Модифицирование металла шва наноразмерными частицами карбида вольфрама и нитрида титана при сварке под флюсом низколегированных низкоуглеродистых сталей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.10, кандидат наук Панкратов Александр Сергеевич

• Панкратов Александр Сергеевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Панкратов Александр Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЛИТОГО МЕТАЛЛА В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ И СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

1.1. Постановка проблемы (объект исследования и требования к нему)

1.2. Общие понятия о воздействии на кристаллизующийся расплав

1.3. Классификация процессов модифицирования

1.4. Модифицирование наноразмерными тугоплавкими частицами

1.5. Выбор схемы введения модифицирующих частиц

1.5.1. Композиционные гранулы в составе керамического флюса

1.5.2. Применение металлохимической присадки при сварке под флюсом

1.5.3. Композиционные гранулы в составе шихты порошковой проволоки

1.5.4. Лигатура

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ В УСЛОВИЯХ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ

2.1. Введение

2.2. Физико-химические свойства наноразмерных модификаторов

2.3. Проведение моделирования

2.3.1. Задание исходных данных

2.3.2. Выполнение расчетов и их результаты

2.4. Выводы по Главе

ГЛАВА 3. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

3.1. Оборудование и материалы

3.2. Подбор параметров режима сварки

3.3. Влияние лигатуры на формирование шва при двухдуговой сварке под флюсом

3.4. Отработка режимов двухдуговой сварки под флюсом с применением лигатуры

3.5. Выполнение сварных соединений

3.6. Методика анализа структурных составляющих металла шва и околошовной зоны

3.7. Методика анализа результатов испытаний на ударную вязкость

3.8. Методика проведения химического анализа металла шва

3.9. Выводы по Главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ

4.1. Результаты анализа структуры металла шва и околошовной зоны

4.2. Результаты испытаний металла шва сварных соединений на ударную вязкость

4.2.1. Фрактографические исследования поверхности излома

4.3. Результаты химического анализа

4.4. Результаты исследования влияния наноразмерных частиц, введенных в расплав сварочной ванны через лигатуру, на структуру и свойства металла шва

4.4.1. Влияние карбида вольфрама на структуру и свойства металла шва

4.4.2. Влияние нитрида титана на структуру и свойства металла шва

4.5. Технологические рекомендации по применению лигатуры,

содержащей наноразмерные частицы

Общие выводы и рекомендации

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

НТД - нормативно-техническая документация.

ПММ - порошковый присадочный материал.

РЗМ - редкоземельные металлы.

КГ - композиционные гранулы.

МХП - металлохимическая присадка.

РД - ручная дуговая сварка покрытыми электродами;

АФ - автоматическая сварка под флюсом;

ААДН - автоматическая аргонодуговая наплавка;

МП - механизированная сварка плавящимся электродом в среде активных газов и смесях;

МПИ - механизированная наплавка порошковой проволокой в среде инертных газов и смесях

Л - лазерная сварка

ПНП - плазменная наплавка порошком

МАДПН - механизированная аргонодуговая наплавка плавящимся электродом

ЭШ - электрошлаковая сварка

н.у. - низкоуглеродистая сталь

н.л. - низколегированная сталь

РЭМ - растровая электронная микроскопия

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модифицирование металла шва наноразмерными частицами карбида вольфрама и нитрида титана при сварке под флюсом низколегированных низкоуглеродистых сталей»

АКТУАЛЬНОСТЬ.

Растущие объемы строительства опасных и ответственных сварных металлоконструкций в условиях низких температур накладывают дополнительные требования на механические характеристики сварных соединений, в частности, ударную вязкость сварного шва и стабильность ее значений. Одним из способов сварки, широко применяемым на таких объектах, является автоматическая дуговая сварка под слоем флюса. Однако применение этого способа может вызвать интенсивный рост зерна в шве и околошовной зоне (ОШЗ) вследствие большого тепловложения, что ведет к падению значений ударной вязкости.

Одним из перспективных способов воздействия на механические характеристики металла шва является его модифицирование. Модифицирование металла шва позволяет улучшить механические свойства, и, в частности, ударную вязкость. При этом применение элементов-модификаторов может не вызывать значительного удорожания сварочных материалов по сравнению с традиционными подходами (например, легированием никелем).

Из четырех основных типов модификаторов наибольший интерес при сварке представляют собой модификаторы, выступающие в качестве центров кристаллизации. Для этого размер частиц для ввода их в готовом виде должен быть достаточно мал (не более 500 нм). Традиционно для этого применяли подход, при котором в расплав сварочной ванны вводили химические элементы, которые реагировали в реакционной части сварочной ванны с образованием тугоплавких соединений искомого размера и концентрации. Однако при таком подходе сложно контролировать формирование тугоплавких частиц требуемого размера и состава. Образование тугоплавких составляющих зависит от температурных и временных параметров их возникновения. Особый интерес представляет введение таких соединений в готовом виде. Однако это стало возможным только за счёт развития нанотехнологий. Аналитический обзор

показал, что в данном направлении существует заинтересованность исследователей, однако работы в основном носят поисковый характер.

Из вышеизложенного следует, что разработка технологии сварки с применением наноразмерных элементов-модификаторов имеет исключительную актуальность.

Актуальность выбранной темы диссертационного исследования подтверждается его выполнением в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014 - 2020 годы» по теме «Разработка принципов модифицирования металла шва сварных соединений низкоуглеродистых низколегированных сталей за счет применения наноразмерных частиц» (Соглашение № 14.548.21.0216 от 28.09.2016 г., уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI57816X0216).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - повышение ударной вязкости металла шва сварных соединений из низкоуглеродистых низколегированных сталей за счет модифицирования металла шва наноразмерными частицами.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена на 134 страницах машинописного текста, иллюстрируется 57 рисунками, содержит 18 таблиц, состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы (97 наименований).

В первой главе проведен анализ особенностей модифицирования литого металла, в том числе металла шва. Сформирован подход к современным представлениям о модифицировании. Выбраны типы наноразмерных частиц для модифицирования металла шва, выбрана схема введения наноразмерных частиц в расплав сварочной ванны. Сформулированы цели и задачи работы. Во второй главе выполнено моделирование поведения вещества, из которого состоят наноразмерные частицы в условиях расплава сварочной ванны. В третьей главе выбраны оборудование и материалы для проведения исследований, проведен

подбор параметров режима для выполнения экспериментов и проведена их отработка. Описана методика анализа полученных результатов. В четвертой главе приведены результаты анализа структур металла шва, результаты испытаний на ударную вязкость металла шва, результаты химического анализа, обобщены полученные результаты. А также приведены технологические рекомендации по применению лигатуры, содержащей наноразмерные частицы, при автоматической сварке под флюсом с целью повышения ударной вязкости металла шва.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ: результаты работы получены путем теоретических и экспериментальных исследований. Эксперименты по сварке проводили с применением оборудования для автоматической двухдуговой сварки под слоем флюса. Металлографический анализ структуры сварного шва проводили с использованием оптических микроскопов Биомед-2 и Axiovert 200. Механические свойства металла шва определяли путём испытаний образцов типа X на ударный изгиб (ГОСТ 6696) на копре маятниковом ИО 5003-0.3 при температуре испытаний - 20 °С. Исследования фрактограмм изломов получали на электронных микроскопах Helios, ESCAN VEGA II с системой рентгеноспектрального микроанализа Oxford INCA Energy 350. Обработку полученных данных проводили с использованием стандартных программ Microsoft Excel, MathCAD и AutoCAD.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДОВ подтверждается использованием апробированных методик, современного поверенного оборудования, совпадением расчетных и экспериментальных данных, а также результатом опытных сварок.

ЦЕННОСТЬ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ: показана перспективность применения наноразмерных частиц карбида вольфрама для модифицирования металла шва при автоматической сварке под флюсом с целью повышения значений ударной вязкости. Даны практические рекомендации по введению наноразмерных частиц в расплав сварочной ванны.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:

1. Показано, что введение наноразмерных частиц в сварочную ванну через лигатуру, предварительно расположенную в разделке, обеспечивает модифицирование металла шва и рост значений ударной вязкости.

2. Установлено, что частицы нитрида титана при их введении в головную часть сварочной ванны диссоциируют с образованием титана и азота. При этом титан участвует в процессах раскисления и легирования металла шва, а азот формирует газовые полости (поры, каналы), что приводит к увеличению разброса значений ударной вязкости.

