant Cast Hot-Forging Die Steelˮ, Journal of Iron and Steel Research, International, Vol. 19, pp. 50-56, 2011.