Новотроицкий филиал НИТУ «МИСИС», Новотроицк, Россия

С. П. Нефедьев, профессор кафедры металлургических технологий и оборудования факультета металлургических технологий, докт. физ.-мат. наук, эл. почта: sergeynefedyeff@gmail.com

Херсонский технический университет, Геническ, Россия¹ ; Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия²
М. В. Харченко, доцент кафедры машиностроения факультета инженерии и транспорта¹, доцент кафедры механики Института металлургии, машиностроения и материалообработки², канд. техн. наук, доцент,
эл. почта: kharchenko.mv@bk.ru

Р. Р. Дема, профессор кафедры машиностроения факультета инженерии и транспорта¹, доцент кафедры машин и технологий обработки давлением Института металлургии, машиностроения и материалообработки², докт. техн. наук, доцент, эл. почта: demar78@mail.ru

Херсонский технический университет, Геническ, Россия

А. В. Грубник, доцент кафедры машиностроения факультета инженерии и транспорта, канд. техн. наук, доцент

НИТУ «МИСИС», Москва, Россия

О. Р. Латыпов, научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением, канд. техн. наук, эл. почта: latolegraf@list.ru

Заполярный государственный университет им. Н. М. Федоровского, Норильск, Россия

Ю. Р. Фасхитдинова, аспирант кафедры металлургии машин и оборудования, эл. почта: yuliya.galimova.17@mail.ru

Рассмотрены вопросы восстановления и повышения стойкости роликов петлеобразователей сортовых станов методом плазменно-порошковой наплавки. Проведен сравнительный анализ покрытий, полученных с помощью различных материалов: порошковой проволоки ПП-НП-35В9Х3СФ (состав А), порошка типа ПГ-10Р6М5 без присадок (состав Б) и с присадкой 50 % карбида вольфрама (состав В) и покрытых электродов марки Т-590 (состав Г). Исследованы микроструктура и твердость полученных покрытий. Показано, что применение плазменно-порошковой наплавки с добавлением карбида вольфрама обеспечивает формирование износостойкой структуры. Отмечено, что плазменно-порошковая наплавка порошком ПР-10Р6М5 обеспечивает формирование дендритно-ячеистой аустенитно-мартенситной структуры с развитой эвтектической карбидной фазой и твердостью до 65 HRC. Дополнительное введение 50 % WC способствует образованию композиционного покрытия с включениями нерастворенных частиц карбида вольфрама и карбидов хрома типа M7C3 в приграничных зонах, что приводит к повышению твердости до 71–72 HRC и максимальной износостойкости среди исследованных составов. Проведены испытания образцов с покрытиями на твердость и абразивную износостойкость покрытий по ГОСТ 23.208-79 и ASTM B611. По результатам испытаний установлено, что покрытие состава В превосходит традиционные материалы (в том числе наплавку электродами Т-590 и сталь Х12) по показателю износостойкости. Интенсивность изнашивания снижается до 0,082 мг/м, а относительная износостойкость достигает 12,1 (1/мг/м), что подтверждает эффективность выбранной композиции. Испытания в производственных условиях на сортовых станах 170, 370 и 450 показали повышение стойкости роликов петлеобразователей на 20–24 % (или 3,3–6,6 тыс. т проката).
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-79-31018, https://rscf.ru/project/25-79-31018/. Часть работы выполнена в НИТУ «МИСИС» при поддержке Программы привлечения постдоков в рамках Приоритета-2030 (грант № К4-2025-3).

