Физико-химическая кинетика взаимодействия алюминия со сталью при формировании металла шва с заданными свойствами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.10, доктор технических наук Ковтунов, Александр Иванович

• Ковтунов, Александр Иванович
• доктор технических наук
• 2011

Оглавление диссертации доктор технических наук Ковтунов, Александр Иванович

Введение

ГЛАВА 1. Взаимодействие алюминия и стали при сварке и наплавке

1.1. Структура, фазовый состав и свойства сплавов системы железо-алюминий

1.2. Предпосылки применения сплавов на основе системы железо-алюминий в качестве наплавочных материалов

1.3. Способы наплавки сплавов на основе системы железо-алюминий

1.4. Влияние алюминия на свойства металла шва при сварке стали с алюминиевым покрытием

ГЛАВА 2. Физико-химические условия управления содержанием алюминия и свойствами металла шва

2.1. Физико-химические условия рафинирования сварочной ванны от алюминия

2.1.1. Технологические приемы снижения содержания алюминия в металле шва

2.1.2 Способы рафинирования стали от алюминия при сварке плавлением

2.1.3. Физико-химические условия рафинирования сварочной ванны от алюминия галогенидами

2.1.4. Окислительное рафинирование сварочной ванны от алюминия

2.1.5. Обеспечение технологических условий для рафинирования сварочной ванны от алюминия

2.2. Предпосылки применения присадочных материалов на основе меди и никеля для сварки сталей с алюминиевым покрытием

2.2.1. Влияние алюминия и железа на свойства медной основы металла шва при сварке сталей с алюминиевым покрытием

2.2.2. Влияние алюминия и железа на свойства никелевой основы металла шва при сварке сталей с алюминиевым покрытием

2.3. Управление содержанием алюминия в наплавленном металле

2.3.1. Расчет содержания алюминия в наплавленном металле

2.3.2. Легирование наплавленного металла на основе системы железо-алюминий

ВЫВОДЫ по 2 главе

ГЛАВА 3. Исследование процессов сварки сталей с алюминиевым покрытием

3.1. Методика исследования влияния алюминия на процессы сварки и свойства сварных соединений

3.1.1. Методика исследования процессов аргонодуговой сварки сталей с алюминиевым покрытием

3.1.2. Методика исследования процессов сварки сталей, покрытых алюминием, в среде активных газов

3.1.3. Определение механических свойств сварных соединений

3.1.4. Определение химического состава сварного шва

3.2. Особенности взаимодействия алюминия и стали при аргонодуговой сварке сталей, покрытых алюминием 118 3.2.1. Влияние алюминиевого покрытия на процесс формирования сварного шва и зоны термического влияния при аргонодуговой сварке 118 3.2.2 Исследование влияния алюминия на структуру и свойства сварного соединения при аргонодуговой сварке сталей, покрытых алюминием

3.2.3. Влияние состава окислительных флюсов на процессы рафинирования при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом

3.2.4. Влияние галогенидных флюсов на процессы рафинирования при аргонодуговой сварке стали с алюминиевым покрытием

3.3. Исследование процессов рафинирования при сварке сталей, покрытых алюминием, в среде активных газов и газовых смесей

3.3.1. Исследование процессов рафинирования при сварке сталей в сре де углекислого газа

3.3.2. Исследование процессов рафинирования при сварке в среде угле кислого газа на активной флюсовой подушке

3.3.3. Исследование процессов рафинирования при сварке на активной газовой подушке

3.3.4. Технология сварки маслоохладителей трансформаторов ВЫВОДЫ по 3 главе

ГЛАВА 4. Исследование процессов сварки плавлением сталей, покрытых алюминием, с применением проволок из цветных металлов и сплавов

4.1. Исследование процессов сварки стали с алюминиевым покрытием применением медной проволоки

4.1.1. Аргонодуговая сварка с использованием медной проволоки сталей, покрытых алюминием

4.1.2. Исследование процессов сварки сталей, покрытых алюминием, среде углекислого газа с применением медной проволоки

4.2. Исследование процессов сварки сталей, покрытых алюминием с применением никелевой проволоки

4.3. Исследование процессов аргонодуговой сварки никель-хромовой проволокой стали с алюминиевым покрытием

ВЫВОДЫ по 4 главе

ГЛАВА 5. Исследование процессов наплавки сплавов на основе системы железо-алюминий

5.1. Методика исследования процессов наплавки и свойств наплавлен ного металла на основе системы железо-алюминий

5.1.1. Методика исследования процессов наплавки

5.1.2. Методика исследования эксплуатационных свойств наплавленно го металла

5.2. Технологические особенности дуговой наплавки сплавов на основе системы железо-алюминий