3. Установлено, что частицы карбида вольфрама при их введении в головную часть сварочной ванны сохраняются в металле шва и выполняют функцию модифицирования, что приводит к снижению как размера зерна не менее, чем в 2 раза, так и к снижению разброса этого показателя и, как следствие, к увеличению среднего значения ударной вязкости не менее чем на 35 % и снижению разбросу ее значений не менее чем на 40 %.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключается в следующем: предложен вариант введения наноразмерных частиц карбида вольфрама в расплав сварочной ванны при автоматической сварке под флюсом. Показана нецелесообразность увеличения площади засыпки больше чем 7 мм2. Результаты работы были использованы при разработке электродной и присадочной порошковой проволоки, содержащей наноразмерные частицы в шихте. Результаты работы приняты к внедрению при производстве присадочной и электродной проволоки, в шихту которых введены наноразмерные частицы в ООО «НИИМонтаж» (г. Краснодар).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе 3 в изданиях ВАК РФ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены на VI Международной конференции молодых ученых «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2013 г.), VII Международной конференции молодых ученых

«Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2014 г.), VII Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2015 г.), IX Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2016 г.), Международной научно-практической конференции «Технические науки: научные приоритеты ученых» (г. Пермь, 2016), III Международной научно-практической конференции «Новые технологии и проблемы технических наук» (г. Красноярск, 2016 г.) и на научном семинаре кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 2016).

ГЛАВА 1. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЛИТОГО МЕТАЛЛА В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ И СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

1.1. Постановка проблемы (объект исследования и требования к нему)

Растущие объемы строительства опасных и ответственных сварных металлоконструкций, таких как трубопроводы, мосты и резервуары в условиях низких температур накладывают дополнительные требования на механические характеристики сварных соединений, в частности, ударную вязкость и стабильность ее значений.

Требуемые значения ударной вязкости регламентируются нормативно-технической документацией (НТД) и зависят от типа объекта и условий его эксплуатации (Таблица 1.1). Так, при строительстве стальных резервуаров для хранения нефти ударная вязкость образцов с острым надрезом (КСУ) должна быть не менее 35 Дж/см2 для сталей с пределом текучести до 360 МПа и не менее 50 Дж/см2 для сталей с пределом текучести свыше 360 МПа при температуре испытаний «минус» 20 °С [1]. Для магистральных газо- и нефтепроводов минимальное значений ударной вязкости должно составлять 49 и 50 Дж/см2 при температуре испытаний «минус» 20 °С соответственно [2 - 5]

Таблица 1.1.

Величина ударной вязкости для опасных производственных объектов

№ п/п Объект Значение Температура испытаний Ссылка

1. Стальные резервуары для хранения нефти не менее 35 Дж/см2 для сталей с пределом текучести до 360 МПа «минус» [1]

не менее 50 Дж/см2 для сталей с пределом текучести свыше 360 МПа 20 °С

Таблица 1.1 (Продолжение)

№ п/п Объект Значение Температура испытаний Ссылка

о « о а с <D не менее 49 Дж/см2 для К54 (среднее арифмет, минимальное значение меньше на 5 от номин.) [2]

2. Н <D К Ж Я к л ^ о К (-1 cd не менее 62 Дж/см2 для К54 - К56 (среднее арифмет, минимальное значение меньше на 5 от номин.) «минус» 20 °С

Среднее 56 Дж/см2, мин 42 для К56 [3]

Среднее не менее 62 Дж/см2 минимальное 47 Дж/см2 [4]

3. Ж Л ° м И й ° о Л не менее 50 Дж/см2 для р=8,3.. .9,8 МПа (минимально 37) «минус» [5]

^ С О о К 1-1 <3 cd ^ не менее 34,4 Дж/см2 для р=1,2.. .8,3 МПа (минимальное 29,4) 20 °С

Одним из способов сварки, применяемым при выполнении работ на таких объектах, является автоматическая дуговая сварка под слоем флюса. Основные применяемые в промышленности схемы сварки под флюсом обладают большой производительностью при хорошем качестве сварного шва (Рис. 1.1). Анализ производительности показывает (Рис. 1.2), что наибольший прирост по производительности дает метод сварки с дополнением металлического порошка (ППМ) (до 200 % относительно однодуговой [6]). Основным недостатком этого метода является развитая поверхность присадки, в связи с чем возможно загрязнение металла шва окислами.

Следующая за сваркой с ППМ двухэлектродная сварка согласно данным компании Lincoln Electric (США) дает прирост в производительности до 60 %. К

недостаткам этого способа можно отнести то, что для его реализации требуются механизмы подачи и токоподводы специальной конструкции, что увеличивает стоимость оборудования.

в) г)

Рис. 1.1.

Основные применяемые в промышленности схемы сварки под флюсом:

а) дуговая сварка под флюсом проволочным электродом (однодуговая);

б) Дуговая сварка под флюсом нескольким проволочными электродами:

сварка несколькими головками (двухдуговая);

в) Дуговая сварка под флюсом нескольким проволочными электродами:

сварка несколькими электродами (двухэлектродная); г) Дуговая сварка под флюсом с добавлением металлического

порошка (ППМ)

Большой интерес представляет собой дуговая сварка под флюсом нескольким проволочными электродами: сварка несколькими головками, или многодуговая. Прирост производительности составляет до 40 %. При этом независимая настройка параметров режима на каждом из электродов позволяет

гибко воздействовать на шов. Для реализации такого метода сварки нет необходимости в использовании специальных комплектующих.

%

200

150

100 50 0

Од в о дуговая Двухдуговая ДвуЕэлекгродвая ППМ

Рис. 1.2.

Сравнение производительности для различных способов сварки под флюсом

Однако, есть существенная особенность для этого способа сварки: интенсивный рост зерна как во шве, так и околошовной зоне под воздействием сварочного термического цикла (Рис. 1.3). Это ведет к падению пластических свойств, и, как следствие, ударной вязкости металла шва и околошовной зоны.

Для повышения ударной вязкости околошовной зоны успешно применяют различные технологические приемы:

- металлохимическая присадка;

- сварка с дополнительной горячей присадкой;

- применение порошковой проволоки в качестве электродной и т.д.

2

Рис. 1.3.

Зоны сварного соединения 1) наплавленный металл (Т>1500 °С);

2) участок полного расплавления (Т>1500 °С);

3) участок перегрева (1100 °С<Т<1500 °С);

4) участок нормализации (900 °С<Т<1100 °С)

Все эти приемы, успешно применяемые в промышленности, направлены на отбор излишка тепла из сварочной ванны, что изменяет сварочный термический цикл, тем самым сдерживая рост зерна.

Данная работа посвящена воздействию на металл шва с целью повышения его пластических свойств.

1.2. Общие понятия о воздействии на кристаллизующийся расплав

Модифицирование и комплексное легирование - одни из основных способов воздействия на расплав для получения в литом металле требуемых свойств.

Модифицирование - измельчение структуры металлов и сплавов при помощи примесей, специально вводимых в расплав или формирующихся в нем под влиянием добавок. При этом эти примеси (как вводимые, так и

образующиеся в расплаве) называются модификаторами [7]. Количество вводимых элементов при модифицировании составляет не более 0,1 масс.%, что соответствует микролегированию. Однако при микролегировании реализуется два механизма упрочнения: легирование твердого раствора и дисперсионное твердение, а модифицирование влияет исключительно на размер фаз, не оказывая воздействия на фазовый состав кристаллизующихся сплавов [8]. Измельчение структурных составляющих улучшает механические свойства металла.

Легирование - введение добавок в металлы и сплавы для придания им определенных свойств (физических, химических и механических). При этом при легировании вводят в сплав от 0,2 масс.% и более легирующего элемента. Также существует понятие микролегирования, под которым обычно подразумевают введение отдельных элементов и их соединений, остаточное содержание которых не превышает 0,1 масс.% и оказывает значительное влияние на процессы, протекающие в твердой фазе [8].