1. Кащенко Ф. Д., Беляев А. И. Реновация деталей металлургического оборудования наплавкой // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2006. № 1(13). С. 3–6.
2. Shlyakhova G. V., Danilov V. I. Effect of electric arc surfacing on the structure and properties of coatings // Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2024. Vol. 67, No. 4. P. 433–439. DOI: 10.17073/0368-0797-2024-4-433-439
3. Zhuravlev A. V., Romanenko E. F., Gorozhankin V. V. et al. Improving the wear resistance of key components in a sandvik crusher by applying a hybrid coating // Russian Engineering Research. 2022. Vol. 42, No. 8. P. 801–806. DOI: 10.3103/s1068798x22080275
4. Romanenko E. F., Gorozhankin V. V., Shestakova M. V. et al. Additive technology in restoring the worn spherical surface of crusher cones // Russian Engineering Research. 2019. Vol. 39, No. 8. P. 672–679. DOI: 10.3103/S1068798X19080173
5. Koriuchev N., Kovtun O., Shehovsov D., Tkalenko I. Repair of worn-out parts of auger pressesby surfacing method // European Journal of Engineering and Technology Research. 2023. P. 12–16. DOI: 10.24018/ejeng.2023.8.4.3072
6. Kalyankar V. D., Naik H. V. Overview of metallurgical studies on weld deposited surface by plasma transferred arc technique // Metallurgical Research & Technology. 2021. Vol. 118, Iss. 1. 111. DOI: 10.1051/metal/2020088
7. Malushin N. N., Romanov D. A., Kovalev A. P., Osetkovskii V. L., Bashchenko L. P. Structural-phase state of a high-hardness heat-resistant alloy formed by plasma surfacing under a nitrogen atmosphere and high-temperature tempering // Russian Physics Journal. 2020. Vol. 62. P. 1865–1870. DOI: 10.1007/s11182-020-01917-8
8. Wang Y., Li Y., Zhao J., Wang W. Material system and tribological mechanism of plasma sprayed wear resistant coatings: Overview // Surface and Coatings Technology. 2024. Vol. 483. 130781. DOI: 10.1016/j.surfcoat.
2024.130758
9. Sathish M. et al. Duplex and composite coatings: a thematic review on thermal spray techniques and applications // Metals and Materials International. 2023. Vol. 29. P. 1229–1297. DOI: 10.1007/s12540-022-
01302-9
10. Łatka L., Biskup P. Development in PTA surface modifications — a review // Advances in Materials Science. 2020. Vol. 20, No. 2. P. 5–15. DOI: 10.2478/adms-2020-0009
11. Adamiak M. et al. Experimental comparison of laser cladding and powder plasma transferred arc welding methods for depositing wear-resistant NiSiB + 60 % WC composite on a structural-steel substrate // Materials.
2023. Vol. 16. 5059. DOI: 10.3390/ma16113912
12. Радченко М. В., Смирнов А. Н., Князьков В. Л., Козлов Э. В. Структурно-фазовое состояние и поля внутренних напряжений в износостойких покрытиях системы Ni — Cr — B — Si — Fe/WC и покрытиях модифицированных нанодисперсными частицами Al₂O₃ // Вестник КузГТУ. 2012. № 4(92). С. 106–111.
13. Радченко М. В., Смирнов А. Н., Князьков В. Л., Козлов Э. В. Структурно-фазовое состояние и поля внутренних напряжений в износостойких покрытиях системы Ni — Cr — B — Si — Fe/WC и в покрытиях, модифицированных наноразмерными частицами Al₂O₃ Часть 2. Фазовый состав исследованных покрытий // Вестник КузГТУ. 2012. № 5(93). С. 87–90.
14. Aleshin N. P., Kobernik N. V., Mikheev R. S., Vaganov V. E., Reshetnyak V. V., Aborkin A. V. Plasma–powder application of antifrictional babbitt coatings modified by carbon nanotubes // Russian Engineering Research. 2016. Vol. 36, No. 1. P. 46–52. DOI: 10.3103/S1068798X16010032
15. Kravchenko I. N., Kartsev S. V., Markov M. A. Metallurgical features of plasma surfacing with powder hard alloy with addition of aluminum powder // Metallurgist. 2021. Vol. 64, No. 9-10. P. 1077–1085. DOI: 10.1007/s11015-021-01089-x
16. Майтаков М. Ю., Дегтерев А. С. Повышение износостойкости деталей элементов котельных станций // Неразрушающий контроль: сборник трудов VI Всероссийской научно-практической конференции
«Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность», Томск, 23–27 мая 2016 г. Т. 2. — Томск : Изд-во ТПУ, 2016. — 386 с.
17. ГОСТ 23.208-79. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы. — Введ. 01.03.1981.
18. ГОСТ 23.201-78. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов и покрытий на газоабразивное изнашивание с помощью центробежного ускорителя. — Введ. 01.01.1979.
19. Nefedyev S. P., Dema R. R., Nefedyeva S. A., Yaroslavtcev A. V. Microstructure of cast iron after plasma bleaching // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2015. Vol. 50, No. 2. P. 213–216.
20. Nefedyev S. P., Vdovin K. N., Emelyushin A. N. Peculiarities of forming of the wear-resistant cast iron coating structure on steel 45 upon plasma-powder surfacing // Materials Science Forum. 2016. Vol. 870. P. 141–148. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.870.141
21. Malushin N. N., Martyushev N. V., Gizatulin R. A., Valuev D. V., Kovalev A. P., Valuev A. V. Strengthening of metallurgical equipment parts by plasma surfacing in nitrogen atmosphere // Metallurgist. 2022. Vol. 65, Iss. 11-12. P. 1470–1478. DOI: 10.1007/s11015-022-01292-4
22. Matějíček J., Antoš J., Rohan P. W + Cu and W + Ni composites and FGMs prepared by plasma transferred arc cladding // Materials. 2021. Vol. 14, No. 14. 789. DOI: 10.3390/ma14040789
23. Appiah A. N. S. et al. Powder plasma transferred arc welding of Ni — Si — B + 60 wt% WC and Ni — Cr — Si — B + 45 wt% WC for surface cladding of structural steel // Materials. 2022. Vol. 15. 4956.
24. Latypov R. A., Latypova G. R., Ageev E. V., Altukhov A. Y., Ageeva E. V. Elemental composition of the powder particles produced by electric discharge dispersion of the wastes of a VK8 hard alloy // Russian metallurgy (Metally). 2017. No. 12. P. 1083–1085.
25. Ageev E. V., Ageeva E. V., Khardikov S. V. Structure and properties of sintered corrosion-resistant steel manufactured from electroerosive powders // CIS Iron and Steel Review. 2021. Vol. 22. P. 88–91.