The contact endurance of NiCrBSi coatings obtained by gas powder laser cladding

Cover Page

Cite item

Abstract

The contact endurance of NiCrBSi coatings obtained by gas powder laser cladding of the powders with various chrome, carbon and boron content (PG-SR2, wt. %: 14.8 Сr – 2.1 В – 0.48 С; PG-10N-01, wt. %: 18.2 Cr – 3.3 В – 0.92 С) and TiC addition (PG-SR2 + 25 wt. % TiC) is investigated. The average microhardness was 520 HV for PG-SR coating, 720 HV for PG-10N-01 coating and 770 HV for TiC – PG-SR2 coating. Tests on the contact fatigue are carried out using a servohydraulic testing machine (Instron 8801) circuit-wise pulsating non-impact contact «ball-plane» scheme with the load variation during a cycle according to a sinusoidal law. The maximum resistance to a contact impact during repetitive elastic-plastic deformation on mechanical non-impact contact loading is determined for PG-10N-01 coating with increased chrome, carbon and boron content in comparison with PG-SP2, the minimal one was for composite PG-SR2 coating with addition 25 wt. % TiC particles. The examination of the contact spots using scanning electron microscopy shows that the main fracture mechanism of every investigated coating under contact fatigue loading is cracking.

About the authors

R. A. Savrai

Email: ras@imach.uran.ru
Ph.D. (Engineering), Institute of Engineering Science Ural Branch of Russian Academy of Sciences, e-mail: ras@imach.uran.ru

A. V. Makarov

Email: avm@imp.uran.ru
D.Sc. (Engineering), Senior Researcher, Institute of Engineering Science Ural Branch of Russian Academy of Sciences, e-mail: avm@imp.uran.ru

N. N. Soboleva

Email: natashasoboleva@list.ru
Junior Researcher, Institute of Engineering Science Ural Branch of Russian Academy of Sciences, e-mail: natashasoboleva@list.ru

I. Y. Malygina

Email: malygina@imach.uran.ru
Ph.D. (Engineering), Institute of Engineering Science Ural Branch of Russian Academy of Sciences, e-mail: malygina@imach.uran.ru

A. L. Osintseva

Email: osintseva@imach.uran.ru
Ph.D. (Engineering), Senior Researcher, Institute of Engineering Science Ural Branch of Russian Academy of Sciences, e-mail: osintseva@imach.uran.ru