5.3. Влияние режимов наплавки на геометрические параметры наплавленного валика

5.4. Влияние режимов наплавки на химический состав наплавленного металла

5.5. Структура и фазовый состав наплавленного металла

5.6. Механические и эксплуатационные свойства наплавленного металла

5.7. Исследование влияния подогрева на геометрические параметры и свойства наплавленного валика

5.8. Влияние углерода на свойства наплавленного металла

5.9. Влияние термической обработки на структуру и свойства наплавленного металла 260 ВЫВОДЫ по 5 главе

ГЛАВА 6. Исследование влияния легирующих элементов на структуру и свойства наплавленного металла на основе системы железо-алюминий

6.1. Влияния магния на процессы наплавки и свойства наплавленного метала

6.2. Исследование влияния кремния на свойства наплавленного ме- 281 талла

6.3. Исследование влияния марганца на свойства наплавленного металла

6.4. Исследование влияния меди на процессы наплавки и свойства наплавленного металла

6.5. Влияния хрома на процессы формирования и свойства наплавленного металла

6.6. Исследование влияние никеля на свойства наплавленного металла на основе системы железо-алюминий

ВЫВОДЫ по 6 главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химическая кинетика взаимодействия алюминия со сталью при формировании металла шва с заданными свойствами»

Железо, алюминий и сплавы на их основе - традиционные металлы, давно применяемые в технике. Эти металлы являются самыми распространенными в земной коре. Кларк алюминия составляет около 7,45%, а железа -около 4,2%. Исходя из этого, применение этих материалов в качестве конструкционных будет актуально еще достаточно длительное время. Железо и алюминий существенно отличаются по своим физико-химическим свойствам. Благодаря этому появилась целая группа материалов, в которых оптимально сочетаются свойства указанных металлов и их сплавов. Это, прежде всего, композиционные материалы с алюминиевой матрицей и волокнами из стали и биметаллы со стальной основой и алюминиевым покрытием, а также сплавы на основе интерметаллидных фаз системы железо-алюминий.

Для многих отраслей современного машиностроения практический интерес представляет сталь, покрытая алюминием, сочетающая в себе высокие механические и эксплуатационные свойства: прочность, твердость с жаростойкостью, окалиностойкостью, стойкостью к атмосфере, содержащей серу и т.п. Такая сталь широко применяется в автомобилестроении для изготовления глушителей автомобилей и бензобаков; в химическом машиностроении -при изготовлении трубопроводов для отвода горячих продуктов горения и теплообменников; в металлургии - для изготовления деталей печей. В силу высокой коррозионной стойкости алюминированное железо применяют также в производстве радиоламп для замены никеля.

Сталь, плакированная алюминием, получила широкое распространение и за рубежом. Исходя из высокой коррозионной стойкости к нефти и нефтепродуктам возможно ее применение и для изготовления нефтегазопроводов. Это делает перспективным применение такой стали в нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности [1, 2]. Использование стали с покрытием в народном хозяйстве позволяет сократить расход дефицитных материалов, расширить возможности конструирования машин и устройств, создает условия для увеличения срока эксплуатации изделий, снижает массу и стоимость изделий [1].

Сплавы на основе алюминидов железа обладают рядом уникальных эксплуатационных свойств: высокой коррозионной стойкостью, высокой жаростойкостью и достаточно высокими показателями твердости, что позволяет сделать предположение об их повышенной износостойкости. Сплавы системы железо-алюминий могут быть использованы для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа, при повышенных температурах, в агрессивных средах [3]. Это детали горнодобывающего, металлургического, химического и нефтехимического оборудования.

Применение интерметаллидов и сплавов на их основе как конструкционных материалов затруднено по следующим причинам: свойственная ин-терметаллидам хрупкость, особенно при комнатной температуре; недостаточное в некоторых случаях сопротивление окислению; ненадежность методов проектирования и предсказания длительности эксплуатации изделий из интерметаллидов; отсутствие поставщиков качественной продукции из интерметаллидов [4]. Однако интерметаллидные сплавы системы железо-алюминий могут успешно применяться для формирования поверхностных слоев деталей, от которых требуются повышенные эксплуатационные свойства.

Значительная часть технологических процессов изготовления конструкций из таких материалов как сталь, покрытая алюминием, или же создания специальных покрытий из сплавов на основе интерметаллидов системы железо-алюминий связана со сваркой и родственными процессами (в частности, наплавкой). Успешная реализация этих процессов затруднена именно из-за снижения механических и технологических свойств стали при насыщении алюминием, а также вследствие образования ряда промежуточных интерме-таллидных фаз с низкими прочностными и пластическими свойствами.

Целью работы является расширение области применения композиций и сплавов системы железо-алюминий путем разработки научных и технологических подходов к управлению составом, структурой и свойствами металла шва при сварке сталей с алюминиевым покрытием и наплавке сплавов системы железо-алюминий.