Оба способа воздействия широко применяются в металлургии при выплавке широкого спектра сплавов. Так, модифицирование редкоземельными металлами (РЗМ) при выплавке трубных низкоуглеродистых низколегированных сталей позволяет повысить значение ударной вязкости, а также повышает стойкость стали к коррозионному растрескиванию под напряжением [9]. При этом уменьшается степень загрязненности неметаллическими включениями, и они приобретают сферическую форму. Модифицирование белого чугуна калий-стронцевым карбонатом (Са^г)С03, ферробором, силикокальцием и бор-титановой лигатурой увеличивает его жидкотекучесть и трещиностойкость [10]. При этом улучшаются эксплуатационные характеристики исследуемых чугунов.

В сварочной отрасли также успешно применяется подход легирования для получения требуемых свойств металла шва. Так, известен положительный опыт повышения ударной вязкости металла шва легированием расплава сварочной ванны никелем. Увеличение содержания никеля в шве существенно повышает

ударную вязкость [11]. Так, например, увеличение содержания никеля в шве от 0 до 1 масс.% приводит к формированию мелкодисперсной и однородной структуры металла шва, что в конечном итоге позволяет повысить значение ударной вязкости почти в 2 раза (при температуре испытаний «минус» 40 °С).

Применение легирования приводит к увеличению стоимости сварочных материалов в среднем на 30% и более. В то время как модифицирование металла шва может не оказать существенного влияния на состав и стоимость сварочных материалов, обеспечивающих значение ударной вязкости на должном уровне. В связи с этим модифицирование металла шва представляет собой особый интерес.

1.3. Классификация процессов модифицирования

В зависимости от вида модификатора процессы модифицирования могут протекать по разным механизмам [12]. Существует два основных механизма: в первом в расплавленный металл вводятся примеси, приводящих к созданию легкоплавких составляющих эвтектического типа, которые создают перед растущими дендритами прослойки с более низкой температурой кристаллизации [12]. Второй механизм связан с присутствием в металле шва дисперсных тугоплавких частиц. При этом тугоплавкие частицы могут образовываться непосредственно в расплаве за счет специальной системы легирования [12,13], а также поступать в расплав в виде дисперсных порошков [14].

В связи с этим модификаторы по их действию можно классифицировать на четыре группы:

- Поверхностно-активные элементы;

- «Эвтектики»;

- «Холодильники»;

- Тугоплавкие частицы.

Поверхностно-активные элементы

Ряд исследователей [8] придают большое значение растворенным, так называемым поверхностно-активным металлам, адсорбируемым отдельными гранями растущих кристаллов.

По мнению П.А. Ребиндера, такого рода примеси способны не только тормозить рост кристаллов, но благодаря избирательности их адсорбции отдельными гранями растущего кристалла и влиять на его морфологию: препятствовать развитию кристаллов игольчатой или пластинчатой формы, способствовать сфериодизации избыточной фазы. Примером поверхностно-активных элементов для сплавов на основе железа и никеля могут служить редкоземельные металлы (К, Sr, Li и т.д.).

«Эвтектики»

Модификаторы, называемые ингибиторами, действуют по механизму образования эвтектики. Они создают прослойки с температурой кристаллизации меньшей, чем у основного металла. При этом полная изоляция растущих дендритов легкоплавкими составляющими от остальной части жидкого металла приводит к сдерживанию развития дендритов и получению равноосных зерен [12].

При выборе модификаторов такого рода следует учитывать следующие рекомендации [8]:

- модифицирующая добавка должна иметь низкий коэффициент распределения в кристаллизующемся веществе, что вызовет концентрацию атомов модификатора вблизи поверхности кристалла.

- модифицирующая добавка должна образовывать с основой сплава эвтектику с температурой, близкой к температуре плавления основного сплава.

Примером такой модифицирующей добавки может служить медь для алюминиевых сплавов. Так, известен положительный опыт применения меди как модификатора при сварке алюминиевых сплавов [12], где в сварной шов вводили

до 0,8 % меди. Образовавшаяся эвтектика привела к измельчению зерен дендритов.

Однако присутствие составляющих эвтектического типа повышает чувствительность металла шва к появлению горячих трещин, в связи с чем применение модификаторов этого рода при сварке ограничено.

«Холодильники»

Модификаторы такого типа - инокуляторы - оказывают свое действие через охлаждение кристаллизующегося расплава. Большой темп охлаждения способствует росту скорости кристаллизации и уменьшению развития ликвационных процессов, что благоприятно отражается на структуре.

Примером модификаторов такого рода может служить сварка под флюсом с применением дополнительной порошковой присадки [6]. При введении такой присадки в зону сварки часть тепловой энергии расходуется на ее нагрев и расплавление, что уменьшает тепловложение в основной металл и увеличивает производительность сварки.

К минусам применения модификаторов этого типа можно отнести большую вероятность увеличения загрязнения металла шва неметаллическими включениями, в основном оксидами [15].

Тугоплавкие частицы

К модификаторам этого типа относят тугоплавкие элементы и их соединения, которые при попадании в расплав облегчают образование и способствуют увеличению числа зародышей, вокруг которых образуются и растут кристаллиты. При этом модификаторы этой группы могут вводиться как в готовом виде в расплав [12,13], так и образовываться непосредственно в нем [14,16-18]. Также сильное модифицирующее воздействие могут оказывать готовые кристаллы затвердевающей фазы. Это вызвано их полным смачиванием и сходством кристаллической решетки [8]. Подобный механизм воздействие называется инокулирующим, а модифицирующие элементы - инокулянтами [7].

При введении модификаторов в готовом виде в расплав сварочной ванны следует учитывать такие факторы как:

- ограничение способов введения тугоплавких частиц;

- их стабильность в условиях температурного цикла сварки;

- неравномерность распределения во всем объеме расплава.

Модификаторы, образующиеся в процессе кристаллизации, могут представлять собой как тугоплавкие оксиды (титана, алюминия и т.д.), которые возникают в момент кристаллизации, так и тугоплавкие интерметаллические соединения, возникающие в результате взаимодействия модификатора с самим металлом или легирующими элементами, входящими в его состав [12,17-19]. Особенность применения таких модификаторов связана с выбором соотношения между вводимыми элементами, инициирующими образование тугоплавких частиц в расплаве. При этом тугоплавкие модифицирующие частицы должны отвечать следующим требованиям:

- образовываться в сварочной ванне в небольших концентрациях;

- кристаллизоваться раньше, чем основной металл;

- обладать высокой степенью изоморфности по отношению к кристаллизующейся фазе.

Эффективность применения тугоплавких частиц зависит от их вида, размеров и температурных условий [20]. Модифицирование дисперсными тугоплавкими частицами может проявляться, если частицы либо абсорбируются на границе дендритов и задерживают их рост, либо при охлаждении расплава выступают в качестве центров кристаллизации [21,22].

В первом случае наблюдается интенсивное уменьшение размера кристаллов при значительном количестве модификатора (несколько десятых долей масс.%), однако возникает опасность снижения ударной вязкости вследствие возможного взаимодействия по границам зерен с образованием хрупких фаз. Так при модифицировании среднеуглеродистой стали титаном в работе [13] наблюдали

эффект модифицирования при введении титана 0,4 - 0,6 масс. % и констатировали склонность металла шва к хрупкому разрушению за счет концентрации карбидов и нитридов титана по границам зерен.

Во втором случае эффект модифицирования структуры наблюдается при содержании сотых долей процента тугоплавких частиц, и приводит к увеличению ударной вязкости металла шва.

Причем реализация одного или другого механизма модифицирования тугоплавкими частицами зависит от степени перегрева последних. Например, в работе [13] показано, что при введении модификаторов через сварочную проволоку эффект модифицирования проявляется только по первому механизму, что связано с перегревом капель электродного металла при прохождении дугового промежутка. В то же время при введении сотых долей процента того же модификатора через керамический флюс наблюдается интенсивное измельчение структуры металла шва и рост ударной вязкости [23]. Это связано с тем, что значительная доля модификатора попадает в сварочную ванну, минуя дуговой промежуток.

Таким образом, влияние содержания модификаторов и способа их ввода на характер структуры и ударную вязкость сварных швов можно проиллюстрировать Рис. 1.4. На рисунке показана зависимость размера зерна и значения ударной вязкости при сварке под флюсом от способа ввода модифицирующей добавки и количества вводимой добавки.

В последнее время с развитием нанотехнологий ведутся работы по применению тугоплавких наноразмерных частиц в качестве модификаторов.

