Разработка композиционной проволоки для сварки и наплавки сплавов на основе Ni3Al тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.10, кандидат наук Дубцов, Юрий Николаевич

• Дубцов, Юрий Николаевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Дубцов, Юрий Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННЫЕ ЖАРОПРОЧНЫЕ ДО 1200 °С СПЛАВЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССАХ

1.1. Классификация и эволюция жаропрочных сплавов, эксплуатирующихся в диапазоне температур 800

1.1.1. Структура и свойства жаропрочных суперсплавов на основе никеля

1.1.2. Жаропрочные сплавы на основе кобальта

1.1.3. Новые сплавы на основе у'-№3А1

1.1.4. Обоснование выбора системы легирования наплавленного металла на основе у'-№3А1

1.2. Пути повышения жаропрочности сложнолегированных сплавов на основе у'-№3А1 при температурах 1150

1.2.1 Влияние легирующих элементов на формирование вторичных наноразмерных упрочняющих фаз

1.2.2 Перспективы модифицирования сплавов наночастицами тугоплавких химических соединений

1.3 Технологические и металлургические особенности сварки сплавов на основе никеля и у'-№3А1

1.5 Материалы для сварки и наплавки сплавов на основе у'-№3А1

Выводы к главе 1

Цель и задачи исследований

2. МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Технологическое оборудование и материалы для изготовления КП

2.2. Методики наплавки и подготовки образцов для экспериментальных исследований

2.3. Методики металлографических исследований наплавленного металла

2.4. Методики рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов наплавленного металла

2.5. Методики исследования эксплуатационных свойств наплавленного металла

2.5.1. Склерометрические исследования высокотемпературной износостойкости наплавленного металла и сварных швов

2.5.2. Исследование стойкости наплавленного металла к образованию трещин термической усталости

2.5.3. Исследование прочности сварного соединения при повышенной температуре

2.6. Исследование сварочно-технологических свойств КП

Выводы к главе 2

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КП И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ СВАРОЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

3.1. Разработка конструкций КП

3.1.1. Разработка методики расчета состава КП

3.1.2. Проектирование КП в программном продукте А1Ме-\ЩгеЬаВ

3.2. Исследование сварочно-технологических свойств разработанной электродной КП

3.3. Технология производства КП

Выводы к главе 3

4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА И СВАРНЫХ ШВОВ

4.1. Исследование структуры и свойств наплавленного металла

4.1.1. Исследование структуры и свойств наплавленного металла, полученного ЭШН и аргонодуговой наплавкой вольфрамовым электродом с присадкой КП

4.1.2. Исследование структуры и свойств наплавленного металла, полученного аргонодуговой наплавкой электродной КП

4.2. Исследование структуры и свойств металла шва, полученного аргонодуговой сваркой электродной КП

4.3. Исследования высокотемпературных свойств наплавленного металла и сварных швов на основе y'-Ni3 А1

4.4. Технологические режимы наплавки и сварки возможных изделий из жаропрочных сплавов на основе Ni3А1

Выводы к главе 4

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка композиционной проволоки для сварки и наплавки сплавов на основе Ni3Al»

ВВЕДЕНИЕ

Работоспособность штампов и пресс-форм для горячего деформирования сталей, зажимных приспособлений в высокотемпературных печах, носков оправок трубопрошивных станов, роллеров для прокатки стальных слябов, дисков и лопатки турбин для наземных ГТД и других объектов, эксплуатирующихся при температурах до 1200 °С, зависит от износостойкости их контактных поверхностей. Эффективными способами продления срока службы таких деталей являются сварка и наплавка, впервые апробированные на никелевых суперсплавах еще в 60-ых годах прошлого столетия. Большой вклад в теорию и практику сварки и наплавки жаропрочных никелевых сплавов внесли К. Б. Багрянский, Г. JI. Петров, К. А. Ющенко, Б. Ф. Якушин, С. И. Феклистов, А. А. Сливинский, В. И. Лукин, J.C. Lippold, S. D. Kiser, J. N. DuPont, Т. D. Anderson.

Для упрочнения рассмотренной группы деталей более технологичными являются современные износостойкие сплавы на основе легированного алю-минида у'-№зА1, способные, в отличие от никелевых и кобальтовых суперсплавов, длительно сохранять стабильную структуру и высокие эксплуатационные свойства вплоть до температуры 1250 °С. Исследованием и разработкой таких материалов занимались Е. Н. Каблов, К. Б. Поварова, Н. В. Петру-шин, Б. А. Гринберг, В. П. Бунтушкин, О. А. Базылева, С. Т. Liu, Н. К. Kim, S. М. Codley, В. Н. Кеаг и многие другие ученые. Наплавка сплавов на основе алюминида у'-№зА1 с использованием процесса ЭШН впервые осуществлена сотрудниками ВолгГТУ. Показана эффективность применения такого материала для упрочнения носков оправок трубопрошивных станов вследствие формирования в наплавленном металле структуры «естественного эвтектического композита». Вместе с тем на сегодняшний день еще не созданы материалы для дуговых процессов наплавки и сварки сложнолегированных жаропрочных сплавов на основе у'-№зА1.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Введение

