Title

HIGH-VELOCITY SLURRY EROSION OF WELDED COBALT-BASED ALLOYS

EROSÃO DE ALTA VELOCIDADE EM LIGAS DE COBALTO APLICADAS POR SOLDAGEM

Authorship

Romo, Sebastian; Santa, Juan Felipe; Giraldo, Jorge Enrique; Toro, Alejandro

Romo, Sebastian

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Santa, Juan Felipe

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Giraldo, Jorge Enrique

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Toro, Alejandro

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DOI

10.5151/5463-5463-17228

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Abstract

Slurry erosion is an issue in components for pumping and power generation systems. Martensitic stainless steels have been widely used for such applications due to their corrosion resistance and moderate erosion resistance, although they must be regularly repaired by welding in order to extend their life. In this work, the slurry erosion resistance of a Co-based alloy used to repair and protect worn components by welding was tested in laboratory. The Co-based alloy was applied by manual welding onto 13Cr-4Ni steel and its slurry erosion resistance was compared to that of the substrate. The wear tests were done in a high-speed slurry erosion tester at an impact velocity of 25 ms-1 . The impingement angle varied between 15 and 90 degrees, the solids concentration of the slurry was 0.1 wt. % and the total duration of each test was 5 minutes. The microstructure of the coatings was studied by Optical and Scanning Electron Microscopy and, X-Ray Diffraction. The chemical composition was measured by Optical Emission, X-Ray Fluorescence and Energy-Dispersive Spectrometry. The slurry erosion resistance of welded Co-based alloys was higher than that of the substrate for all the studied impingement angles. The highest rationalized erosion rate was observed at an impingement angle of 45 degrees for both materials, being up to 50% lower for the Co-based weld overlays. In all cases, the worn surfaces showed ductile marks with micro-cutting as well as micro-ploughing. The microstructure of coatings was composed of M7C3 carbides in a Co-rich matrix, which suffered a phase transformation during wear process.

A erosão é um problema em componentes para sistemas de bombeamento e geração de energia. Os aços inoxidáveis martensíticos têm sido amplamente utilizados para essas aplicações devido à sua boa resistência à corrosão e moderada resistência à erosão, embora os componentes devam ser regularmente reparados por soldagem a fim de prolongar a sua vida. Neste trabalho, a resistência à erosão de uma liga de Cobalto usada para reparar e proteger os componentes desgastados por soldagem foi testado em laboratório. A liga de cobalto foi aplicada por soldagem manual em aço 13Cr-4Ni e sua resistência à erosão em meio lamacento foi comparada com a do substrato. Os testes de desgaste foram realizados em uma máquina de erosão em meio lamacento com uma velocidade meia de impacto de 25 m·s-1 . O ângulo de impacto variou entre 15 e 90 graus, a concentração de sólidos da lama foi de 0.1% em peso e da duração total de cada teste foi de 5 minutos. A microestrutura dos depósitos de solda foi estudada por Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura e Difração de Raios X. A composição química foi determinada por espectrometria de emissão óptica, de energia dispersiva de Raios X (EDX) e de Fluorescência de Raios X (XRF). A resistência à erosão de ligas de Cobalto foi maior do que a do substrato para todos os ângulos estudados. A maior taxa de erosão racionalizada foi observada em um ângulo de incidência de 45 graus para ambos os materiais, sendo seu valor 50% menor para a liga de Cobalto. Em todos os casos, as superfícies desgastadas mostraram marcas dúcteis de micro corte e micro arado. A microestrutura dos revestimentos foi composta por carbonetos do tipo M23C6 numa matriz rica em Cobalto, a qual sofreu uma transformação de fase durante o processo de desgaste.

Keywords

Slurry erosion; Co-based alloy; Stainless steel.

Erosão em meio lamacento, Liga de Cobalto, Aço inoxidável.