Введение гитана через флюс

Рис. 1.4.

Влияние содержания титана и способа его введения в сварочную ванну на характер структуры и ударную вязкость сварных швов

1.4. Модифицирование наноразмерными тугоплавкими частицами

Имеется ряд работ, посвященных успешному применению наноразмерных частиц тугоплавких соединений для модифицирования расплавов в процессах литья. В этом направлении вклад внесли такие авторы, как Черепанов А.Н. [2430], занимающийся исследованием ввода наноразмерных частиц ТК, Т^К и Y2Oз в различные марки стали; Крушенко Г.Г. [30-42] изучающий ввод нанопорошков ВК, В4С, Т^К, ТК, УСК, SiC, ТаК в алюминиевые расплавы, а также А1203, ВК, SiC в чугуны; Еремин Е.Н. [43-47] и Жеребцов С.Н. [44,46,48,49] исследующие влияние ультрадисперсных частиц Т^К на свойства сталей и жаропрочных сплавов.

В работах [26-30,44,50] рассматривается ввод наноразмерных частиц в стали марок Ст3сп [26], Ст5сп [26], Ст3 [28], Ст30 [30], 20К [28], 08ЮЛ [30], 09Г2С [44], 2Х13 [44], 08Х18Н10Т [44], где ввод осуществлялся в

промежуточном ковше сортовой машины непрерывного литья заготовок [25-28], при центробежном электрошлаковом литье [44] или в вакуумно-дуговой печи [50]. Основными наноразмерными частицами, вводимыми в расплав, были ТК, ТЮК, SiC, Y2Oз, TiO2, а также смесь Y2Oз +TiN [25,26]. Нанопорошки, получаемые в большинстве случаев плазмохимическим синтезом, смешивали в планетарной мельнице с порошками-протекторами в соотношении 1:1 [27], где в роли порошка протектора выступал Сг [25-28] и Fe [27], которые потом закатывали в стальную ленту [27,30] или порошковую проволоку с оболочкой из стали [25,26]. В [44] ультрадисперсные порошки (УДП) ТЮК перемешивался с Т с последующим прессованием в таблетки, а в работе [50] нанопорошок помещался в предварительно просверленные в образце выемки. В работе [44] наноразмерные частицы вводили за 2 мин. до слива.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Панкратов Александр Сергеевич, 2017 год

Список литературы

1. РД-25.160.10-КТН-015-15 Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Часть 1. Сварка при строительстве и ремонте стальных вертикальных резервуаров. Москва, 2015. 150

2. РД-25.160.00-КТН-037-14 Сварка при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов. Москва, 2014. 153 с.

3. СТТ-08.00-60,30,00-КТН-031-1-05 ДОПОЛНЕНИЕ К РД 153-00602 «СВАРКА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА «ВОСТОЧНАЯ СИБИРЬ - ТИХИЙ ОКЕАН» Специальные технические требования. Москва, 2005. 145 с.

4. Дополнения к РД-08.00-60.30.00-КТН-050-1-05. Сварка при строительстве нефтепровода БТС-2. Специальные технические требования. Москва, 2007. 96 с.

5. СТО Газпром 2-2.2-136-2007 Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов. Часть 1. Москва, 2007. 260 с.

6. Ивочкин, И.И., Сварка под флюсом с дополнительной присадкой/ И.И. Ивочкин, Б.Д. Малышев. М: Стройиздат, 1981. 175 с.

7. Гольдштейн, Я. Е. Инокулирование железоуглеродистых сплавов/ Я.Е. Гольдштейн, В.Г. Мизин. М: Металлургия, 1993. - 416 с.

8. Гольдштейн, Я.Е. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали/ Я.Е. Гольдштейн, В.Г. Мизин. М.: Машиностроение, 1986. - 272 с.

9. Изменение структуры и свойств низкоуглеродистых низколегированных трубных сталей при модифицировании /Т.В. Денисова [и др.]// Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. №10. С. 39 - 44.

10. Колокольцев, В.М. Повышение свойств отливок из чугунов специального назначения путем рафинирования и модифицирования их расплавов / Колокольцев В.М., Шевченко А.В.// Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2011. №1. С. 23-29.

11. Влияние никеля на структуру и механические свойства шва, выполненного электродами с основным покрытием / Походня И.К., Макаренко В.Д., Карсун А.О., Милеченко С.С. // Автоматическая сварка. 1986. №2. С. 1-5.

12. Алов, А.А. Модифицирование металла шва при сварке алюминия/ А.А. Алов, Г.В, Бобров // Сварочное производство. 1959. №6. С.1-6

13. Особенности модифицирования титаном сварных швов при автоматической сварке среднеуглеродистой стали. /К.К. Хренов [и др.]// Сварочное производство. 1959. №6. С.6-8

14. Еремин, Е.Н. Применение наночастиц тугоплавких соединений для повышения качества сварных соединений из жаропрочных сплавов/ Е.Н. Еремин // Омский научный вестник. 2009. №3. С. 63-67.

15. Кузнецов, М.А., Управление структурой и свойствами металлов методом модифицирования (обзор)/ М.А. Кузнецов, Д.Е. Колмогоров, Е.А. Зернин // Технология машиностроения. 2012. № 2. С. 5-8.

16. Кривоносова, Е.А. Модифицирование и формирование структуры металла сварных швов низкоуглеродистых сталей: дис. ... доктора техн. наук. Пермь. 2005. 266 с.

17. Development of High-Strength Steels for Bolts / M. Kubota, S. Yamasaki, T. Tarui, T. Ochi // Nippon Steel Technical Report №91 January 2005 p. 62 - 66

18. Влияние модифицирования редкоземельными металлами на механические и коррозионные свойства низколегированных сталей / А.В. Иоффе [и др.]// Вектор науки ТГУ. 2010. №4(14). С. 41 - 46

19. Анцыферова, М.В., Влияние модифицирования титаном на характер разрушения ультрапрочной низколегированной стали/ М.В, Анцыферова, И.О. Банных, Ю.П. Либеров// Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. №8. С. 42-45.

20. Kivineva E.I., Olson D.L., Matlock D.K. Particulate-Reinforced Metal Matrix Composite as a Weld Deposit // Weld. J. 1995. Vol. March, № March. P. 8392.

21. Болдырев, А.М. Взаимодействие диоксида титана со сварочной ванной при автоматчиеской сварке под флюсом стали 10ХСНД с металлохимической присадкой/ А.М. Болдырев// Сварочное производство. 2014. №9. С. 14-19.

22. Влияние нанопорошковых инокуляторов на структуру и свойства сплава AlSi7Mg / В. Манолов [и др.]// Литейное производство. 2011. № 11 С. 11 - 14

23. Структура и свойства низкоуглеродистого металла, наплавленного под керамическим флюсом, содержащим композиционные микрогранулы Ni-нанодисперсный WC. /А. С. Трошков [и др.]// Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. 2012. № 9(96). С. 187-190.

24. Сабуров, В.П., Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов и сплавов/ В.П. Сабуров, А.Н. Черепанов, М.Ф. Жуков. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. - 344 с.

25. Исследование модифицирования металла нанопорошковыми инокуляторами в кристаллизаторе сортовой машины непрерывного литья заготовок. Теоретическое обоснование/ В.П. Комушков [и др.]// Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2008. №8. С. 10-11.

26. Модифицирование непрерывнолитой стали нанопорошками тугоплавких соединений/ В.П. Комушков [и др.]// Сталь. 2009. №4. С. 65-68.

27. Комушков, В.П. Исследование влияния модифицирования металла нанопорошковыми материалами на качество сортовой непрерывной заготовки/ В.П. Комушков, А.Н. Черепанов, Е.В, Протопопов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2010. №8. С. 57-64.

28. Плазмохимический синтез нанопорошков тугоплавких соединений и их применение для модифицирования конструкционных сталей и сплавов/ М.Р. Предтеченский [и др.]// Литейщик России. 2010. № 3. С. 2829.

29. Комушков, В.П. Модифицирование металла нанопорошковыми инокуляторами в кристаллизаторе сортовой машины непрерывного литья заготовок. Механические и металлографические исследования./ В.П. Комушков, А.Н. Черепанов, Е.В, Протопопов// Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2008. №10. С. 21-24.