Высокие сварочно-технологические свойства жаропрочного наплавленного металла на основе у'-МзА1 реализуются не только при соблюдении сте-хиометрического соотношения входящих в интерметаллическое соединение химических элементов и строгого диапазона легирования тугоплавкими компонентами, стабилизирующими структуру, а также зависят и от размера, формы и характера распределения в металле структурных составляющих. Из работ Я. Е. Гольдштейна, Е. Н. Еремина, В. П. Сабурова, В. П. Комшуко-ва, Г. Н. Соколова, В. Chalmers, Q. Y. Hou, J. Н. Wu и др., в которых рассмотрены физико-химические процессы модифицирования сплавов, известно, что максимальный эффект упрочнения и модифицирования металла достигается при введении в металлический расплав тугоплавких частиц, обладающих высокой термодинамической стабильностью, малыми (менее 100 нм) размерами и когерентностью с кристаллической решеткой сплава. Однако результатов исследований модифицирования такими компонентами сварных швов и наплавленного металла с матрицей на основе у'-№зА1 фазы в условиях ЭШН и электродуговой сварки и наплавки в литературных источниках не обнаружено.

Это подтверждает актуальность диссертационного исследования, выполненного в рамках гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук и докторов наук МК-3708.2009.8 (2009-2010 г.г.), государственного контракта Минобрнауки № 16.740.11.0017 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (2010-2012 г.г.) и грантов РФФИ № 12-08-33103 мол_а_вед (2012-2013 г.г.) для поддержки молодежных научных школ и № 13-08-01282_а (2013-2014 г.г.). Актуальность работы также подтверждается получением соискателем на конкурсной основе стипендии Президента для молодых ученых и аспирантов, осуществляющих перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики (2012-2014 г.).

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Введение

Научная новизна работы заключается в раскрытии механизма формирования качественного сварного соединения направленно кристаллизованного металла на основе у'-№3А1 и установлении взаимосвязи между составом композиционной проволоки для аргонодуговой сварки и наплавки, структурой и свойствами наплавленного металла и сварного соединения.

Выявлено, что образующийся при плавлении торца разработанной композиционной проволоки с двухслойной никель-алюминиевой оболочкой и наполнителем, состоящим из металлических порошков хрома и циркония, танталовой ленты, а также вольфрамовой и молибденовой проволок, расплав алюминида никеля, экранируя компоненты наполнителя от плазмы дуги, способствует формированию однородных по химическому составу капель легированного сплава на основе у'-№зА1. Показано, что необходимые для этого термические условия в реакционной зоне достигаются в диапазоне плотностей сварочного тока 30..50 А/мм2.

Выявлено, что уменьшение физической неоднородности металла шва, полученного с использованием разработанной композиционной проволоки при аргонодуговой сварке направлено-кристаллизованного сплава на основе у'-№3А1, достигается при ориентации у'-дендритов основного металла, близкой к горизонтальной. В результате этого создаются условия для повышения скорости теплоотвода в основной металл и увеличения переохлаждения металлического расплава у фронта кристаллизации, при которых диффузионная подвижность атомов легирующих элементов в расплаве уменьшается.

Установлено, что введение в композиционную проволоку 0,2..0,3 масс. % наночастиц монокарбида вольфрама способствует перераспределению молибдена, тантала и вольфрама в объеме у' и у-фаз наплавленного металла, что обеспечивает высокую стабильность структуры и свойств металла в условиях термосилового воздействия при температурах до 1250 °С.

Практическая значимость:

На основании проведенных исследований разработан состав и конструкция композиционной проволоки КП-Нп-500 (ТУ ВолгГТУ 205-12), вырабо-

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Введение

таны технологические рекомендации и режимы аргонодуговой наплавки и сварки жаропрочного сплава на основе алюминида никеля NÍ3AI. Предложена технологическая схема производства разработанной КП на основе использования существующих станов для изготовления порошковых проволок. Разработанная КП использована в промышленности для наплавки оправок трубо-прошивного стана, которые испытаны в натурных условиях на ЗАО ВМЗ «Красный Октябрь». Все разработки защищены двумя патентами РФ на изобретение и полезную модель и одним свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ. Разработанная компьютеризированная методика расчета КП используется в учебном процессе на кафедре сварочного производства ВолгГТУ по дисциплинам «Металловедение свариваемых сталей и сплавов», «Технология наплавки» и «Наплавочные материалы».

Достоверность полученных результатов:

При решении поставленных задач обеспечивается за счет совместного применения современных методов исследования, включающих электронно-ионную микроскопию (системы Versa 3D и JEOL JSM6610), атомно-силовую микроскопию (Solver Pro), а также использования специализированного программного обеспечения и средств компьютерной обработки экспериментальных данных.

Публикации:

По результатам диссертационной работы опубликована 21 печатная работа, из них 7 в периодических рецензируемых научно-технических журналах из списка ВАК, получено два патента РФ на изобретение и полезную модель и одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

В научно-технических журналах из списка ВАК

1. Исследование структуры металла на основе NÍ3AI, полученного аргонодуговой сваркой / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак, В.О. Харламов, М.В. Клименко // Изв. ВолгГТУ. Серия Проблемы материа-

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Введение

поведения, сварки и прочности в машиностроении. Вып. 7 : межвуз. сб. науч. ст. ВолгГТУ. - Волгоград, 2013. - № 6. - С. 147-151.

