Диссертация (1025447), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Результаты анализа приведены в Таблице 4.4 и на Рис. 4.13 и 4.14.Таблица 4.4.Результаты химического анализа изломовЛигатура%базовый-Л/NiЛ/Ni-WC0,03Л/Ni-TiNЛ/NiЛ/Ni-WCЛ/Ni-TiNАнализХимический элемент, масс.%, об.0,04MnSiNiTiW---1,02-1,43 0,00-0,31 0,00-0,601,240,170,29--0,77-1,53 0.01-0,14 0,32-0,581,090,050,42-0,23-0,510,350,97-1,13 0,22-0,491,030,40,62-1,26 0,09-0,41 0,29-0,61 0,08-0,180,950,240,460,14-1,30-2,04 0,18-0,42 0,06-0,631,670,280,38--1,04-1,45 0,05-0,22 0,14-0,911,210,130,56-0,22-0.330,270,78-1,14 0,15-0,30 0,39-0,650,990,190,51следы-химическогосоставаметаллашвасварныхсоединений,выполненных с использованием лигатуры, показал присутствие никеля во всехобразцах, что свидетельствует об усвоении лигатуры сварочной ванной.
Никельне может поступать в сварочную ванну из свариваемых и основных сварочныхматериалов (электродная проволока, флюс) в связи с его отсутствием в ихсоставе. Кроме того, следует отметить наличие составе металла шва элементов,106характерных для наноразмерных частиц (Таблица 4.4), что свидетельствует опереходе наноразмерных частиц в металл шва.масс.%Kкг, об.%0,30,4Рис.
4.13.Результаты химического анализа на содержание кремния:■ – минимальное значение, масс.%;■ – разброс значений, масс.%Коэффициент перехода никеля в металл шва (отношение количества никеля,содержащегося в металле шва, к количеству вводимого никеля), при применениилигатуры Л/Ni составляет 24-26% и не зависит от количества вводимой лигатуры(Рис. 4.15). Применение лигатуры, содержащей наноразмерные частицы,приводит к изменению коэффициент перехода никеля в металл шва. Такприменение лигатуры Л/Ni-WC приводит к увеличению коэффициента переходаникелявметаллшвадо35и41%при107масс.%Kкг, об.%0,30,4Рис. 4.14Результаты химического анализа на содержание марганца:■ – минимальное значение, масс.%;■ – разброс значений, масс.%%Kкг, об.%0,30,4Рис. 4.15.Коэффициент перехода никеля в металл шва108введении Л/Ni-WC 0,03 об.
% и 0,04 об. % соответственно. При этом, применениеЛ/Ni-TiN приводит к увеличению коэффициента перехода никеля в металл швадо 65 и 48% при введении Л/Ni- TiN 0,03 об. % и 0,04 об. % соответственно.Таким образом, наличие наноразмерных частиц в составе лигатуры способствуетувеличению перехода никеля в металл шва.Легирование металла шва никелем через лигатуру Л/Ni приводит кперераспределению количества кремния и марганца. Например, введение никеляв сварочную ванну до 0,55 масс.% приводит к увеличению марганца на 20 % (с1,03 масс.% до 1,24 масс.%).
Дальнейшее увеличение количества вводимойлигатуры Л/Ni, приводящее к увеличению содержание никеля в металле шва до0,38 масс.%, приводит к пропорциональному росту количества марганца вметалле шва до 1,67 масс.% (количество марганца увеличивается на 35 % приувеличении содержания никеля в металле шва на 30%). Применение лигатурЛ/Ni-WC и Л/Ni-TiN приводит к ограничению легирования металла швамарганцам.
Содержание марганца в металле шва, выполненного с применениемлигатур Л/Ni-WC и Л/Ni-TiN, остается на уровне базового образца.Кремний, с точки зрения металлургических процессов, является активнымраскислителем [92], который, в первую очередь, взаимодействует с кислородом,находящимся в сварочной ванне. При использовании лигатуры в качествеприсадочного материала, укладываемого в разделку перед сваркой, в сварочнуюванну попадает воздух, находящийся между частицами лигатуры. В связи с этим,при использовании лигатуры наблюдается снижение содержания кремния вметалле шва (Рис. 4.13). Следует отметить, что при использовании лигатурыЛ/Ni-WC содержание кремния снижается, по сравнению с металлом швасварного соединения, выполненного с применением лигатуры Л/Ni.
Такоеснижение количества кремния может быть связано с тем, что наличиенаноразмерных частиц карбида вольфрама, имеющих повышенную плотность(15,8 г/см3), способствует увеличению времени пребывания частиц лигатуры всварочной ванне, что повышает коэффициент перехода никеля в металл шва, нотакже может приводить к большей загрязненности металла шва кислородом.109Кислород, попадающий в расплав сварочной ванны, взаимодействует скремнием с образованием оксида кремния, который всплывает и входит в составшлака, таким образом приводя к снижению количества кремния в расплавеметалла шва. Увеличение количества лигатуры приводит к более плотному еерасположению и, тем самым, к уменьшению кислорода, попадающего в расплавсварочной ванны.
Поэтому при увеличении количества лигатуры на 33% (с 0.03об.% до 0,04 об. %) наблюдается повышение количества кремния на 65% (с 0,17масс.% до 0,28 масс.%), при использовании лигатуры Л/Ni, и почти в 2,5 раза (с0,05 масс.% до 0,13 масс.%) при использовании лигатуры Л/Ni-WC.Применение лигатуры Л/Ni-TiN влияет на содержание кремния иначе, чемпри использовании лигатур Л/Ni и Л/Ni-WC. При введении лигатуры Л/Ni-TiNсодержание кремния в металле шва существенно выше, чем при использованиилигатуры Л/Ni-WC. Причиной такого явления может служить диссоциациянитрида титана с высвобождением титана, возможность которой была показанапри моделировании в Главе 2. Высвободившийся титан является более активнымэлементом, чем кремний, и выступает в роли раскислителя, тем самым сохраняякремний в металле шва.
Подтверждением таких выводов служат результатымоделирования, а также наличие пор в металле шва. При использовании 0,04об.% Л/Ni-TiN, в металле шва наблюдается образование газовых каналов (Рис.4.16), что, вероятнее всего, является причиной снижения количества кремния вметалле шва. Для более детального рассмотрения этого процесса провели анализстенок газового канала.На стенках газовых каналов (Рис. 4.17, а) присутствуют сферическиевключения (Рис. 4.17, б), в состав которых входа титан, кремний, марганец икислород (Таблица 4.5, точка 1).
Результаты химического анализа сферическихвключенийпозволяетинтерпретироватьихкакнеметаллические110Рис. 4.16.Газовые каналы на срезе сварного шва: образец Л/Ni-TiN с Kv=0,04 об.%а)б)Рис. 4.17.Стенка газового канала в металле шва сварных соединений, выпиленных свведением в расплав сварочной ванны 0,04 об. % лигатуры Л/Ni-TiN (а-х150,б-х5000)включения, являющиеся результатом раскисления расплава сварочной ванны.Таким образом кремний располагается в составе неметаллических включений постенкам газовых каналов, что приводит к снижению его количества в металле111шва (Рис. 4.13).
Анализ химического состава стенок канала показывает наличиеникеля, который более интенсивно усваивается металлом шва при образованиигазовых включений, что является причиной роста коэффициента переходаникеля при использовании лигатуры Л/Ni-TiN. Следует отметить отсутствиетитана в составе металла, формирующего стенку канала (Таблица 4.5), чтосвидетельствует об интенсивном взаимодействии титана с кислородом иформировании неметаллических включений. При этом в металле шва остаютсялишь следы титана (Таблица 4.4).Таблица 4.5.Химический анализ по точкам в соответствии с Рис.
4.17, бЭлементТочка 1Точка 2Точка 3Точка 4Ti0,770,000,000,00Mn17,351,049,811,01Si11,220,008,430,00Ni0,320,770,340,84O27,560,005,250,00Примечание:обозначение точек в соответствии с Рис. 4.17, б4.4.Результаты исследования влияния наноразмерных частиц,введенных в расплав сварочной ванны через лигатуру, на структуру исвойства металла шва4.4.1. Влияние карбида вольфрама на структуру и свойства металла шваРезультаты исследования структуры и свойств металла шва, выполненногос применением лигатуры, содержащей карбид вольфрама, показывают, чтовведение наноразмерных частиц приводит к уменьшению ширины первичныхкристаллитов металла шва, а также к перестройке ферритной составляющей по112их границе.
Кроме того, присутствие карбида вольфрама способствуетстабилизации значений ширины первичных кристаллов. Все эти факторыпоказывают, что карбид вольфрама введенный в расплав сварочной ванны всоставе «Лигатуры» выступает в роли модификатора металла сварочной ванны,что в результате приводит как к росту значений ударной вязкости металла шва,так и положительно сказывается на величине разброса этих значений.Крометого,установленачувствительностькарбидавольфрамакприсутствию кислорода. Так при максимально опробованном количествелигатуры в металл шва попадает больше кислорода, находящегося впространстве между композиционными гранулами в лигатуре, в то время какколичество вводимых раскислителей (кремний и марганец) остается на прежнемуровне. При этом наблюдается формирование неметаллических включений, всостав которых входят кислород и вольфрам.
Такие неметаллические включенияобнаруживаются на изломах при фактографическом анализе. Полученныеданные свидетельтвуют о частичном окислении карбида вольфрама собразованием неметаллических включений макромасштаба. Однако даже в этомслучае наблюдается значительный (на 36 %) рост среднего значения ударнойвязкости, при снижении стабильности этих значений.Таким образом, введение наноразмерных частиц карбида вольфрама в«головную» часть сварочной ванны в составе присадочного материала«Лигатура» является целесообразным методом для улучшения механическихсвойств металла шва.
При этом следует ограничивать поступления активныхгазов в сварочную ванну или увеличить количество вводимых сильныхраскислителей. В частности, ограничение объема засыпки лигатуры может бытьполезно для уменьшения количества кислорода, попадающего в сварочнуюванну, а также для улучшения стабильности свойств по длине шва.1134.4.2. Влияние нитрида титана на структуру и свойства металла шваРезультаты исследования структуры и свойств металла шва, выполненногос применением лигатуры, содержащей нитрид титана, показывают, чтосоединение интенсивно разлагается в сварочной ванне. При этом титан вступаетво взаимодействие с другими компонентами, содержащимися в расплаве, а азотне успевает выйти из сварочной ванны, что приводит к порообразованию.
Настенках пор обнаруживаются шлаковые включения, содержащие в себе титан икремний. Предположительно, эти включения состоят из продуктов реакции этихвеществ между собой (силицид титана TiSi), а также с другими химическимэлементами, входящими в состав расплава сварочной ванны (например, оксидыTiO2, SiO2 и т.д.). Такие же шлаковые включения обнаруживаются на изломах ив пространстве между порами.Увеличение ударной вязкости можно объяснить влиянием никеля, а такжетитана, который высвободился в результате диссоциации нитрида титана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