30. Результаты опытно-промышленных исследований повышения свойств черных и цветных металлов с помощью тугоплавких нанопорошковых материалов/ Г.Г. Крушенко [и др.]// Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2003. № 4. С. 23-29.

31. Крушенко, Г.Г. Некоторые методы подготовки и введения нанопоршковых модификаторов в металлические расплавы/ Г.Г. Крушенко// Нанотехника. 2008. №2. С. 18-21.

32. Повышение качества чугунных отливок с помощью нанопорошков/ Г.Г. Крушенко [и др.]// Металлургия машиностроения. 2002. № 2(9), С. 20-21.

33. Пинкин, В.Ф. Модифицирование высокохромистого чугуна ИСЦ ультрадисперсным порошком/ В.Ф. Пинкин, А.Г. Каренгин, С.А. Осиенко// Литейное производство. 1994. № 3. С. 1.

34. Крушенко, Г.Г. Применение нанопорошка нитрида титана с целью получения сложнонагруженных литых деталей из алюминиево-кремниевых сплавов с требуемыми механическими свойствами/ Г.Г. Крушенко, М.Н. Фильков // Нанотехника. 2008. № 3. С. 77-79.

35. Совмещение наномодифицирования алюминиевых сплавов с воздействием ультразвуковых колебаний/ А.А. Иванов [и др.]// Нанотехника. 2008. № 1. С. 79-81.

36. Крушенко, Г.Г. Совмещение модифицирования алюминиевого расплава нанопорошками с фильтрованием при литье слитков полунепрерывным способом/ Г.Г. Крушенко // Цветные металлы. 2002. № 7. С. 74-75.

37. Крушенко, Г.Г. Модифицирование алюминиевых сплавов нанопорошками/ Г.Г. Крушенко, М.Н. Фильков // Нанотехника. 2007. № 4. С. 58-64.

38. Крушенко, Г.Г. Модифицирование доэвтектического алюминиево-кремниевого сплава нанопорошком нитрида титана при литье сложнонагруженных деталей транспортного средства/ Г.Г. Крушенко // Технология машиностроения. 2008. № 11. С. 5-7.

39. Повышение механических свойств алюминиевых литейных сплавов с помощью ультрадисперсных порошков/ Г.Г. Крушенко [и др.]// Литейное производство. 1991. № 4. С. 17-18.

40. Крушенко, Г.Г. Нанопорошки химических соединений - средство повышения качества металлоизделий и конструкционной прочности/ Г.Г. Крушенко// Заводская лаборатория. Дигностика материалов. 1999. № 11 (65). С. 42-50.

41. Применение ультрадисперсных порошков химический соединений при литье слитков из алюминия и деформируемых алюминиевых сплавов/ Г.Г. Крушенко [и др.]// Цветные металлы. 1992. № 10. С. 56-58.

42. Балашов, Б.А. Получение и применение прутковых алюминиево-титановых лигатур с использованием ультрадисперсных порошков нитрида титана и карбонитрида титана/ Б.А. Балашов, Г.Г. Крушенко, З.А. Василенко // Расплавы. 1996. № 1. С. 61-64.

43. Миннеханов, Г.Н. Влияние модифицирвоания наночастицами карбонитрида титана и легирования титаном на структуру и свойсвта доэвтектоидных чугунов/ Г.Н. Миннеханов, О.А. Шуйкин, Р.Г. Миннеханов// Омский научный вестни. 2009. №1. С. 22-25.

44. Еремин, Е.Н. Центробежное электрошлаковое литье фланцевых заготовок с применением инокулирующего модифицирования/ Е.Н. Еремин, С.Н. Жеребцов// Современная электрометаллургия. 2004. № 3. С. 15-17.

45. Еремин, Е.Н. Термическая стабильность жаропрочного сплава, модифицированного наночастицами тугоплавких соединений/ Е.Н. Еремин, А.Е. Еремин// Литейщик России. 2010. № 10. С. 23-26.

46. Еремин, Е.Н. Электрошлаковое кокильное литье сплошных роговых сердечников/ Е.Н. Еремин, С.Н. Жеребцов // Современная электрометаллургия. 2005. №3. С. 23-27.

47. Влияние инокулирующего модифицирования на морфологию и топографию упрочняющих фаз в жаропрочном сплаве/ Е.Н. Еремин [и др.]// Литейщик России. 2008. № 8. С. 29-31.

48. Фурман, Е.Л. Модифицирование жаропрочных никелевых сплавов ультрадисперсными порошками (УДП) тугоплавких частиц/ Е.Л. Фурман, С.Н. Жеребцов, В.И. Гурдин// Технология машиностроения. 2007. №1. С. 7-9.

49. Модифицирование жаропрочных никелевых сплавов комплексным инокулятором/ А.Б. Коростелов [и др.]// Металлург. 2010. № 10. С. 73-74.

50. Hossein Nedjad S., Farzaneh A. Formation of fine intragranular ferrite in cast plain carbon steel inoculated by titanium oxide nanopowder // Scr. Mater. 2007. Vol. 57, № 10. P. 937-940.

51. Гущин, Д.А. Анализ и поиск перспективных направлений модифицирования металла сварных швов при автоматической сварке под флюсом мостовых металлоконструкций/ Д.А. Гущин, В.Г. Гребенчук, И.В. Гребенчук// Современные решения обеспечения безопасности мостов. Научные труды ОАО ЦНИИС. Вып. 261. М., ОАО ЦНИИС, 2011. С. 18 - 25.

52. Строение, морфология и дисперсность металла, наплавленного дуговой сваркой плавящимся электродом в аргоне в присутствии наноструктурированных модификаторов/ М.А. Кузнецов [и др.]// Сварка и диагностика. 2012. № 6. С. 8-10.

53. Оценка термодинамических факторов взаимодействия металлохимической присадки со сварочной ванной/ А.М. Болдырев [и др.]// Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. 2014. № 2 (34). С. 24-33.

54. Взаимодействие наноразмерных частиц AL2O3 и TiN с ПАВ в расплаве на основе никеля/ С.Н. Анучкин [и др.]// Физика и химия обработки материалов. 2009. № 6. С. 78-85.

55. Кузнецов, В.Д. Влияние нанодобавок на структуру и свойства металла швов при сварке высокопрочных низколегированных сталей/ В.Д. Кузнецов, И.В. Смирнов, К.П. Шаповалов// Прогрессивш технологи i системи машинобудувания. 2013. № 2(46). С. 143-150.

56. Модифицирование структуры наплавленного металла нанодисперсными карбидами вольфрама/ Г.Н. Соколов [и др.]// Физика и химия обработки материалов. 2009. № 6. С. 41-47.

57. Трошков, А.С. Модифицирование структуры наплавленного металла нанодисперсными карбидами вольфрама/ А.С. Трошков// Ползуновский альманах. 2009. № 2. С. 72-75.

58. Влияние нанодисперсных карбидов WC и никеля на структуру и свойства наплавленного металла/ Г.Н. Соколов [и др.]// Сварка и диагностика.

2011. №3. С. 36-38.

59. Композиционные проволоки для наплавки сплавов на основе алюминидов никеля и титана/ И.В. Зорин [и др.]// Сварка и диагностика. 2011. №3. С. 31-35.

60. Литвиненко-Арьков, В.Б. Структура и свойства термостойкого металла, наплавленного порошковыми проволоками с наночастицами TiCN/

B.Б. Литвиненко-Арьков, Г.Н. Соколов, Ф.А. Кязымов// Известия ВолгГТУ.

2012. № 6(9). С. 194-197.

61. Структура и свойства наплавленного металла системы C-Fe-Cr-Ni-Mo-Ti-N/ В.Б. Литвиненко-Арьков [и др.]// Сварка и диагностика. 2013. №2.

C. 16-19.

62. Антонов, А.А. Разработка технологии аргонодуговой наплавки абразивостойкого до 500 °С сплава с введением модификатора в сварочную ванну: автореферат ... канд. техн. наук. Волгоград. 2016. 19 с.

63. Исследование прочности сцепления частиц в модифицирующей присадке для сварки мостовых конструкций под флюсом/ А.М. Болдырев [и др.]// Нанотехнологии в строительстве. 2012. №2. С. 56-69.