2. Исследование структуры и свойств наплавленного алюминида никеля Ni3Al, легированного нанодисперсными карбидами вольфрама / И.В. Зорин, Ю.Н. Дубцов, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак, A.B. Самохин, Н.В. Алексеев, Ю.В. Цветков // Перспективные материалы. - 2012. - № 2. - С. 21-27.

3. Особенности проектирования композиционной проволоки для наплавки сплавов на основе алюминида никеля / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак // Изв. ВолгГТУ. Серия / ВолгГТУ. - Волгоград, 2012.-№9.-С. 190-194.

4. Автоматизированное проектирование композиционных проволок для сварки и наплавки сплавов на основе интерметаллических соединений / И.В. Зорин, Ю.Н. Дубцов, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак // Заготовительные производства в машиностроении. - 2011. - № 10. - С. 12-16.

5. Композиционные проволоки для наплавки сплавов на основе алюми-нидов никеля и титана / И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, Ю.Н. Дубцов, В.И. Лысак, С.С. Сычева // Сварка и Диагностика. - 2011. - № 3. - С. 31-35.

6. Формирование композиционной структуры износостойкого наплавленного металла с боридным упрочнением / A.A. Артемьев, Г.Н. Соколов, Ю.Н. Дубцов, В.И. Лысак // Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2011. - № 2. - С. 44-48.

7. Исследование структуры и износостойкости наплавленного металла, упрочненного гранулами диборида титана / A.A. Артемьев, Ю.Н. Дубцов, Г.Н. Соколов // Изв. ВолгГТУ. Серия "Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении". Вып. 4 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. -Волгоград, 2010.-№4. -С. 141-144.

Прочие публикации

8. Наплавочный сплав для работы в условиях термосилового воздействия при повышенных до 1200 град. С температурах / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак, М.В. Клименко, Р.Х. Реимов //

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Введение

Perspektywiczne opracowania sa nauka i technikami - 2012 : mater. VIII miedzynar. nauk.-prakt. konf., 07-15 listopada 2012 r. Vol. 20. Techniczne nauki. - Przemysl, 2012.-S. 3-5.

9. Дуговая наплавка термостойкого сплава на основе N13AI с использованием композиционной проволоки / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак, A.C. Ермаков // Dny Vedy - 2012 : materialy VIII mezinar. vedecko-prakticka konference, 27 brezen - 05 dubna 2012 roku. Dil 89. Technicke vedy. - Praha, 2012. - S. 46-49.

10. Дубцов, Ю.Н. Проектирование композиционной проволоки для наплавки сплавов на основе алюминидов никеля и титана / Ю.Н. Дубцов, О.Ю. Гудза, Г.Н. Соколов // XV региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 9-12 ноября 2010 г.) : тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2011. - С. 135-137.

11. Компьютерное проектирование композиционных проволок для сварки и наплавки сплавов на основе NÍ3AI / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак // Современные проблемы повышения эффективности сварочного производства : сб. матер, всерос. заоч. науч.-техн. конф. (Тольятти, 25-28 окт. 2011 г.) / Тольят. гос. ун-т, Автомех. ин-т. -Тольятти, 2011.-С. 114-116.

12. Влияние нанодисперсной вольфрам-углеродной композиции на структуру сплава на основе Ni3Al / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград, 25-30 сент. 2011 г.). В 4 т. Т. 3 / РАН, РХО им. Д.И. Менделеева, Администрация Волгогр. обл. [и др.]. - Волгоград, 2011. - С. 343.

13. Формирование структуры наплавленного металла на основе алюминидов никеля и титана / И.В. Зорин, Ю.Н. Дубцов, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак // Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ-2010): сб. науч. тр. V междунар. конф., Волгоград, 14-16 сент. 2010 г. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2010. - С. 49-51.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Введение

14. Программа расчета состава композиционных проволок для наплавки сплавов на основе алюминидов никеля и титана / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак // Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ-2010) : сб. науч. тр. V междунар. конф., Волгоград, 1416 сент. 2010 г. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2010. - С. 139-141.

15. Формирование структуры естественного композита в наплавочном сплаве на основе алюминида никеля / Ю.Н. Дубцов, Чонг Ба Май, Г.Н. Соколов, И.В. Зорин // Научному прогрессу - творчество молодых : сб. матер, междунар. молодежной науч. конф. по естественнонаучным и техническим дисциплинам (Йошкар-Ола, 16-17 апр. 2010 г.). В 3 ч. Ч. 1 / Марийский гос. техн. ун-т [и др.]. - Йошкар-Ола, 2010. - С. 246-247.

16. Исследование влияния наноразмерного порошка карбида WC на формирование структуры наплавленного металла / A.C. Трошков, Г.Н. Соколов, И.В. Зорин, Ю.Н. Дубцов, Чонг Ба Май // Специальные методы сварки для модернизации в машиностроении : сб. докл. науч.-техн. конф. в рамках VII междунар. спец. выставки "Металлообработка. Сварка. Урал 2010" (28 апр. 2010) / Администрация г. Екатеринбурга, УФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, Уральский ин-т сварки. - Екатеринбург, 2010.-С. 57-60.