References

  1. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 3. Методы поверхностной лазерной обработки: учеб. пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1987. – 191 с.2. Abrasive wear behavior of laser clad and flame sprayed-melted NiCrBSi coatings / С. Navas, R. Colaco, J. de Damborenea, R. Vilar // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 200, iss. 24. – P. 6854–6862. – doi: 10.1016/j.surfcoat. 2005.10.032.3. Wear behaviour of laser clad NiCrBSi coating / E. Fernández, M. Cadenas, R. Gonsález, C. Navas, R. Fernández, J. de Damborenea // Wear. – 2005. – Vol. 259, iss. 7-12. – P. 870–875. – doi: 10.1016/j.wear.2005.02.063.4. Katsich C., Badisch E. Effect of carbide degradation in a Ni-based hardfacing under abrasive and combined impact/abrasive conditions // Surface and Coatings Technology. – 2011. – Vol. 206, iss. 6. – P. 1062–1068. doi: 10.1016/ j.surfcoat.2011.07.064.5. Microstructural aspects of plasma transferred arc surfaced Ni-based hardfacing alloy / K. Gurumoorthy, M. Kamaraj, K. Prasad Rao, Rao A. Sambasiva, S. Venugopal // Material Science and Engineering: A. – 2007. – Vol. 456, iss. 1-2. – P. 11–19. – doi: 10.1016/j.msea.2.6. Tribological properties of TiC particles reinforced Ni-based alloy composite coatings / B. Cai, Y.-F. Tan, L. He, H. Tan, L. Gao // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2013. – Vol. 23, iss. 6. – P. 1681–1688. – doi: 10.1016/S1003-6326(13)62648-5.7. Liyanage T., Fisher G., Gerlich A.P. Influence of alloy chemistry on microstructure and properties in NiCrBSi overlay coatings deposited by plasma transferred arc welding (PTAW) // Surface and Coatings Technology. – 2010. – Vol. 205, iss. 3. – P. 759–765. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2010.07.095.8. Влияние химического состава на трибологические свойства хромоникелевых покрытий, полученных методом газопорошковой лазерной наплавки / А.В. Макаров, Р.А. Саврай, А.Л. Осинцева, И.Ю. Малыгина // Известия Челябинского научного центра. – 2009. – № 2 (44). – С. 28–33.9. Вихретоковый контроль твердости, износостойкости и толщины покрытий, полученных методом газопорошковой лазерной наплавки / А.В. Макаров, Э.С. Горкунов, И.Ю. Малыгина, Л.Х. Коган, Р.А. Саврай, А.Л. Осинцева // Дефектоскопия. – 2009. – № 11. – С. 68–78.10. Влияние микроструктуры и фазового состава на трибологические свойства NiCrBSi лазерных покрытий / Н.Н. Соболева, И.Ю. Малыгина, А.Л. Осинцева, Н.А. Поздеева // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т. 13, № 4 (3). – С. 869–873.11. Characterisation of TiC–NiMo reinforced Ni-based hardfacing / A. Zikin, E. Badisch, I. Hussainova, C. Tomastik, H. Danninger // Surface and Coatings Technology. – 2013. – Vol. 236. – P. 36–44. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2013.02.027.12. Microstructure and wear properties of TiC/FeCrBSi surface composite coating prepared by laser cladding / X.H. Wang, M. Zhang, X.M. Liu, S.Y. Qu, Z.D. Zou // Surface and Coatings Technology. – 2008. – Vol. 202, iss. 15. – P. 3600–3606. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2007.12.039.13. TiC reinforced composite coating produced by powder feeding laser cladding / S. Yang, W.-J. Liu, M.-L. Zhong, Z.-J. Wang // Materials Letters. – 2004. – Vol. 58, iss. 24. – P. 2958–2962. – doi: 10.1016/j.matlet.2004.03.051.14. Формирование композиционного покрытия NiCrBSi – TiC с повышенной абразивной износостойкостью методом газопорошковой лазерной наплавки / А.В. Макаров, Н.Н. Соболева, И.Ю. Малыгина, А.Л. Осинцева // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2013. – № 11 (107). – С. 38–44.15. Стойкость упрочненных материалов в условиях контактного нагружения / Л.И. Тушинский, В.А. Батаев, В.М. Потапов, А.А. Батаев, А.П. Тимофеев // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1988. – № 5. – С. 36–38.16. Yonezu A., Xu B., Chen X. An experimental methodology for characterizing fracture of hard thin films under cyclic contact loading // Thin Solid Films. – 2010. – Vol. 518, iss. 8. – P. 2082–2089. – doi: 10.1016/j.tsf.2009.07.199.17. Influence of substrate microstructure on the contact fatigue strength of coated cold-work tool steels / G. Ramírez, A. Mestra, B. Casas, I. Valls, R. Martínez, R. Bueno, A. Góez, A. Mateo, L. Llanes // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 206, iss. 13. – P. 3069–3081. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2011.12.012.18. Contact fatigue behavior of PVD-coated steel / G. Ramírez, E. Tarrés, B. Casas, I. Valls, R. Martínez, L. Llanes // Plasma Processes and Polymers. – 2009. – Vol. 6, iss. Supplement 1. – P. S588–S591. – doi: 10.1002/ppap.200931501.19. Contact fatigue behavior of PVD-coated hardmetals / E. Tarrés, G. Ramírez, Y. Gaillard, E. Jiménez-Piqué, L. Llanes // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2009. – Vol. 27, iss. 2. – P. 323–331. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2008.05.003.20. Соболева Н.Н., Макаров А.В., Малыгина И.Ю. Упрочняющая фрикционная обработка NiCrBSi лазерного покрытия // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2013. – № 4 (61). – С. 79–85.21. Dawei Z., Li T., Lei T.C. Laser cladding of Ni–Cr3C2/(Ni+Cr) composite coating // Surface and Coatings Technology. – 1988. – Vol. 110, 1-2. – P. 81–85. – doi: 10.1016/S0257-8972(98)00675-6.22. Comparison of laser-clad and furnace-melted Ni-based alloy microstructures / Q. Li, D. Zhang, T. Lei, Ch. Chen, W. Chen // Surface and Coatings Technology. – 2001. – Vol. 137, iss. 2-3. – P. 122–135. – doi: 10.1016/S0257-8972(00)007 32-5.23. Structure of surface layers produced by non-vacuum electron beam boriding / I.A. Bataev, A.A. Bataev, M.G. Golkovski, D.S. Krivizhenko, A.A. Losinskaya, O.G. Lenivtseva // Applied Surface Science. – 2013. – Vol. 284. – P. 472–481. – doi: 10.1016/j.apsusc.2013.07.121.24. Fatigue susceptibility under contact loading of hardmetals coated with ceramic films / L. Llanes, E. Tarrés, G. Ramírez, C.A. Botero, E. Jiménez-Piqué // Procedia Engineering. – 2010. – Vol. 2, iss. 1. – P. 299–308. – doi: 10.1016/j.proeng. 2010.03.033.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).