If an expensive part such a turbine blade or high quality tool needed to be refurbished instead of discarded, the part would have be coated in a way that would resemble or even exceed its previous surface properties. In this regard, this work studies a tungsten carbide-nickel braze alloy hardface composite prepared by liquid infiltration. A unique polymeric binder system was used to form the brazing cloth which formed the carrier for the tungsten carbide and nickel braze alloy particles. After thermal pyrolysis of the binder, the nickel braze alloy would infiltrate into a porous tungsten carbide layer becoming a hard surface coating or hardfacing. These brazing cloths were formulated to achieve a theoretical full density coating after the infiltration process. The hardface would also be brazed to its base substrate. In this study, infiltration of a porous material and brazing are mated in one continuous process. The goal of this research is the measure of hardfacing in relations to powder-polymer processing, infiltration of porous materials and brazing cycles to achieve superior hardness and braze interface quality.

Hardfacing alloys are utilised in pump and valve components in pressurised water reactors (PWR's). They are designed to withstand wear and galling effects, which occur as a result of surface-to-surface contact, where surface roughness increases by localised plastic deformation, resulting in fracture and material transfer. Typically, alloys that exhibit suitable hardness and galling resistance are known as the Stellites; a Co-base alloy family. Whilst these Co alloys perform well in a hardfacing capacity, they suffer from neutron activation and subsequently decay, forming 60Co isotopes, which emit hazardous γ-rays, contributing to plant worker exposure. The present study was developed to characterise and assess the metallurgical properties of two candidate Co-free replacement alloys; stainless Fe-based alloys Tristelle 5183 and a derivative alloy, developed and patented by Rolls-Royce, known as RR2450. The alloys are produced as gas-atomised powders before undergoing hot isostatic pressing (HIP) into usable parts in-service. As part of this work, we have identified a novel, high-strength Fe-Cr-Ni silicide phase, which precipitates extensively within the RR2450 alloy after HIP consolidation, resulting in the formation of a triplex (austenite/delta- ferrite/silicide) matrix. The use of automated diffraction tomography (ADT) has allowed the crystallography of this phase to be determined as a trigonal R3 space group setting. A carbon atom, identified at a trigonal bipyramidal site along [111] within the silicide phase unit cell, indicates a carbon solubility of up to 1.2 wt% within this phase. HIP cycles were studied in situ using synchrotron X-ray diffraction (XRD), which revealed that the silicide phase decomposes within the metastable gas-atomised RR2450 powder by a eutectoid γ → delta + M7C3 transformation. The starting fraction of metastable delta-ferrite within the RR2450 gas-atomised powder is shown to directly influence the rate of transformation from γ to delta-ferrite during the HIP cycle. The wear resistance of the triplex RR2450 alloy at 300 °C is shown to be superior when compared to the austenitic Tristelle 5183. This is attributed to the high strength silicide phase, which is shown to offer a hardness up to 2 to 2.5 times greater than the austenite and delta-ferrite phases. By producing an elastic angular distortion of the unit cell, the silicide phase is able to withstand loading up to 1 GPa without yielding. The Tristelle 5183 alloy, which produces a lower fraction of silicide phase compared to RR2450, is reliant on the formation of stacking faults and a strain induced martensitic transformation to provide a high wear resistance. These transformations are shown to reduce substantially during wear testing at 190 °C, leading to a loss of high temperature wear resistance in the Tristelle 5183 alloy. Future work into developing silicide based Fe hardfacings is suggested, the microstructures of which can be tailored by controlling Si and Ni additions.