17. Артемьев, A.A. Технология электрошлаковой наплавки износостойких сплавов на плоские поверхности изделий / A.A. Артемьев, Ю.Н. Дубцов, Г.Н. Соколов // Наука. Технологии. Инновации : матер, всерос. науч. студенч. конф. молодых ученых (Новосибирск, 4-5 дек. 2009 г.). В 7 ч. Ч. 2 / ГОУ ВПО "Новосибир. гос. техн. ун-т". - Новосибирск, 2009. - С. 159161.

18. Композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки сплавов на основе Ni3Al / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак, Р.Х. Реимов // Сварка и родственные технологии: матер. VII науч.-техн. конф. Молодых ученых и специалистов, Киев, 22-24 мая 2013 г. / ИЭС Патона. -Киев, 2013.-С. 154.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Введение

19. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2010616144 от 17 сентября 2010 г. РФ, МПК (нет). Программное обеспечение расчета конструкции и состава композиционной проволоки для наплавки сплавов на основе интерметаллических соединений AlMe WireLab-1 / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, С.Н. Цурихин, Г.Н. Соколов; ГОУ ВПО ВолгГТУ. - 2010.

20. П. м. 98165 РФ, МПК В 23 К 35/08. Композиционная проволока для наплавки сплавов на основе алюминидов титана / И.В. Зорин, С.Н. Цурихин, Г.Н. Соколов, Ю.Н. Дубцов, В.И. Лысак; ГОУ ВПО ВолгГТУ. - 2010.

21. Пат. 2478029 РФ, МПК В23 К 35/02 В32В 15/02. Композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак; ГОУ ВПО ВолгГТУ. - 2013.

Апробация работы:

Основные результаты работы доложены и обсуждены на 10 международных и всероссийских конференциях: «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола 2010), «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ-2010)» (Волгоград 2010), «Специальные методы сварки для модернизации в машиностроении» (Екатеринбург 2010), «Современные проблемы повышения эффективности сварочного производства» (Тольятти 2011), «XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии» (Волгоград 2011), VIII международной научно-практической конференции «Дни науки - 2012» (Прага 2012, Чехия), VIII международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники -2012» (Пшемысль 2012, Польша), международной конференции IV «Пато-новские чтения» (Волгодонск 2012), VII научно-технической конференции «Сварка и родственные технологии» (Киев 2013, Украина), а также на ежегодных внутривузовских (2010-2013 гг.) научных семинарах кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ВолгГТУ, г. Волгоград.

Структура и объем диссертации:

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов и списка использованной литературы. Работа содержит 130 страниц, 52 рисун-

t

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Введение

ка, 16 таблиц. Список использованной литературы содержит 146 наименований.

В первой главе сделан анализ сплавов, работающих в диапазоне температур 800... 1150 °С. Обоснован выбор химического состава наплавленного металла на основе алюминида у'-М3А1. Рассмотрены современные технологические и металлургические пути повышения жаропрочности легированных сплавов на основе у'-№зА1 и обоснован выбор наночастиц карбида вольфрама в качестве модификаторов структуры наплавленного металла. Проанализирован опыт сварки и наплавки сплавов содержащих до 90 об. % фазы у'-№зА1.

Обоснован выбор КП в качестве материала для сварки и наплавки, обеспечивающего эффективное получение любого химического состава наплавленного металла, в частности - легированного сплава на основе у'-№3А1.

Сформулирована цель диссертационного исследования, определены задачи, обеспечивающие ее достижение.

Во второй главе приведены материалы, использованные для изготовления КП, методы и режимы наплавки экспериментальных образцов. Показаны современные методики металлографических исследований структуры наплавленного металла и сварных швов с использованием оптической, электронной и атомно-силовой микроскопии. Подробно описаны методики и применяемое оборудование для высокотемпературных склерометрических испытаний наплавленного металла, испытаний на стойкость к образованию трещин термической усталости, а также испытаний на кратковременную прочность сварных соединений при повышенной температуре. Изложены методики оценки сварочно-технологические свойств экспериментальных КП.

В третьей главе представлены конструкции разработанных КП и методика расчета их состава. Показана последовательность проектирования КП в разработанном программном продукте А1Ме-\¥!геЬаЬ. Приведены результаты исследования сварочно-технологических свойств электродной КП, что позволило выявить особенности формирования расплава на торце КП. Также выявлено влияние наноразмерных тугоплавких частиц карбида \¥С и компо-

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Введение

зиции на формирование капли металлического расплава на основе легированного у'-№3А1.

В четвертой главе показано влияние наночастиц монокарбида вольфрама на структуру и свойства наплавленного металла и сварного шва на основе нелегированного и легированного алюминида никеля у'-№зА1 при использовании процессов ЭШН, наплавки неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона с использованием присадочной КП и аргонодуговой наплавки и сварки электродной КП.

В заключении представлены общие выводы по работе.

В приложении приведены копии акта об испытаниях экспериментальных наплавленных разработанным сплавом оправок на ЗАО ВМЗ «Красный Октябрь» и технических условий на порошковую проволоку КП-Нп-500.