64. Болдырев, А.М. Влияние диоксида титана в составе металлохимической присадки на механические свойства металла шва стали 10ХСНД/ А.М. Болдырев, Д.А. Гущин, В.Г. Гребенчук// Сварка и диагностика. 2014. №3. С. 39-42.

65. Получение металлохимической присадки с нанодисперсными частицами диоксида титана/ А.М. Болдырев [и др.]// Нанотехнологии в строительстве. 2013. №6. С. 53-66.

66. Гущин, Д.А. Повышение эффективности модифицирования металла шва при сварке низколегированной стали под флюсом с металлохимической присадкой: автореферат ... канд. техн. наук. Москва. 2017. 17 с.

67. Makarov S. V, Sapozhkov S.B. Production of Electrodes for Manual Arc Welding Using Nanodisperse Materials. 2014. Vol. 29, № 6. P. 720-723.

68. Makarov S. V, Sapozhkov S.B. Use of Complex Nanopowder ( Al 2 O 3 , Si , Ni , Ti , W ) in Production of Electrodes for Manual Arc Welding. 2013. Vol. 22, № Table 1. P. 87-90.

69. Makarov S.V., Gnedash E.V., Ostanin V.V. Comparative characteristics of standard welding electrodes and welding electrodes with the addition of nanopowders nanopowders // Life Sci. J. 2014. Vol. 11. P. 414-417.

70. Структура и свойства высокохромистых сталей, модифицированных тугоплавкими частицами/ Ю.О. Филиппов [и др.]// Омский научный вестни. 2007. № 2. С. 101-103.

71. Применение сварки для изготовления кольцевых заготовок из жаропрочных никелевых сплавов/ Е.Н. Еремин [и др.]// Вестник ЮУрГУ. Серия "Металлургия". 2015. № 15 (1). С. 57-60.

72. Черепанов, А.Н. Лазерная сварка металлов и сплавов с применением нанопорошковых модифицирующих добавок. Теория, эксперимент/ А.Н. Черепанов, А.М. Оришич, В.П. Шапеев// Физическая мезомеханика. 2013. № 1. С. 91-104.

73. Влияние нанодисперсных частиц Al2O3 на структурно-фазовое состояние покрытий системы Ni-Cr-B-Si-Fe/WC, полученных плазменно-

порошковой наплавкой/ А.Н. Смирнов [и др.]// Сварка и диагностика. 2012. № 5. С 32-37.

74. Структурно-фазовове состояние и поля внутренних напряжений в износостойких покрытияхсистемы №-Сг-В^^е^С и покрытиях модифицированных наноразмерными частицами А1203. Часть 3. Структура, фазовое состояние и поля внутренних напряжений в исследованных об/ А.Н. Смирнов [и др.]// Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2012. № 6. С. 75-79.

75. Феноменологическая модель формирования центров кристаллизации в металлическом расплаве пр исварке под флиянием ультрадисперсных тугоплавких компонентов/ Г.Н. Соколов [и др.]// Вопросы материаловедения. 2015. № 4(84). С. 159-168.

76. Линник, А.А. Влияние наноразмерных порошков карбида вольфрама на структуру и свойства металла шва/ А.А. Линник, А.С. Панкратов, Н.В. Коберник// Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 6. С. 66-71.

77. Дубцов, Ю.Н. Разработка композиционной проволоки для сварки и наплавки сплавов на основе №3А1: автореферат ... канд. техн. наук. Волгоград. 2013. 19 с.

78. Дубцов Ю.Н., Зорин И.В., Соколов Г.Н., Лысак В.И. Композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки: Патент на изобретение № 2478029 // Б.И. 2013, № 9.

79. Литвененко-Арьков В.Б. Аргонодуговая наплавка порошковой проволокой с наночастицами Т^К поверхности оправок трубопрошивного стана: автореферат ... канд. техн. наук. Волгоград. 2012. 19 с.

80. Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2-х т. Т. 1. Защитные газы и сварочные флюсы/ Б.П. Конищев, С.А. Курланов,

Н.Н. Потапов и др.; Под общ. ред. Н.Н. Потапова. М.: Машиностроение, 1989. 544 с.

81. Belov G. V, Iorish V.S., Yungman V.S. Simulation of Equilibrium States of Thermodynamic Systems Using IVTANTERMO for Windows // High Temp. 2000. Vol. 38, № 2. P. 209-214.

82. Белов Г.В. Моделирование равновесных состояний многокомпонентных гетерогенных систем и информационное обеспечение термодинамических расчетов: автореферат ... доктора техн. наук. Москва. 2006. 34 С.

83. Трусов Б.Г. Программная система моделирования фазовых и химических равновесий при высоких температурах/ Трусов Б.Г. // Инженерный журнал наука и инновации. 2012. № 1 (1). С. 21.

84. Ватолин Н.А., Моисеев Г.К., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. Металлурги. Москва, 1994. 352 с.

85. Белов Г.В. Термодинамическое моделирование: методы, алгоритмы, программы. Москва, Научный мир. 2002. 184 с.

86. Химическая энциклопедия: в 5-ти томах. Т. 1: А - Дарзана / Ред. кол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. М.: Сов. Энцикл., 1988. 623 с.

87. Химическая энциклопедия: в 5-ти томах. Т. 4: Полимерные -Трипсин/ Редкол.: Зефиров Н.С. (гл. ред.) и др. М.: Большая Российская энцикл., 1995. 639 с.

88. ГОСТ 9467-75. Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы. Москва: Издательство стандартов. 2005. 7 с.

89. ГОСТ 380-2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Москва: Стандартинформ. 2007. 11 с.

90. ГОСТ 2246-70. Проволока стальная сварочная. Технические условия. Москва: Издательсво стандартов.2004. 20 с.

91. ГОСТ 19281-89. Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия. Москва: Издательство стандартов. 1991. 25 с.

92. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов/ А.В. Коновалов, А.С. Куркин, Э.Л. Макаров, В.М. Неровный, Б.Ф. Якушин; Под ред. В.М. Неровного. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 752 с.

93. Металургия дуговой сварки, взаимодействие металла с газами. Под ред. академика НАН Украины И.К. Походни. Киев, «Наукова думка», 2004. 441 с.

94. ГОСТ 8713-79. Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, контруктивные элементы и размеры. Москва: Стандартинформ. 2006. 39 с.

95. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. Москва: Стандартинформ. 2006. 45 с.

96. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. акад. Б.Е. Патона. М., «Машиностроение», 1974. 768 с.

97. Influence of Mn and Ni on the Microstructure and Toughness of C-Mn-Ni Weld Metals/ Z. Zhang, A. Farrar // Welding research. 1997. № 5. P. 183-196

