Автореферат (1025446), страница 3
Текст из файла (страница 3)
% никеля и 30 масс. % модификатора. Такая комбинацияпозволяет ввести наноразмерные частицы в сварочную ванну, при этом частицыникеля выполняют не только транспортирующую роль, но и защищаютнаночастицы от перегрева.Экспериментальные исследования проводили при проведении модельногоэксперимента, где в разделку перед сваркой засыпали «лигатуру». А затемвыполняли сварку с использованием двух проволочных электродов (двухдуговаясварка под флюсом) (Рис. 2).Рис.
2.Схема модельного экспериментаПри таком способе создается течение металла в сварочной ванне, котороедополнительно способствует равномерному распределению нанормазмерныхчастиц по всему ее объему, и экранирует их от прямого воздействия дуги.Режимы сварки были подобраны экспериментально из соображенийобеспечения формы шва, соответствующего требованиям ГОСТ 8713: типсварного соединения С-19 при толщине свариваемых пластин из Ст3сп(ГОСТ 380) 10 мм. Режимы сварки были следующие: на первой дуге сила тока630 – 670 А, ток постоянный, обратной полярности (DC+), напряжение на дуге27 – 29 В, угол наклона электрода 90 °; на второй дуге: сила тока 600 – 650 А, токпеременный, баланс 25 % (AC 25%), напряжение на дуге 31 – 33 В, скоростьсварки 76,2 см/мин, угол наклона второго электрода 60 °.Комбинация сварочная проволока и флюс (L-61 и 761) выбраны исходя изусловия получения шва за один проход и, согласно данным производителя,обеспечивают химический состав наплавленного металла, приведенный вТаблице 1.9Таблица 1.Химический состав наплавленного металлаХимическийУглерод Марганец Кремний Фосфор СераЖелезоэлементмасс.%0,081,70,9<0.03 <0.025 ОстальноеДля установления степени влияния наноразмерных частиц привыполнении экспериментальных исследований количество композиционныхгранул, вводимых в расплав сварочной ванны, варьировалось от 0,03 до0,04 об.% (Таблица 2).
Кроме того, были выполнены образцы без модификатора(базовый вариант), а также образцы, в которых использовали порошки чистогоникеля (ПНЭ-1 ГОСТ 9722-97).Таблица 2.ЛигатураБазовыйЛ/NiЛ/Ni-WCЛ/Ni-TiNЛ/NiЛ/Ni-WCЛ/Ni-TiNОпробованные варианты засыпкиВысотаМассаКн,кг,засыпки, ммзасыпки, г масс.%об.%4,8220,035,120,293,110,185,4830,045,910,344,670,27КNi,масс.%1,101,170,711,561,351,06Такой диапазон количества композиционных гранул выбран изсоображения обеспечения их стабильного дозирования с одной стороны, а сдругой ограниченно количество вводимого никеля на уровне 1,5 масс.% (т.к.
припревышении этого значения влияние никеля становится преобладающим).Полученные образцы подвергали испытанию на ударный изгиб (образцы сV-образным надрезом по ГОСТ 6996) при температуре испытаний - 20 °С, атакже исследованию структуры. Фрактографический анализ изломов послеиспытаний на ударный изгиб проводили с использованием электронноймикроскопии. Также на изломах проводили химический анализ металла шва.Четвертая глава содержит данные о проведении исследований влияниянаноразмерных частиц на структуру и механические свойства металла шва привведении частиц в головную часть сварочной ванны с использованием«лигатуры».10Анализ структуры металла шва показал, что при введении наноразмерныхчастиц карбида вольфрама наблюдается измельчение зерна: средняя ширинапервичных кристаллов уменьшается не менее чем в 2 раза.
При этом структурастановится более равномерной, что положительно сказывается на пластическиххарактеристиках. При введении нитрида титана также наблюдается уменьшениесредней ширины первичных кристаллов, однако разброс значений ширинырастет.Введение в расплав сварочной ванны порошка никеля в суммарномколичестве 1,10 – 1,56 масс. % приводит к незначительному росту среднегозначения ударной вязкости металла шва на 13 и 7 % соответственно посравнению с базовым вариантом. При этом наблюдается снижение стабильностиее значений (Рис. 3).
Незначительное влияние никеля на ударную вязкостьметалла шва объясняется его малым количеством при большом содержаниимарганца в наплавленном металле. Кроме того, применение «лигатуры» в видепорошка никеля приводит к снижению содержания кремния в металле швапрактически на треть, при этом изменение содержания марганца не наблюдается(Таблица 3). Такое явление связано с поступлением в расплав сварочной ванныдополнительного кислорода, находящегося между частицами «лигатуры».Значения ударной вязкостиДж/см2Kкг, об.%0,30,4Рис.