Автор выражает глубокую признательность сотрудникам кафедры Сварочного производства ВолгГТУ помогавшим при постановке экспериментов и принимавшим участие в обсуждении их результатов в их числе научному руководителю проф., докт. техн. наук Соколову Г. Н., чл.-корр. РАН, заслуженному деятелю науки, докт. техн. наук Лысаку В. И. и доценту, канд. техн. наук Зорину И.В. сформулировавшим направление научно-технических разработок, цель и задачи исследований, а также оказавшим помощь при обсуждении, анализе и выявлении новизны полученных результатов.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Глава 1

1. СОВРЕМЕННЫЕ ЖАРОПРОЧНЫЕ ДО 1200 °С СПЛАВЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССАХ

1.1. Классификация и эволюция жаропрочных сплавов, эксплуатирующихся в диапазоне температур 800...1150 °С.

Начиная с последних десятилетий XX века детали и узлы горячего тракта ГТД стационарных энергетических установок, теплотехнического оборудования и других агрегатов, работающих в интервале температур 800... 1150 °С, изготавливаются из жаропрочных суперсплавов (рис. 1.1 и 1.2) на основе никеля или кобальта. Такие сплавы упрочнены интерметаллидной фазой у'-Ni3Al в количестве 50...60 об. %, тугоплавкими карбидами и боридами (отечественные - типа ЖС, ВЖМ; зарубежные - типа CMSX, TMS, ЕРМ, LDS и др.). В последние годы разработан новый тип жаропрочных сплавов с гетерогенной структурой, в которых у'-фаза является основной (до 85 об. %).

Р/ г/см 3

' /

600

Рис. 1.1 - Предельная рабочая температура Т - L_J , и удельная масса

р - U жарочных суперсплавов на основе Fe, Со, Ni и y'-Ni3Al [1-3].

Для высокотемпературных условий работы предпочтительной является кристаллическая структура с ГЦК плотноупакованной решеткой, расположение атомов в которой обеспечивает прочность сплава почти до температур плавления. Сплавы на основе железа с кристаллической решеткой ОЦК вви-

ду повышенной активности диффузионных процессов в матрице при увеличении рабочей температуры более 750 °С в нашей работе не рассматривают-

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 год

суперсплавов [4-11].

Суперславы на основе никеля и кобальта, кристаллическая структура которых ГП при высокой температуре трансформируется в ГЦК, обладают следующими технологическими свойства [1]:

- благодаря низкому коэффициенту термического расширения, обеспечивают увеличение КПД двигателей при эксплуатации их узлов с минимальными зазорами;

- высокой теплопроводностью, что дает возможность быстро охлаждать детали узлов, как горячего тракта стационарных энергетических газотурбинных установок, так и других машин, а также инструмента;

- высокой жаропрочностью, почти до температур плавления.

К недостаткам этих сплавов можно отнести:

- повышенную себестоимость;

а

оисИте1500Ш 9 2-е поколение суперсплавы

»мтг>п1гпч*ш ® 3-е поколение \> нп основе Л//

Рис. 1.2 - Длительная прочность Сюо1000 и годы внедрения жаропрочных

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Глава 1

- большую удельную массу;

- резкое падение жаропрочности при температурах более 1000 °С.

1.1.1. Структура и свойства жаропрочных суперсплавов на основе никеля

Структура никелевых сложнолегированных жаропрочных суперсплавов состоит из неупорядоченного ГЦК-твердого раствора на основе Ni и дисперсных (< 0,5 мкм) частиц у'вт -фазы (50...70 масс.%), являющейся легированным упорядоченным ГЦК-твердым раствором на основе интерметаллического соединения Ni3Al (сверхструктура Ы2). Такая структура формируется в результате двухстадийной ТО «растворение и старение», продолжительность которой может достигать 80...100 ч. В результате в металле обеспечивается оптимальный мисфит, то есть разница в периодах кристаллической решетки Oy-Ni-матрицы > Оу'ВХ-№зА1 [12]. При этом достигается высокая жаропрочность как зарубежных, так и отечественных никелевых литейных суперсплавов [13, 14]. При наличии в ЖНС углерода в них образуются также карбидные фазы, как правило, на основе монокарбидов Ti, Nb и Та. Располагаясь в матрице металла, монокарбиды выступают в качестве точечных упрочните-лей, а выделяясь по границам зерен в совокупности с Zr и В, способствуют образованию карбидной и карбоборидной эвтектик, обеспечивающих формирование композитной структуры сплава [1, 15].

Предельные рабочие температуры Ni-суперсплавов (1050... 1150 °С) определяются склонностью их к разупрочнению, что обусловлено уменьшения объемной доли вторичных выделений фазы у'вх вследствие активации диффузионных процессов и повышения ее растворимости в y-Ni-матрице. Также изменяется и морфология нерастворившихся частиц у'вх [16]. Повышение жаропрочности современных литейных никелевых сплавов, основанное на замедлении диффузионных процессов в объеме и на межфазных у/у' границах дает возможность увеличить срок службы изнашивающихся деталей.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Глава 1

Улучшение свойств таких материалов связано с использованием новых технологических процессов их получения, обеспечивающих заданные структурно-фазовые состояния (например, гетерофазные, монокристаллические), а также - с увеличением содержания тугоплавких ЛЭ вольфрама, молибдена, тантала и добавлением до 18...20 масс. %, редкоземельных металлов - рения и рутения, которые несколько повышают температуру солидуса сплавов до 1360... 1380 °С [13]. Все эти мероприятия позволили повысить рабочую температуру ЖНС до 1100... 1150 °С, вместе с тем их удельная масса увеличил