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Este trabalho apresenta uma análise das condições de soldagem sobre o desgaste abrasivo de um revestimento duro. O revestimento foi feito pela deposição metálica por arco submerso variando os parâmetros de soldagem e utilizando fluxos comerciais. Foram utilizados dois conjuntos de parâmetros de soldagem (conjunto 01 com velocidade de soldagem de 55 cm/min, extensão do eletrodo de 35,0 mm, tensão de 30V, corrente de 450A e o conjunto 02 com velocidade de soldagem de 50 cm/min, extensão do eletrodo de 25,5 mm, tensão do arco de 26V e corrente de 440A) e quatro fluxos comerciais (identificados como E, M, L e R) formando assim oito condições de soldagem. Foram feitas duas camadas com três cordões de solda cada sobre uma chapa base de aço SAE 1020. Corrente contínua com polaridade direta (CC-) foi utilizada em ambas condições. A resistência ao desgaste abrasivo a baixa-tensão foi avaliada pelo ensaio de desgaste do tipo Roda de borracha/areia seca conforme a norma ASTM G65-94. A análise microestrutural foi feita por microscopia óptica e a análise da região desgastada por microscopia eletrônica de varredura. A resistência ao desgaste abrasivo dos revestimentos do conjunto 01 foi superior em comparação com os revestimentos do conjunto 02, para todos os fluxos utilizados. Os fluxos E e R proporcionaram os melhores desempenho e a martensita de agulhas foi a microestrutura com a qual foram obtidos os melhores resultados de desgaste abrasivo a baixa-tensão neste estudo realizado. / This work presents an analysis of the welding conditions and its effects in the abrasive wear of hardfacings. The hardfacings were obtained by submerged arc surfacing. The welding variables were changed and the commercials fluxes were used. Two groups of welding variables were used (group 01: a traveI speed of 55 cm/min, an electrode extension of 35,0 mm, a voltage of 30V and an amperage of 450A; group 02: a traveI speed of 50 cm/min, an electrode extension of 25,0 mm, a voltage of 26V and an amperage of 440A) and four commercials fluxes (E, M, L e R designated) establishing eight welding conditions. Double-Iayered ot three beads were deposited (applied) on a SAE 1020 base metal plate. Direct current electrode negative polarity (CC-) were used in both groups of welding. The low stress abrasion resistance evaluation was carried out by dry sand/rubber wheel apparatus according to the ASTM G65-94. The microstructural analysis were done by optical microscopy and the worn surface analysis were done by scanning electronic microscopy. The abrasion resistance of the group 01 was superior as compared to the group 02, independent of the fluxe was used. The fluxes E and R presented the best results and the befter abrasion resistant microstructure was lath martensite.

O presente trabalho apresenta a análise da resistência ao desgaste abrasivo de um revestimento duro e do aço SAE 5160. O revestimento foi obtido pela deposição de uma liga ferrosa através de processo de soldagem \"TIG\" sobre um aço ABNT 1020. Aliga foi desenvolvida com a utilização de CR e Nb como elementos formadores de carbonetos, proporcionando uma microestrutura constituída, no estado bruto de fusão, de uma rede de carbonetos (Cr, Fe)7C3 interdendríticos e NbC dispersos em uma matriz austenítica. Corpos de prova revestidos foram submetidos a tratamentos térmicos de normalização, têmpera, sub-zero e revenido, visando a obtenção de diferentes microestruturas na matriz, enquanto que o aço SAE 5160 foi temperado e revenido de acordo com o procedimento utilizado na confecção de ferramentas agrícolas com este material. A resistência ao desgaste do revestimento foi superior à do aço SAE 5160 nos dois tipos de ensaios de abrasão realizados, sendo os melhores desempenhos apresentados pelo revestimento temperado no ensaio realizado com equipamento do tipo pino sobre lixa e pelo revestimento temperado e revenido no ensaio do tipo roda de borracha/areia seca. A identificação dos mecanismos de remoção de material predominantes nos ensaios abrasivos foi possibilitada pela observação das superfícies desgastadas dos corpos de prova através de microscopia eletrônica de varredura. / The present work presents an analysis of the abrasive wear resistance of a hardfacing and of the SAE 5160 steel. The hardfacing was obtained by the deposition of a iron based alloy through \"TIG\" welding on a ABNT 1020 steel. This alloy was developed with the use of Cr and Nb as carbide forming elements , resulting in a microstructure formed by a carbide net of M7C3 interdendritic in a austenitic matrix. The hardfacing samples suffered heat treatment of normalizing, hardening, tempering and subzero, viewing the achievement of differents microstructure, while the SAE 5160 steel suffered hardening and tempering according to the production process used in the agricutural tool manufacturing. The wear resistance of the hardfacing overcame the SAE 5160 steel in both types of abrasion wear tests, and the best performances were presented by hardening hardfacing in the pin wear test and by the tempering hardfacing in the rubber wheel/dry sand test. The identification of the material removal mechanisms in the abrasive tests was made by the observation of the worn surfaces of the samples through the scanning eletronic microscopy.