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П. 1

Комбинации составов расплава сварочной ванны для проведения

моделирования

№ Fe, масс.% с, масс.% Si, масс.% Мп, масс.% №, масс.% WC, масс.% масс.%

1 98,32 0,08 0,5 0,5 0,5 0,1 0

2 98,22 0,08 0,5 0,5 0,5 0,2 0

3 97,82 0,08 0,5 0,5 1 0,1 0

4 97,72 0,08 0,5 0,5 1 0,2 0

5 97,32 0,08 0,5 0,5 1,5 0,1 0

6 97,22 0,08 0,5 0,5 1,5 0,2 0

7 98,32 0,08 0,5 0,5 0,5 0 0,1

8 98,22 0,08 0,5 0,5 0,5 0 0,2

9 97,82 0,08 0,5 0,5 1 0 0,1

10 97,72 0,08 0,5 0,5 1 0 0,2

11 97,32 0,08 0,5 0,5 1,5 0 0,1

12 97,22 0,08 0,5 0,5 1,5 0 0,2

13 97,82 0,08 0,5 1 0,5 0,1 0

14 97,72 0,08 0,5 1 0,5 0,2 0

15 97,32 0,08 0,5 1 1 0,1 0

16 97,22 0,08 0,5 1 1 0,2 0

17 96,82 0,08 0,5 1 1,5 0,1 0

18 96,72 0,08 0,5 1 1,5 0,2 0

19 97,82 0,08 0,5 1 0,5 0 0,1

20 97,72 0,08 0,5 1 0,5 0 0,2

21 97,32 0,08 0,5 1 1 0 0,1

22 97,22 0,08 0,5 1 1 0 0,2

23 96,82 0,08 0,5 1 1,5 0 0,1

24 96,72 0,08 0,5 1 1,5 0 0,2

25 96,82 0,08 0,5 2 0,5 0,1 0

26 96,72 0,08 0,5 2 0,5 0,2 0

27 96,32 0,08 0,5 2 1 0,1 0

28 96,22 0,08 0,5 2 1 0,2 0

29 95,82 0,08 0,5 2 1,5 0,1 0

30 95,72 0,08 0,5 2 1,5 0,2 0

31 96,82 0,08 0,5 2 0,5 0 0,1

32 96,72 0,08 0,5 2 0,5 0 0,2

33 96,32 0,08 0,5 2 1 0 0,1

34 96,22 0,08 0,5 2 1 0 0,2

35 95,82 0,08 0,5 2 1,5 0 0,1

36 95,72 0,08 0,5 2 1,5 0 0,2

№ Fe, масс.% с, масс.% Si, масс.% Мп, масс.% №, масс.% WC, масс.% т, масс.%

37 97,82 0,08 1 0,5 0,5 0,1 0

38 97,72 0,08 1 0,5 0,5 0,2 0

39 97,32 0,08 1 0,5 1 0,1 0

40 97,22 0,08 1 0,5 1 0,2 0

41 96,82 0,08 1 0,5 1,5 0,1 0

42 96,72 0,08 1 0,5 1,5 0,2 0

43 97,82 0,08 1 0,5 0,5 0 0,1

44 97,72 0,08 1 0,5 0,5 0 0,2

45 97,32 0,08 1 0,5 1 0 0,1

46 97,22 0,08 1 0,5 1 0 0,2

47 96,82 0,08 1 0,5 1,5 0 0,1

48 96,72 0,08 1 0,5 1,5 0 0,2

49 97,32 0,08 1 1 0,5 0,1 0

50 97,22 0,08 1 1 0,5 0,2 0

51 96,82 0,08 1 1 1 0,1 0

52 96,72 0,08 1 1 1 0,2 0

53 96,32 0,08 1 1 1,5 0,1 0

54 96,22 0,08 1 1 1,5 0,2 0

55 97,32 0,08 1 1 0,5 0 0,1

56 97,22 0,08 1 1 0,5 0 0,2

57 96,82 0,08 1 1 1 0 0,1

58 96,72 0,08 1 1 1 0 0,2

59 96,32 0,08 1 1 1,5 0 0,1

60 96,22 0,08 1 1 1,5 0 0,2

61 96,32 0,08 1 2 0,5 0,1 0

62 96,22 0,08 1 2 0,5 0,2 0

63 95,82 0,08 1 2 1 0,1 0

64 95,72 0,08 1 2 1 0,2 0

65 95,32 0,08 1 2 1,5 0,1 0

66 95,22 0,08 1 2 1,5 0,2 0

67 96,32 0,08 1 2 0,5 0 0,1

68 96,22 0,08 1 2 0,5 0 0,2

69 95,82 0,08 1 2 1 0 0,1

70 95,72 0,08 1 2 1 0 0,2

71 95,32 0,08 1 2 1,5 0 0,1

72 95,22 0,08 1 2 1,5 0 0,2

73 98,3 0,1 0,5 0,5 0,5 0,1 0

74 98,2 0,1 0,5 0,5 0,5 0,2 0

75 97,8 0,1 0,5 0,5 1 0,1 0

76 97,7 0,1 0,5 0,5 1 0,2 0

№ Fe, масс.% с, масс.% Si, масс.% Мп, масс.% №, масс.% WC, масс.% масс.%

77 97,3 0,1 0,5 0,5 1,5 0,1 0

78 97,2 0,1 0,5 0,5 1,5 0,2 0

79 98,3 0,1 0,5 0,5 0,5 0 0,1

80 98,2 0,1 0,5 0,5 0,5 0 0,2

81 97,8 0,1 0,5 0,5 1 0 0,1

82 97,7 0,1 0,5 0,5 1 0 0,2

83 97,3 0,1 0,5 0,5 1,5 0 0,1

84 97,2 0,1 0,5 0,5 1,5 0 0,2

85 97,8 0,1 0,5 1 0,5 0,1 0

86 97,7 0,1 0,5 1 0,5 0,2 0

87 97,3 0,1 0,5 1 1 0,1 0

88 97,2 0,1 0,5 1 1 0,2 0

89 96,8 0,1 0,5 1 1,5 0,1 0

90 96,7 0,1 0,5 1 1,5 0,2 0

91 97,8 0,1 0,5 1 0,5 0 0,1

92 97,7 0,1 0,5 1 0,5 0 0,2

93 97,3 0,1 0,5 1 1 0 0,1

94 97,2 0,1 0,5 1 1 0 0,2

95 96,8 0,1 0,5 1 1,5 0 0,1

96 96,7 0,1 0,5 1 1,5 0 0,2

97 96,8 0,1 0,5 2 0,5 0,1 0

98 96,7 0,1 0,5 2 0,5 0,2 0

99 96,3 0,1 0,5 2 1 0,1 0

100 96,2 0,1 0,5 2 1 0,2 0

101 95,8 0,1 0,5 2 1,5 0,1 0

102 95,7 0,1 0,5 2 1,5 0,2 0

103 96,8 0,1 0,5 2 0,5 0 0,1

104 96,7 0,1 0,5 2 0,5 0 0,2

105 96,3 0,1 0,5 2 1 0 0,1

106 96,2 0,1 0,5 2 1 0 0,2

107 95,8 0,1 0,5 2 1,5 0 0,1

108 95,7 0,1 0,5 2 1,5 0 0,2

109 97,8 0,1 1 0,5 0,5 0,1 0

110 97,7 0,1 1 0,5 0,5 0,2 0

111 97,3 0,1 1 0,5 1 0,1 0

112 97,2 0,1 1 0,5 1 0,2 0

113 96,8 0,1 1 0,5 1,5 0,1 0

114 96,7 0,1 1 0,5 1,5 0,2 0

115 97,8 0,1 1 0,5 0,5 0 0,1

116 97,7 0,1 1 0,5 0,5 0 0,2

117 97,3 0,1 1 0,5 1 0 0,1

118 97,2 0,1 1 0,5 1 0 0,2

№ Fe, масс.% с, масс.% Si, масс.% Мп, масс.% №, масс.% WC, масс.% т, масс.%

119 96,8 0,1 1 0,5 1,5 0 0,1

120 96,7 0,1 1 0,5 1,5 0 0,2

121 97,3 0,1 1 1 0,5 0,1 0

122 97,2 0,1 1 1 0,5 0,2 0

123 96,8 0,1 1 1 1 0,1 0

124 96,7 0,1 1 1 1 0,2 0

125 96,3 0,1 1 1 1,5 0,1 0

126 96,2 0,1 1 1 1,5 0,2 0

127 97,3 0,1 1 1 0,5 0 0,1

128 97,2 0,1 1 1 0,5 0 0,2

129 96,8 0,1 1 1 1 0 0,1

130 96,7 0,1 1 1 1 0 0,2

131 96,3 0,1 1 1 1,5 0 0,1

132 96,2 0,1 1 1 1,5 0 0,2

133 96,3 0,1 1 2 0,5 0,1 0

134 96,2 0,1 1 2 0,5 0,2 0

135 95,8 0,1 1 2 1 0,1 0

136 95,7 0,1 1 2 1 0,2 0

137 95,3 0,1 1 2 1,5 0,1 0

138 95,2 0,1 1 2 1,5 0,2 0

139 96,3 0,1 1 2 0,5 0 0,1

140 96,2 0,1 1 2 0,5 0 0,2

141 95,8 0,1 1 2 1 0 0,1

142 95,7 0,1 1 2 1 0 0,2

143 95,3 0,1 1 2 1,5 0 0,1

144 95,2 0,1 1 2 1,5 0 0,2

145 98,2 0,2 0,5 0,5 0,5 0,1 0

146 98,1 0,2 0,5 0,5 0,5 0,2 0

147 97,7 0,2 0,5 0,5 1 0,1 0

148 97,6 0,2 0,5 0,5 1 0,2 0

149 97,2 0,2 0,5 0,5 1,5 0,1 0

150 97,1 0,2 0,5 0,5 1,5 0,2 0

151 98,2 0,2 0,5 0,5 0,5 0 0,1

152 98,1 0,2 0,5 0,5 0,5 0 0,2

153 97,7 0,2 0,5 0,5 1 0 0,1

154 97,6 0,2 0,5 0,5 1 0 0,2

155 97,2 0,2 0,5 0,5 1,5 0 0,1

156 97,1 0,2 0,5 0,5 1,5 0 0,2

157 97,7 0,2 0,5 1 0,5 0,1 0

158 97,6 0,2 0,5 1 0,5 0,2 0

159 97,2 0,2 0,5 1 1 0,1 0

160 97,1 0,2 0,5 1 1 0,2 0

№ Fe, масс.% с, масс.% Si, масс.% Мп, масс.% №, масс.% WC, масс.% масс.%

161 96,7 0,2 0,5 1 1,5 0,1 0

162 96,6 0,2 0,5 1 1,5 0,2 0

163 97,7 0,2 0,5 1 0,5 0 0,1

164 97,6 0,2 0,5 1 0,5 0 0,2

165 97,2 0,2 0,5 1 1 0 0,1

166 97,1 0,2 0,5 1 1 0 0,2

167 96,7 0,2 0,5 1 1,5 0 0,1

168 96,6 0,2 0,5 1 1,5 0 0,2