лась до 8,9...9,2 г/см , также возросла и их стоимость. Такое предельное легирование обусловливает образование сложных по составу т.п.у.-фаз (ц, 5, г), а), в состав которых входят тугоплавкие ЛЭ, что приводит к снижению жаропрочности и термической стабильности металла, а также к увеличению содержания в нем технологических дефектов. Происходит охрупчивание сплавов вследствие уменьшения содержания тугоплавких элементов в у- и у'-твердых растворах. Это приводит к затруднению и удорожанию ТО сплавов, способствующей выравниваю химического состава и растворению т.п.у.-фаз. Легирование никелевых суперсплавов тугоплавкими металлами приводит к снижению скорости их разупрочнения, но не устраняет ее основную причину при высокотемпературной работе - уменьшения объемной доли дисперсных вторичных выделений у'-№3А1 вследствие повышения их растворимости в у-№-матрице. Кроме того, никелевые суперсплавы нуждаются в защитных покрытиях для работы в окислительных средах. Применение таких «тяжелых» суперсплавов для изготовления лопаток турбины высокого давления приводит к значительному увеличению их массы. При этом требуется усиление несущего диска турбины, что сопровождается увеличением массы всей конструкции и ведет к уменьшению отношения тяги двигателя к его массе. Также увеличивается нагрузка на ротор, диски и лопатки и, следовательно, снижается срок службы изделия [17-20].

Из химического состава суперсплавов на основе никеля (табл. 1.1) следует, что все они имеют практически одинаковую систему легирования и со-

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Глава 1

держат у-стабилизирующие (Сг, Мо, Яе, Яи, Со, V, W) и у'-образующие (А1, Т1, №>, Та, Н1) элементы.

Таблица 1.1

Химический состав и свойства жаропрочных суперсплавов

на основе никеля

№ Марка и тип* металла Другие элементы, масс. % р, г/см Траб' °с Источник

1 2 3 4 5 6

Деформируемые сплавы

1 НАЭТЕЬШУ В 01Н63М28КЗХГС 5 Ре; 0,03 V 9,24 750 [21]

2 \Vaspaloy 07Х20Н57К14М5ТЗЮ2 2 Бе; 0,006 В; 0,09 Ъх 8,19 910 [22]

3 №тошс 105 01X15Н54К20М5Ю5Т 0,005 В 8,01 920 [3]

4 №тошс 115 02X15Н55К15М4Ю5Т4 0,04 гг 7,85 940 [3]

Литейные поликристаллические

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дубцов, Юрий Николаевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок / под ред. Симса Ч. Т., Столоффа Н. С., Хагеля У. К. Пер. с англ. В 2-х книгах. Кн. 1. / Под ред. Шалина Р. Е. -М: Металлургия, 1995. - 384 с.

2. Соколов, Г. Н. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей: научная монография / Г. Н. Соколов. В. И. Лысак / ВолгГТУ. - Волгоград, 2005. - 284 с.

3. Davis, J. R. Nickel, Cobalt, and Their Alloys/ J. R. Davis. - Ohio: ASM International, -2000. - 442 p.

4. High Temperature Materials for Power Engineering 1990 Part II: Proceedings of a Conference Held in Liège, Belgium, 24-27 September. - 1990. -1780 p.

5. High Temperature Alloys for Gas Turbines and Other Applications 1986 Part I: Proceedings of a Conference Held in Liège, Belgium, 6-9 October. -1986. -1702 p.

6. Reed, R. C. The Superalloys: Fundamentals and Applications/ R. C. Reed. - Cambridge: Cambridge University Press, - 2006. - 327 p.

7. Donachie, M. J. Superalloys - A Technical Guide / M. J. Donachie, S. J. Donachie. - ASM International, - 2002. - 439 p.

8. Das, N. Advances in nickel-based cast superalloys / N. Das, // Transactions of the Indian Institute of Metals. - 2010. - Vol 63. - P. 265-274.

9. A 5th generation SC superalloy with balanced high temperature properties and processability / A. Sato [and other] // Superalloys 2008, Warrendale, PA: TMS.-2008.-P. 131-138.

10. Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения / Е. Н. Каблов [и др.] // Авиационные материалы и технологии. - 2012. - № 5. -С. 36-52.

11. Шарова, Н.А. Оценка состояния развития и применяемости современных материалов для деталей турбины перспективного авиационного дви-

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

гателя / Н. А. Шарова, А. А. Живушкин, Е. А. Тихомирова // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2010. - Т. 2, № 5. - С. 97-102.

12. Протасова, H.A. Размерное несоответствие периодов кристаллических решеток у- и у'-фаз в монокристаллах жаропрочных никелевых сплавов / H.A. Протасова, И.Л. Светлов, М.Б. Бронфин, Н.В. Петрушин // Физика металлов и металловедение. - 2008. - Т. 106, № 5. - С. 512-519.

13. Малолегированные легкие жаропрочные высокотемпературные материалы на основе интерметаллида Ni3Al/ Е. Н. Каблов [и др.] // Металлы. -1999.-№ 1.-С. 58-65.

14. Каблов, Е. Н. Физико-химические и технологические особенности создания жаропрочных сплавов, содержащих рений // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. - 2005. - Т. 46. № 3. - С. 155-167.