Este trabalho apresenta uma análise das condições de soldagem sobre o desgaste abrasivo de um revestimento duro. O revestimento foi feito pela deposição metálica por arco submerso variando os parâmetros de soldagem e utilizando fluxos comerciais. Foram utilizados dois conjuntos de parâmetros de soldagem (conjunto 01 com velocidade de soldagem de 55 cm/min, extensão do eletrodo de 35,0 mm, tensão de 30V, corrente de 450A e o conjunto 02 com velocidade de soldagem de 50 cm/min, extensão do eletrodo de 25,5 mm, tensão do arco de 26V e corrente de 440A) e quatro fluxos comerciais (identificados como E, M, L e R) formando assim oito condições de soldagem. Foram feitas duas camadas com três cordões de solda cada sobre uma chapa base de aço SAE 1020. Corrente contínua com polaridade direta (CC-) foi utilizada em ambas condições. A resistência ao desgaste abrasivo a baixa-tensão foi avaliada pelo ensaio de desgaste do tipo Roda de borracha/areia seca conforme a norma ASTM G65-94. A análise microestrutural foi feita por microscopia óptica e a análise da região desgastada por microscopia eletrônica de varredura. A resistência ao desgaste abrasivo dos revestimentos do conjunto 01 foi superior em comparação com os revestimentos do conjunto 02, para todos os fluxos utilizados. Os fluxos E e R proporcionaram os melhores desempenho e a martensita de agulhas foi a microestrutura com a qual foram obtidos os melhores resultados de desgaste abrasivo a baixa-tensão neste estudo realizado. / This work presents an analysis of the welding conditions and its effects in the abrasive wear of hardfacings. The hardfacings were obtained by submerged arc surfacing. The welding variables were changed and the commercials fluxes were used. Two groups of welding variables were used (group 01: a traveI speed of 55 cm/min, an electrode extension of 35,0 mm, a voltage of 30V and an amperage of 450A; group 02: a traveI speed of 50 cm/min, an electrode extension of 25,0 mm, a voltage of 26V and an amperage of 440A) and four commercials fluxes (E, M, L e R designated) establishing eight welding conditions. Double-Iayered ot three beads were deposited (applied) on a SAE 1020 base metal plate. Direct current electrode negative polarity (CC-) were used in both groups of welding. The low stress abrasion resistance evaluation was carried out by dry sand/rubber wheel apparatus according to the ASTM G65-94. The microstructural analysis were done by optical microscopy and the worn surface analysis were done by scanning electronic microscopy. The abrasion resistance of the group 01 was superior as compared to the group 02, independent of the fluxe was used. The fluxes E and R presented the best results and the befter abrasion resistant microstructure was lath martensite.

O desgaste de máquinas e seus componentes têm grande influência econômica em diversos setores da indústria. Diante dessa situação, tem sido feitos estudos visando desenvolver novos materiais e revestimentos que apresentem maior resistência ao desgaste. O revestimento é um dos métodos mais utilizados quando se procura garantir a uma superfície alguma propriedade mecânica que não é intrínseca ao metal base. O objetivo deste trabalho é realizar um estudo comparativo de ligas de diferentes composições químicas, através do desenvolvimento de um consumível para soldagem manual ao arco elétrico a ser aplicado especialmente para o recobrimento de superfícies submetidas ao desgaste abrasivo. Os eletrodos desenvolvidos foram compostos pela combinação de cromo-carbono e tungstênio-carbono misturados em um revestimento base com rutilo-carbonato de cálcio-fluorita, resultando em eletrodos revestidos com sete diferentes composições. A comparação e avaliação da resistência à abrasão foi feita com base nos dados obtidos no ensaio de desgaste abrasivo, segundo a norma ASTM G65-91, e também baseada nos resultados da composição química, microestrutura e análise microestrutural dos revestimentos. Os resultados mostraram que os depósitos com maior resistência ao desgaste abrasivo foram obtidos com eletrodos com as composições contendo carbono e 7% de tungstênio e carbono e 1,5% de cromo. Esses mesmos depósitos foram os que apresentaram valores mais elevados de microdureza, e em sua microestrutura pode-se perceber a formação de maior quantidade de carbonetos. / The wear in machines and equipments is one of the main sources of economic losses. Nowadays many studies have been conducted to develop new materials and coverages to produce wear resistance. The hardfacing is one of most common methods to produce a deposit having properties not intrinsic to that of the base material. The main objective of this work is to study the viability of using different alloys compositions to produce covered electrodes for shielded metal arc welding (SMAW) resistant to abrasive wear. The covered electrodes were produced adding chromiumcarbon and tungsten-carbon to rutile-calcium carbide-fluorite base. Comparison and evaluation of wear resistance of the developed electrodes was based in ASTM G65-91 wear tests, deposit chemical compositions and the resultant microstructures. The results shown that electrodes containing additions of C-W 7 % and C-Cr 1.5 % produced best performance of wear test deposits. These compositions produced deposits containing the higher amounts of carbides and exhibit higher hardness values.

