بهبود رفتار فرسایشی آلیاژ اینکونل 625 با لایه نشانی روکش کامپوزیتی استلایت 6/کاربید بور توسط فرایند قوس انتقالی پلاسما

نویسندگان

گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز

چکیده

هدف از انجام این پژوهش، بهبود رفتار فرسایشی آلیاژ اینکونل 625 با لایه‌نشانی روکش کامپوزیتی استلایت 6/ کاربید بور توسط فرایند قوس انتقالی پلاسما بوده است. برای این منظور، از 5 درصد وزنی ذرات کاربید بور در روکش استلایت 6 استفاده شد. بررسی‌های ریزساختاری و فازی به وسیله میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان (FESEM)، آنالیز عنصری طیف‌سنجی انرژی (EDS) و پراش‌سنجی پرتو ایکس (XRD) انجام شد. تغییرات سختی در طول روکش‌ها با کمک آزمون ریزسختی‌سنجی به‌دست آمد. آزمون فرسایش ذرات جامد با ذرات سیلیکا و در دو زاویه برخورد ˚30 و ˚90 مورد استفاده قرار گرفت. ریزساختار روکش کامپوزیتی شامل محلول جامد کبالت- کروم و کاربیدهای بور، Cr7C3 و Cr23C6 بود و ریزساختار ظریف‌تری نسبت به روکش استلایت 6 داشت. همچنین فاز نواری شکل  Cr7C3 در این روکش مشاهده شد که ناشی از تجزیه بخشی از ذرات کاربید بور بود. با افزودن ذرات کاربید بور، افزایش در سختی روکش حاصل شد. روکش حاوی 5 درصد وزنی کاربید بور در زاویه برخورد ˚30، مقاومت فرسایشی بیش‌تری نسبت به زیرلایه و روکش استلایتی خالص نشان داد، به‌طوری که میزان کاهش وزن آن، 20 درصد کاهش وزن در زیرلایه اینکونلی و 33 درصد کاهش وزن در روکش استلایتی بود. اما در زاویه برخورد ˚90، اختلاف چندانی در کاهش وزن روکش‌ها و زیرلایه مشاهده نشد. مکانیزم‌های غالب فرسایش برای روکش کامپوزیتی در زاویه برخورد ˚30، برش و جداسازی ذرات تقویت‌کننده از سطح بودند، درحالی‌ که فرورفتگی و ایجاد حفره مکانیزم‌های اصلی تخریب در زاویه برخورد ˚90 بودند. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Improving the Erosion Behavior of Inconel 625 Substrate by PTA-Deposited Stellite6/B4C Composite Cladding

نویسندگان [English]

  • N. Mohammadi
  • B. Lotfi
Materials Engineering Department, Engineering Faculty, Shahid Chamran University of Ahvaz
چکیده [English]

The purpose of this study was to improve the erosion behavior of Inconel 625 alloy by plasma transferred arc-deposited stellite6/B4C composite cladding. For this purpose, 5 wt.% of boron carbide was added to the stellite6 clad. Phase analysis and microstructure evaluation were conducted by Optical Microscope, Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM), and Energy-dispersive Spectroscopy (EDS). Solid particle erosion tests with silica particles at 30˚ and 90˚ impact angles were performed to study the erosion behavior. Eroded surfaces were observed by SEM. Investigations showed that the addition of boron carbide particles caused finer microstructure in composite cladding. Moreover, hardness increased with adding boron carbide. Maximum erosion resistance was achieved at 30˚ impact angle. The weight loss of composite cladding were 20 % and 33 % compared to those obtained in Inconel 625 substrate and stellite6 cladding, respectively. The weight loss of the claddings and substrate showed negligible difference at 90˚ impact angle. The dominant mechanism of erosion for composite cladding at 30˚ impact angle was suggested to be cutting and detachment of reinforcing particles. Crater formation was found the predominant mechanism of erosion at 90˚ impact angle.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stellite6
  • PTA
  • B4C
  • Solid Particle Erosion
  • Inconel 625