15. Петрушин, Н.В. Литейные жаропрочные никелевые сплавы / Н. В. Петрушин, И. Л. Светлов, О. Г. Оспенникова // Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2012. - № 5. - С. 15-19.

16. Термостабильность структуры сплава на основе Ni3Al и их применение в рабочих лопатках малоразмерных ГТД / К. Б. Поварова [и др.] // Металлы. - 2003. - № 3. - С. 95-100.

17. Каблов, Е. Н. Интерметаллиды на основе титана и никеля для изделий новой техники / Е. Н. Каблов, В. И. Лукин // Автоматическая сварка. -2008.-№ И.-С. 76-82.

18. Шарова, Н. А. К вопросу о выборе новых жаропрочных никелевых сплавов для перспективных авиационных ГДТ / Н. А. Шарова, Е. А. Тихомирова, А. Л. Барабаш, А. А. Живушкин, В. Э. Брауэр // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2009. - № 3(19). - С. 249-254.

19. Физико-химические подходы к разработке сплавов на основе NiAl для высокотемпературной службы / К.Б. Поварова [и др.] // Металлы. - 2011. - № 2. - С. 48-62.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

20. Конструкционные жаропрочные сплавы на основе Ni3Al: получение, структура и свойства / К. Б. Поварова [и др.] // Материаловедение. -2011,-№4.-С. 39-48.

21. Wessel, J.K. Handbook of advanced materials: enabling new designs / J.K. Wessel. - New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved. - 2004. -645 p.

22. Davis, J. R. ASM specialty handbook: Heat-resistant materials / J. R. Davis. - Ohio: ASM International, -1997. - 591 p.

23. Jonsta, P. Structural characteristics of nickel super alloy INCONEL 713LC after heat treatment / P. Jonsta, Z. Jonsta, J. Sojka, L. Cizek, A. Hernas // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. - 2007. -Vol 21.-P. 29-32.

24. MacKay, R.A. Alloy Design Challenge: Development of Low Density Superalloys for Turbine Blade Applications / R.A. MacKay, T.P. Gabb, J. L. Smi-alek, M. V. Nathal // NASA TM: Glenn Research Center, Cleveland, Ohio. - 2009215819

25. Петрушин, H.B. Жаропрочные никелевые сплавы низкой плотности / Н. В. Петрушин, О. Г. Оспенникова, И. JI. Светлов, Е. М. Висик, JI. И. Рассохина, О. Б. Тимофеева // Литейное производство. - 2012. - № 6. - С. 5-11.

26. Каблов, Е.Н. Литейные жаропрочные никелевые сплавы для перспективных авиационных ГТД / Е. Н. Каблов, Н. В. Петрушин, И. Л. Светлов, И. М. Демонис // Технология легких сплавов. - 2007. - № 2. - С. 6-16.

27. Бондаренко, Ю.А. Влияние высокоградиентной направленной кристаллизации на структуру и свойства ренийсодержащего монокристаллического сплава / Ю. А. Бондаренко, Е. Н. Каблов, В. А. Сурова, А. Б. Ечин // МиТОМ. - 2006. - № 8. - С. 33-35.

28. Caron, P. Recent Studies at Onera on Superalloys for Single Crystal Turbine Blades / P. Caron, O. Lavigne // Aerospace Lab Journal. - 2011. - № 3. -P. 1-14.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

29. Joint Development of a Fourth Generation Single Crystal Superalloy / S. Walston [and other] // NASA TM: GE Aircraft Engines, Cincinnati, Ohio. - 2004213062

30. Петрушин, H.B. Литейные жаропрочные никелевые сплавы / Н.В. Петрушин, И.Л. Светлов, О.Г. Оспенникова // Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2012. - № 6. - С. 16-21.

31. MacKay, R. A. A New Approach of Designing Superalloys for Low Density / R. A. MacKay, T. P. Gabb, J. L. Smialek, M. V. Nathal // High Temperature Alloys. - 2010. - Vol 62. - P. 48-54.

32. Nickel based alloy for casting single crystal components : pat. 10100790 DE: Int. cl. C22 C19/057 / U. Glatzel, [and other]; applicants Mtu Aero Engines Gmbh; filing 10.01.02 ; publ. 3.07.03.

33. Welding Alloys limited catalog. - S. Peterburg, Russia: WAR. -2000.-50 p.

34. Welding Wire products. - UK, London. - 1993. - 17 p.

35. Cored wire electrodes for surfacing. - Germany, Edtlstahl: Omnitrode. -1995.-88 p.

36. Фурман, И.Е. Совершенствование составов и способов литья кобальтовых стеллитов: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук по специальности 05.16.04. - Екатеринбург, 2007. -24 с.

37. Новые материалы / под ред. Ю.С. Карабасова. - М: МИСИС, 2002. -736 с.

38. 100 Practical solutions for economically mastering your welding problems. - UTP schweissmaterial GmbH and Co. КВ., BUD Krozingen, Germany. -1993.-82 p.

39. Каблов, E.H. Материалы для высокотеплонагруженных деталей газотурбинных двигателей / Е. Н. Каблов, О. Г. Оспенникова, О. А Базылева // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. - 2011. - № 2. - С. 13-19.