This thesis presents research in the area of creation of coated electrodes for hard surfacing. The principal subject of research is coated electrodes and metals deposited by means of them. The main objective of the thesis is to develop new electrode coatings, to obtain the metal having the proper mechanical properties which enable to produce the surface layers with acquire strength and resistance to abrasive wear. The application area of newly developed welding electrodes is surfacing of working parts of agricultural, mining and road-building machines. The thesis also deals with optimization of alloying elements transfer from electrode to liquid pool with a view to obtain economically alloyed deposited metal. Welding electrodes are being produced in Lithuania, multi-purpose hard-facing electrodes being among them. All over the world a lot of welding materials manufacturers produce the analogous production, but their products are expensive. A challenge to the competition in the electrodes market is to expand the production range, to offer new products whose quality and price could satisfy customer’s demands. The dissertation analyzes the regularities of alloying elements transfer in developed electrodes from electrode coating to deposited metal and the influence of alloying elements on the properties of coated layers. Two principal tasks are solved: development of coated electrodes coatings and investigation of hard-faced surfaces. The first task is formulated with respect to... [to full text] / Disertacijoje nagrinėjamas glaistytųjų elektrodų rankiniam elektrolankiniam apvirinimui kūrimas ir taikymas. Pagrindinis tyrimo objektas yra glaistytieji elektrodai ir šiais elektrodais prilydytas metalas. Pagrindinis disertacijos tikslas yra sukurti naujus elektrodų glaistus, gauti gerų mechaninių savybių metalą, kuriuo apvirinti sluoksniai būtų atsparūs abrazyviniam dilimui. Sukurtų apvirinimo elektrodų taikymo sritis yra žemės dirbimo, kalnakasybos mašinų, rūdų smulkinimo įrenginių darbinės dalys. Disertacijoje siekiama optimizuoti legiruojančiųjų elementų koncentraciją lydinyje, ir taip gauti ekonomiškai legiruotą prilydytą metalą. Lietuvoje gaminami suvirinimo elektrodai. Viena iš gaminamos produkcijos rūšių yra įvairios paskirties apvirinimo elektrodai. Pasaulyje yra daug suvirinimo medžiagų gamintojų, kurie gamina analogišką produkciją, tačiau šie elektrodai brangūs. Siekiant konkuruoti elektrodų rinkoje, būtina plėsti gaminamos produkcijos asortimentą, pateikti naujus gaminius, kurie savo kokybe ir kaina galėtų patenkinti įvairiausius vartotojų poreikius. Darbe sprendžiami du pagrindiniai uždaviniai: glaistytųjų elektrodų glaistų kūrimas ir šiais elektrodais apvirintų sluoksnių savybių tyrimas. Pirmasis uždavinys suformuluotas, atsižvelgiant į legiruojančiųjų elementų perėjimo iš elektrodo į prilydomą metalą dėsningumų tyrimą. Antrasis siejasi su apvirintų sluoksnių lydinių struktūros ir abrazyvinio dilimo tyrimu.

Orientador: Juno Gallego / Resumo: Setores industriais, como o sucroalcooleiro e a mineração, sofrem com a grande perda de eficiência ou até a parada de seus equipamentos causada pelo desgaste abrasivo. Para que essas paradas sejam reduzidas utiliza-se de técnicas para aumentar a vida útil das peças como revestimentos duros. Os revestimentos mais comuns empregados nesses reparos são compostos de altos teores de cromo e carbono aplicados por soldagem. O presente trabalho foi analisado o comportamento ao desgaste de metal de solda endurecido por carbonetos de titânio, formados a partir de uma mistura de cavacos das ligas ASTM F67 e ASTM F136 após solda pelo processo de soldagem ao arco tungstênio em atmosfera gasosa, SATG (Gas Tungsten Arc Welding – GTAW) em uma base de aço ASTM A36. A resistência ao desgaste foi avaliada por ensaios de microabrasão, nos quais foi empregado um microabrasômetro de esfera fixa (ISO 26424). Houve uma massiva formação de carbonetos de titânio (TiC) na matriz ferrosa, reforçada pela presença de carbonetos finos. O coeficiente de desgaste para um baixo carregamento apresentou um crescimento constante enquanto para uma alta carga e distância de deslizamento apresentou um patamar de estabilização, sendo o melhor resultado apresentado pelo cordão solda ASTM F 136 de alta energia. / Mestre