3.Результаты испытаний на ударную вязкость при температуре «минус» 20 °С:– минимальное значение ударной вязкости, Дж/см2; - разброс значенийударной вязкости11Применение «лигатуры», в состав которой введены наноразмерныечастицы карбида вольфрама, приводит к увеличению среднего значения ударнойвязкости металла шва на 26 и 36 % по сравнению с базовым вариантом, и на 12и 26 % по сравнению с использованием «лигатуры» из порошка никелясоответственно (Рис.
3). При этом стоит отметить, что при введении меньшегоколичества «лигатуры» с карбидом вольфрама разброс значений снижается на39 % относительно базового варианта. Также следует отметить, что содержаниекремния в металле шва с увеличением количества частиц карбида вольфрамапрактически не изменяется (Таблица 3). При фрактографическом анализе былообнаружено содержание вольфрама в металле шва. При этом в неметаллическихвключениях, обнаруженных в металле шва, вольфрам не найден.Таким образом, введение карбида вольфрама через «лигатуру» позволяетсохранить его стабильность, модифицировать структуру металла шва и повыситьударную вязкость на 26 – 36 % при снижении разброса значений, что объясняетсяего влиянием на структуру.Таблица 3.ЛигатурабазовыйРезультаты химического анализа изломовХимический элемент, масс.%, об.MnSiNiTi%-Л/NiЛ/Ni-WC0,03Л/Ni-TiNЛ/NiЛ/Ni-WCЛ/Ni-TiN0,040,97-1,131,031,02-1,431,240,77-1,531,090,62-1,260,951,30-2,041,671,04-1,451,210,78-1,140,990,22-0,490,40,00-0,310,170.01-0,140,050,09-0,410,240,18-0,420,280,05-0,220,130,15-0,300,190,00-0,600,290,32-0,580,420,29-0,610,460,06-0,630,380,14-0,910,560,39-0,650,51W-----0,23-0,510,350,08-0,180,14----0,22-0.330,27следы-Введение наноразмерных частиц нитрида титана в составе «лигатуры»приводит к образованию пор в металле шва.
При этом с ростом количествавводимых частиц увеличивается пористость, вплоть до образования газовыхканалов с частичным выходом на поверхность сварного шва при введениимаксимально опробованного количества нитрида титана (0,27 масс. %).12Анализ стенки газового канала в металле шва, выполненного сприменением лигатуры Л/Ni-TiN, проводили при анализе изломов, полученныхпосле испытаний на ударную вязкость. На стенках газовых каналов (Рис. 4, а)присутствуют шарообразные включения (Рис.
4, б), что заметно нафрактограммах излома. Результаты химического анализа этих включенийпоказали присутствие в их составе таких химических элементов как титан,кремний, марганец и кислород (Таблица 4, точка 1), что позволяетинтерпретировать их как включения шлака, образовавшиеся в результатевзаимодействия титана и кремния между собой и кислородом. Также следуетотметить, что по всей стенке канала видны следы никеля (Таблица 4, точки 2, 3и 4).а)б)Рис. 4.Фрактограмма и химически анализ стенки поры; образец Л/Ni-TiN, Kvкг=0,04об.%Таблица 4.Химический анализ по точкам в соответствии с Рис.
4, бЭлементТочка 1Точка 2Точка 3Точка 4Ti0,770,000,000,00Mn17,351,049,811,01Si11,220,008,430,00Ni0,320,770,340,84O27,560,005,250,00Источником никеля и титана являются композиционные гранулы, т.к. этиэлементы отсутствуют в составе электродных проволок, а также в основном13металле. Поэтому полученные результаты косвенно свидетельствуют обинтенсивном процессе диссоциации частиц нитрида титана и протеканиереакций взаимодействия продуктов этой диссоциацией с другими химическимиэлементами, входящим в состав расплава сварочной ванны.Результаты оценки химического состава металла шва также проводили поизломам в зонах между газовыми включениями, и они представлены в Таблице 3.Видно, что введение в расплав сварочной ванны композиционных гранул,содержащих частицы нитрида титана, не влияет на содержание марганца, однакоприводит к снижению количества кремния в металле шва, а также к появлениюв металле шва никеля. Это свидетельствует об усвоении композиционных гранулрасплавом сварочной ванны, а также о взаимодействии кремния с титаном икислородом с образованием шлаковых включений и его выводу из расплава.Причем, чем выше количество вводимых частиц нитрида титана, тем большекремния связывается в шлаковые включения (Таблица 3).
Кроме того, шлаковыевключения присутствуют в металле шва всех образцов, где используется нитридтитана. Результаты экспериментов согласуются с выводами, полученными в ходепроведения моделирования.Не смотря на наличие пор в металле швов, выполненных с применениемнитрида титана, их ударная вязкость оказалась выше средних значений базовоговарианта (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