مراجع

  1. Jindal, C., Sidhu, B. S., Kumar, P., and Sidhu, H. S., "Performance of Hardfaced/Heat Treated Materials Under Solid Particle Erosion: A Systematic Literature Review", Materials Today: Proceedings, 50, pp. 629-639, 2021.
  2. Stachowiak, G. W., "Wear: Materials, Mechanisms and Practice. " England: John Wiley & Son, Ltd. 2005.
  3. Günen, A., Kanca, E., Çakir, H., Karakaş, M. S., Gök, M. S., Küçük, Y., Demir, M., "Effect of Borotitanizing on Microstructure and Wear Behavior of Inconel 625", Surface and Coatings Technology, 311, pp. 374-382, 2017.
  4. Chen, J., Wang, J., Chen, B., and Yan, F., "Tribocorrosion Behaviors of Inconel 625 Alloy Sliding Against 316 Steel in Seawater", Tribology Transactions, 54, no. 4, pp. 514-522, 2011.
  5. Totten, G. E., "ASM Handbook, Volume 18: Friction, Lubrication, and Wear Technology", ASM international, Cleveland,
  6. ASM International Handbook Committee, "Welding, Brazing and Soldering", vol 6, ASM International, 1993.
  7. Rabin, R., "A Review Paper on Hardfacing Processes and Materials", International Journal of Engineering Science and Technology, 2, no. 11, pp. 6507-6510, 2010.
  8. Łatka, L. and Biskup P., "Development in PTA Surface Modifications–a Review", Advances in Materials Science, 20, no. 2, pp. 39-53, 2020.
  9. Singh, R., Kumar, D., Mishra, S. K., and Tiwari, S., "Laser Cladding of Stellite 6 on Stainless Steel to Enhance Solid Particle Erosion and Cavitation Resistance", Surface and Coatings Technology, 251, pp. 87-97, 2014.
  10. Nithin, H., Desai, V., and Ramesh, M., "Elevated Temperature Solid Particle Erosion Performance of Plasma-Sprayed Co-based Composite Coatings with Additions of Al2O3 and CeO2", Journal of Materials Engineering and Performance, 26, no. 11, pp. 5251-5261, 2017.
  11. Zhang Z., and Kovacevic, R., "Laser Cladding of Iron-based Erosion Resistant Metal Matrix Composites", Journal of Manufacturing Processes, 38, pp. 63-75, 2019.
  12. Zhang, D.-W., and Lei, T., "The Microstructure and Erosive–Corrosive Wear Performance of Laser-Clad Ni–Cr3C2 Composite Coating", Wear, 255, no. 1-6, pp. 129-133, 2003.
  13. Flores, J., Neville, A., Kapur, N., and Gnanavelu, A., "An Experimental Study of the Erosion–Corrosion Behavior of Plasma Transferred Arc MMCs", Wear, 267, no. 1-4, pp. 213-222, 2009.
  14. Zhao, Y., Yu, T., Sun, J., and Jiang, S., "Microstructure and Properties of Laser Cladded B4C/TiC/Ni-based Composite Coating", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 86, p. 105112, 2020.
  15. Tosun G., and Buytoz, S., "Microstructural Properties of Fe–Cr–C/NbC Composite Coating Produced on Medium Carbon Steel Surface by TIG Coating Process", Arabian Journal for Science and Engineering, 46, no. 3, pp. 2231-2241, 2021.
  16. Anthonysamy , Ananthasivan, K., Kaliappan, I., Chandramouli, V., Rao, PR Vasudeva., Mathews, CK., Jacob, KT., "Gibbs Energies of Formation of Chromium Carbides", Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 27, no. 7, pp. 1919-1924, 1996.
  17. Wieczerzak, K., Bala, P., Dziurka, R., Tokarski, T., Cios, G., Kozeil, T., Gondek, L., "The Effect of Temperature on the Evolution of Eutectic Carbides and M7C3→ M23C6 Carbides Reaction in the Rapidly Solidified Fe-Cr-C Alloy", Journal of Alloys and Compounds, 698, pp. 673-684, 2017.
  18. Bartkowski, D., Dudziak, B., Piasecki, A., and Gościański, M., "Co-based Alloy Surface Layers with Boron Carbide Particles Produced on S235 Steel by Laser Cladding Method", Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 59, no. 1, 2014.
  19. Bartkowski, D., Młynarczak, A., Piasecki, A., Dudziak, B., Gościański M., and Bartkowska, A., "Microstructure, Microhardness and Corrosion Resistance of Stellite-6 Coatings Reinforced with WC Particles Using Laser Cladding", Optics & Laser Technology, 68, pp. 191-201, 2015.
  20. Zhu, Y.-Z., Yin, Z.-M., and Hao, T., "Plasma Cladding of Stellite 6 Powder on Ni76Cr19AlTi Exhausting Valve", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 17, no. 1, pp. 35-40, 2007.
  21. Kumar, N., and Mishra, S., "Slurry Erosion: An Overview", Materials Today: Proceedings, 25, pp. 659-663, 2020.
  22. Stachowiak, G., Batchelor, A. W., Engineering Tribology, Third Edition, Butterworth-Heinemann, 2013.

 

 

مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 41، شماره 2
شهریور 1401
صفحه 1-15

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی