Диссертация (1025447), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Указанные выше особенности нанодисперсных25порошков усложняют их использование в свободном виде, поэтому для ихвведения в сварочную ванну, как правило, используют композиционные гранулы(КГ). Однако, также известен положительный опыт применения нанопорошковисходном виде [52], где частицы вводят вместе с защитным газом.КГ представляют собой комбинацию наночастицы и микрочастицы.Основное назначение микрочастицы – транспортировка наночастицы всварочную ванну, а также предотвращение ее перегрева [53]. В качествемикрочастиц используют порошки чистых металлов: никеля [54] или железа[55].Дляполучениякомпозиционныхгранулпорошоктугоплавкихнаноразмерных частиц и макрочастиц совместно обрабатывают в планетарноймельнице (Рис. 1.5). После совместной обработки с металлическими шарамитугоплавкие частицы механически сцепляются с макрочастицами.
При этомпроисходит их активация [22] и плакирование. При вводе в расплав этот слойрастворяется и улучшает смачивание наночастиц.Рис. 1.5Схема получения композиционных гранул в планетарной мельницы26Полученные композиционные гранулы вводят в состав сварочногоматериала. При этом различные исследователи опробовали разные схемывведения.Композиционныегранулыобладаютпреимуществамипереднаноразмерными частицами, такими как увеличение размера вносимогопорошка, а также некоторое экранирование частиц от перегрева. Однако ихразмер остается достаточно мал для использования их в чистом виде в качестведополнительного сварочного материала.В различных работах были предложены следующие варианты сварочныхматериалов, содержащие наноразмерные частицы:Покрытые электроды для ручной дуговой сварки [56–58]. В этомслучае композиционные гранулы совместно со связующими компонентаминаносят на покрытие электродов рутилового типа.Порошковые проволоки, для реализации процессов сварки инаплавки в защитных газах [56–62].
В этом случае композиционные гранулывводят в состав сердечника порошковой проволоки.Стержни из сварочной проволоки, покрытые композиционнымигранулами [56–58].Крупка, нарубленная из сварочной проволоки и обработанная впланетарной мельнице совместно с наноразмерными частицами [51,53,63–66].Лигатура, полученная путем прессования композиционных гранул.При этом лигатура укладывается в разделку перед сваркой [55].Керамический флюс, в состав которого вводят композиционныегранулы [23].Покрытые электроды, в обмазку которых введены наноразмерныечастицы в чистом виде [67–69];Существенное влияние на эффект модифицирования наноразмернымитугоплавкими частицами оказывает их состав.
Известен опыт применения27следующих частиц: карбид вольфрама (WC) [23,56,57,67], оксида алюминия(Al2O3) [51,60,61], карбонитрид титана (TiCN) [51,52,56–60,67,70,71].Введение наноразмерных частиц в расплав сварочной ванны при сваркенизколегированной стали приводит к диспергированию структуры металла шва[21,22,51,55–58,72]. Кроме того, применение этих частиц приводит к повышениюэксплуатационных характеристик: ударной вязкости [56–58,72] и твердости [55].Эффектдиспергированияструктурытакженаблюдаетсяприсваркекоррозионностойкой аустенитной стали [52]. Кроме того, наноразмерныечастицы могут оказывать влияние на выпадение различных фаз в структуреметалла.
Например, их введение при наплавке металла на основе аллюмидовникеля и карбида вольфрама приводит к интенсификации выделенияультрадисперсных вторичных фаз γвт-Ni3Al, что повышает износостойкость вусловиях выскокотемпературной эксплуатации. Применение наноразмерныхчастиц в процессе наплавки покрытий системы Ni-Cr-B-Si-Fe/WC приводит кизмельчению структуры металла, образованию новых упрочняющих фаз (W2C,Fe3Ni3B) [73], а также снижению величины внутренних напряжений [74].Следует отметить указанный авторами факт о том, что найти тугоплавкиенаноразмерные частицы в структуре наплавленного слоя ни одним из большогоколичества современных методов не удалось, однако последствия их введенияочевидны.Все сведения по имеющимся публикациям сведены в Таблицу 1.2.Как видно из публикаций, различные исследователи опробовали какразличные модифицирующие частицы, так и различные схемы ввода.
Все авторыуказывают на положительный эффект от введения наночастиц, при этом отмечаясложность обнаружения частиц в металле шва большинством современныхметодов.Выбор схемы ввода модифицирующих частиц имеет решпющее значение,так как большое значение имеет температура. Так, в работе [55] показано, что28эффектмодифицированияусиливаетсяпривведениичастицвнизкотемпературные области сварочной ванны.Таблица. 1.2.Опробованные варианты модифицирования при сварке и наплавке№п/пСпособсварки/наплавки1РДн.у.Сталь 20WC2РДн.у.Al2O3, Si, Ni,Ti, W3АФн.у.Сталь 20WC45678АФАФААДНМПМПИОсновнойматериалн.л.н.у.Ст3Сплавы наосновеалюминидов никеляи титанаВысокопрочныенизколегированныестали10Х15Н4АМ3Наноразмерный модификаторTiO2WCTiCNAl2O3TiCNСоставкомпозиционнойгранулыСпособвведенияПокрытие70 % Ni +электрода30 % WCСодержание Иств сварочном очнматериалеик3 мас.
% КГ вобмазкуэлектродаВ обмазку 1 мас. % вэлектродажидкоестелкоВ1,5 мас. %70 % Ni +керамичес- КГ в составе30 % WCкий флюсфлюсаПорошок, Металло3 мас. %обработан химическая TiO2 в смесиныйприсадкасовместнос крупкойвпланетарноймельницеПредвари- Данных нет70% Ni + тельнаязасыпка КГ30% WCв разделкуВсостав 0,2 мас. %шихтыКГ в составе50% Ni +порошкопорошковой50% TiCNвойпроволокипроволоки0,5 об. %Лигатура,заложенная Al2O3вAl2O3+Fe в разделку лигатурепередсваркойВсостав 0,2 – 0,5шихтымасс.%70% Ni +порошкоTiCNв30% TiCNвойсварочномпроволоки материале[56–58,75][67,68,74][23,75][65][76][59][55][60]29Таблица 1.2 (Продолжение)№п/п9101112Способсварки/наплавкиОсновнойматериалЛн.у.МАДПННержавеющая сталь(12Х18Н10Т)ПНПСплавсистемыNi-Cr-B-SiFe/WCЭШХН77ТЮР1.5.Наноразмерны Составй модификатор композиционнойгранулыTiC0,5N0,5W, Al2O3Al2O3TiCNTiC0,5N0,5+ Cr---СпособвведенияСодержание Иств сварочном очнматериалеик0,4 – 0,6 [61]масс.%TiCNвсварочномматериале0,4 масс.
% [58]TiCNвсварочномматериалеДанных нет [72]Суспензия,нанесеннаяна кромкиСовместно Данных нетсзащитнымгазомВДанных нетприсадочныйпорошковый материалДополниДанных неттельныйтрубчатыйэлектрод[52][73][14,71]Выбор схемы введения модифицирующих частицНа основе литературного обзора можно выделить следующие схемывведения наноразмерных частиц, которые можно реализовать при сварке подфлюсом:композиционные гранулы в составе керамического флюса [23];частицы рутила, совместно обработанные в планетарной мельнице сМХП [51,53,63,64];[58–61];композиционные гранулы в составе шихты порошковой проволоки30композиционные гранулы в составе лигатуры [55].1.5.1.
Композиционные гранулы в составе керамического флюсаПриреализациисваркиподфлюсомнизколегированныхнизкоуглеродистых сталей с применением наноразмерных модификаторов,авторами, такими как, А. С. Трошков, Г. Н. Соколов, С. С. Сычева, В. И. Лысак[23], предложен следующий способ введения наноразмерных модификаторов:керамические гранулы на основе никеля (70 масс. %) с наноразмернымичастицами WC (30 масс. %) добавляются в керамический флюс в количестве 1,5масс. % от массы флюса (Рис. 1.6). Флюс изготовлен по известной технологии.Его шлаковой основой является система CaF2-Al2O3-CaO-MgO.
Процесснаплавки проводился на образцы из стали 20 на постоянном токе обратнойполярности проволокой Св-08А.Рис. 1.6.Схема ввода КГ через керамический флюсИсследованиенаплавленныхобразцовсиспользованиемфлюса,содержащего модификаторы, показало уменьшение размера зерна (номер зернаувеличивается с 8 до 13), а также уменьшение количества неметаллическихвключений (примерное на 20 %) и увеличение ударной вязкости металла шва в312 раза при температуре испытания «минус» 60 °С по сравнению сиспользованием флюса без модификаторов.Применение флюса для транспортировки композиционных гранул снаноразмерными тугоплавкими частицами не оправдано по следующимпричинам:Невозможность точного дозирования количества модификатора,попадающего в сварочную ванну;Большой расход модификатора.1.5.2.
Применение металлохимической присадки при сварке под флюсомДругой подход к модифицированию при сварке под флюсом реализовалиА.М. Болдырев, В.Г. Гребенчук, Д.А. Гущин, А.Г. Ткачев, С.В. Блинов [65]. Вработепоказаноиспользованиеметаллохимическойприсадки(МХП),состоящей из стальной крупки (Св-10НМА) и 3 масс. % порошка рутила (TiO2),совместно обработанных в планетарной мельнице (Рис. 1.7). Сварку образцов изстали 10ХСНД проволокой СВ-10НМА диаметром 4 мм под флюсом АН-47выполняли за два прохода на образцах, толщиной 14 мм без разделки кромок спредварительной засыпкой МХП в зазор слоем 11 – 12 мм.Применение МХП, обработанной в высокоэнергетической планетарноймельнице с образованием нанодисперсных частиц TiO2 на поверхности крупки,привело к повышению стабильности значений предела прочности металла шва.При этом значения ударной вязкости (KCU) при температуре испытаний«минус»40⁰Сувеличилисьна20-25%посравнениюсобразцами,выполненными по базовой технологии.Предварительная засыпка МХП с нанодисперсными частицами TiO2 на ееповерхности позволяет варьировать количество вводимой присадки в широкомдиапазоне.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