169 96,7 0,2 0,5 2 0,5 0,1 0

170 96,6 0,2 0,5 2 0,5 0,2 0

171 96,2 0,2 0,5 2 1 0,1 0

172 96,1 0,2 0,5 2 1 0,2 0

173 95,7 0,2 0,5 2 1,5 0,1 0

174 95,6 0,2 0,5 2 1,5 0,2 0

175 96,7 0,2 0,5 2 0,5 0 0,1

176 96,6 0,2 0,5 2 0,5 0 0,2

177 96,2 0,2 0,5 2 1 0 0,1

178 96,1 0,2 0,5 2 1 0 0,2

179 95,7 0,2 0,5 2 1,5 0 0,1

180 95,6 0,2 0,5 2 1,5 0 0,2

181 97,7 0,2 1 0,5 0,5 0,1 0

182 97,6 0,2 1 0,5 0,5 0,2 0

183 97,2 0,2 1 0,5 1 0,1 0

184 97,1 0,2 1 0,5 1 0,2 0

185 96,7 0,2 1 0,5 1,5 0,1 0

186 96,6 0,2 1 0,5 1,5 0,2 0

187 97,7 0,2 1 0,5 0,5 0 0,1

188 97,6 0,2 1 0,5 0,5 0 0,2

189 97,2 0,2 1 0,5 1 0 0,1

190 97,1 0,2 1 0,5 1 0 0,2

191 96,7 0,2 1 0,5 1,5 0 0,1

192 96,6 0,2 1 0,5 1,5 0 0,2

193 97,2 0,2 1 1 0,5 0,1 0

194 97,1 0,2 1 1 0,5 0,2 0

195 96,7 0,2 1 1 1 0,1 0

196 96,6 0,2 1 1 1 0,2 0

197 96,2 0,2 1 1 1,5 0,1 0

198 96,1 0,2 1 1 1,5 0,2 0

199 97,2 0,2 1 1 0,5 0 0,1

200 97,1 0,2 1 1 0,5 0 0,2

201 96,7 0,2 1 1 1 0 0,1

202 96,6 0,2 1 1 1 0 0,2

№ Fe, масс.% с, масс.% Si, масс.% Мп, масс.% №, масс.% WC, масс.% масс.%

203 96,2 0,2 1 1 1,5 0 0,1

204 96,1 0,2 1 1 1,5 0 0,2

205 96,2 0,2 1 2 0,5 0,1 0

206 96,1 0,2 1 2 0,5 0,2 0

207 95,7 0,2 1 2 1 0,1 0

208 95,6 0,2 1 2 1 0,2 0

209 95,2 0,2 1 2 1,5 0,1 0

210 95,1 0,2 1 2 1,5 0,2 0

211 96,2 0,2 1 2 0,5 0 0,1

212 96,1 0,2 1 2 0,5 0 0,2

213 95,7 0,2 1 2 1 0 0,1

214 95,6 0,2 1 2 1 0 0,2

215 95,2 0,2 1 2 1,5 0 0,1

216 95,1 0,2 1 2 1,5 0 0,2

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ

«НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО МОНТАЖНЫМ РАБОТАМ»

дияд^удм^г 350020. г. Краснодар, ул. Красная, 155/1, тел,/факс,[phone] www.niimontag.ru, В-ша11:пИшоп1ай@шш].ги

ОГРН 1152308001361, ИНН/КПП 2308110433/230801001, ОКПО 01411389

ЯВЛЯЕТСЯ ЧЛЕНОМ СРО НГ1 «НАКС», СВИДЕТЕЛЬСТВО О ЧЛЕНСТВЕ № 00036

29.08.2017 г. №290 На №

СПРАВКА о внедрении результатов исследования, полученных в диссертации A.C. Панкратова «Модифицирование металла шва наноразмерными частицами карбида вольфрама и нитрида титаиа при сварке под флюсом низколегированных низкоуглеродистых сталей»

Рассмотренные на заседании ученого совета ООО «НИИМонтаж» результаты, полученные A.C. Панкратовым в рамках диссертационного исследования на тему «Модифицирование металла шва наноразмерными частицами карбида вольфрама и нитрида титана при сварке под флюсом низколегированных низкоуглеродистых сталей», имеют реальное практическое значение для предприятия. Работа выполнялась в период с 2012 по 2017 г. и была направлена на улучшение эксплуатационных свойств сварных соединений из низкоуглеродистых низколегированных сталей путем повышения ударной вязкости металла шва и/или роста стабильности ее значений за счет модифицирования металла шва наноразмерными частицами.

К наиболее существенным результатам исследования относятся:

1) Установлено, что частицы нитрида титана при их введении в головную часть сварочной ванны диссоциируют с образованием титана и азота. При этом титан участвует в процессах раскисления и легирования металла шва, а азот формирует газовые полости (поры, каналы), что приводит к увеличению разбросу значений ударной вязкости.

2) Установлено, что частицы карбида вольфрама при их введении в головную часть сварочной ванны сохраняются в металле шва и выполняют функцию модифицирования, что приводит к снижению как размера зерна (не менее чем в два раза), так и к снижению разброса этого показателя и, как следствие, к увеличению среднего значения ударной вязкости не менее чем на 35 % и снижению разброса ее значений (не менее чем на 40 %)

Результаты, полученные A.C. Панкратовым в рамках диссертационного исследования, приняты к внедрению при производстве присадочной и электродной проволоки, в шихту которых введены наноразмерные частицы.

Генеральный директор ООО «НИИМонтаж» С.А. Штоколов

отзыв

научного руководителя на диссертацию

ПАНКРАТОВА АЛЕКСАНДРА СЕРГЕЕВИЧА

на тему «Модифицирование металла шва наноразмерными частицами

карбида вольфрама и нитрида титана при сварке под флюсом низколегированных низкоуглеродистых сталей», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.10 - Сварка, родственные процессы и технологии.

Панкратов Александр Сергеевич окончил в 2012 году Московский

Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана по

специальности «Технологии и оборудование сварочного производства».

После окончания университета поступил на очное отделение аспирантуры

МГТУ им. Н.Э. Баумана кафедры «Технологии сварки и диагностики»

(МТ-7), срок окончания которой - октябрь 2015 года. В период обучения в

очной аспирантуре Панкратов A.C. показал себя грамотным и

целеустремлённым исследователем, способным самостоятельно решать

сложные научно-технические задачи. Работа над диссертацией велась

активно, творчески, соискатель самостоятельно выполнил значительный

объем экспериментальных исследований на базе кафедры «Технологии

сварки и диагностики».

Считаю, что по научной квалификации и результатам диссертационной

работы Панкратов Александр Сергеевич достоин присуждения ему искомой

ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.10 -

Сварка, родственные процессы и технологии.

Научный руководитель, к.т.н., доцент кафедры МТ-7 «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н.Э. Баумана . Н.В. Коберник

Контакты:

Коберник Николай Владимирович, кандид )5.0£.1ф) ^ q.

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5 * '

ЛЬНИКА УПРАВЛЕНИЯ КАДРОВ Э БАУМАНА

А, Г- МАТВЕЕВ