40. Соколов, Т.Н. Электрошлаковая наплавка термостойкого сплава на основе Ni3Al на сталь с целью упрочнения инструмента для горячего дефор-

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

мирования сталей/ Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. H Цурихин, В. Н. Арисова // Вопросы материаловедения. - 2004. - № 2. - С. 87-98.

41. Сплавы на основе алюминидов никеля / В. П. Бунтушкин, Е. Н. Каблов, О. А. Базылева, Г. И. Морозова // МиТОМ. - 1999. - № 1. -С. 32-34.

42. Цурихин, С. Н. Разработка технологии электрошлаковой наплавки оправок трубопрошивного стана термостойким сплавом на основе NÍ3AI: ав-тореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук по специальности 05.03.06. - Волгоград, 2007. - 22 с.

43. Гринберг, Б. А. Интерметаллиды NÍ3AI и Ti Al: микроструктура, деформационное поведение / Гринберг Б. А., Иванов М. А. - Екатеринбург: УрО РАН, 2002.-359 с.

44. Петрушин, Н.В. Конструирование жаропрочных интерметаллидных сплавов на основе у'-фазы с высокой температурой плавления. Часть 1 / Н. В. Петрушин [и др.] //Металловедение и термическая обработка металлов. -2012.-№2.-С. 32-48.

45. Lippold, J. К. Welding Metallurgy and weldability of nickel-base alloys/ John C. Lippold, Samuel D. Kiser, John N. DuPont. - New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved. - 2009. - 440 p.

46. Ni3Al-based intermetallic alloys having improved strength above 850° C: pat. 6106640 US: Int. cl. C22C 19/05 / С. T. Liu; applicants Lockheed Martin Energy Research Corporation; filing 8.06.1998 ; publ. 22.08.2000.

47. Пат. 2088686 Российская федерация, МПК6 C22C19/05 Сплав на основе интерметаллида состава Ni3Al / Бунтушкин В.П., Ефимов В.Е., Каблов Е.Н и др.; заявитель и патентообладатель акционерное общество открытого типа "Ступинский металлургический комбинат". - заявл. 25.10.1995. -опублик. 27.08.1997, Бюл. № 16.

48. Пат. 2237093 Российская федерация, МПК7 С22С19/05 Сплав на основе интерметаллида NÍ3AI и изделие, выполненное из него / Каблов Е. Н., Базылева О. А., Бондаренко Ю. А. и др.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

исследовательский институт авиационных материалов".- заявл. 24.07.2003. -опублик. 27.09.2004.

49. Пат. 2256716 Российская федерация, МПК7 С22С19/03 Сплав на основе интерметаллида №зА1 и изделие, выполненное из него / Каблов E.H., Бунтушкин В.П., Базылева O.A. и др.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ").-заявл. 25.06.2004. - опублик. 20.07.2005.

50. Пат. 2256714 Российская федерация, МПК7 С22С19/03 Сплав на основе интерметаллида N13AI и изделие, выполненное из него / Каблов E.H., Бунтушкин В.П., Базылева O.A. и др.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")-заявл. 25.06.2004. - опублик. 20.07.2005.

51. Пат. 2274536 Российская федерация, МПК7 С22С19/03 Способ изготовления композиционной порошковой проволоки для наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni3Al / Цурихин С. Н., Соколов Г. Н., Лысак В. И., Зорин И.В.; заявитель и патентообладатель Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ).- заявл. 28.06.2004. - опублик. 20.04.2006.

52. Каблов, Е. Н. Конструкционные жаропрочные материалы на основе соединения Ni3Al для деталей горячего тракта ГТД / Е. Н. Каблов, В. П. Бунтушкин, О. А. Базылева // Технология легких сплавов. - 2007. - № 2. - С. 7580.

53. Базылева, О. А. Жаропрочные литейные интерметаллидные сплавы / О. А. Базылева, Э. Г. Аргинбаева, Е. Ю. Туренко // Авиационные материалы и технологии. - 2012. - № 5. - С. 57-60.

54. Пат. 2398906 Российская федерация, МПК С22С19/05 Сплав на основе интерметаллида Ni3Al / О. А. Базылева [и др.]; заявитель и патентообладатель Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России). - заявл. 07.09.2009. - опублик. 10.09.2010.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

55. Бунтушкин, В.П. Высокотемпературные литейные конструкционные материалы / В.П. Бунтушкин, О. А. Базылева, М. А. Воронцов // Технология металлов. - 2008. - № 7. - С. 20-23.

56. Сплав на основе интерметаллида Ni3Al - перспективный материал для лопаток турбин / Е. Н. Каблов [и др.] // МиТОМ. - 2002. - № 7. - С. 1619.

57. Восстановление рабочих поверхностей деталей и инструмента сбо-рочно - сварочной оснастки электрошлаковым способом композиционными жаропрочными материалами / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, С. Н. Цурихин, Е. И. Лебедев, В. И. Лысак // Сборка в машиностроении, приборостроении. -2005.-№5.-С. 17-20.

58. Vitek, J.M. Welding and Weld Repair of Single Crystal Gas Turbine Alloys / J.M. Vitek, S.A. David, S.S. Babu // Turbine Power Systems Conference Galveston. - Texas February 25-26, 2002.

59. Особолегкие жаропрочные наноструктурированные сплавы на основе Ni3Al для авиационного двигателестроения и энергетического машиностроения / К.Б. Поварова [и др.] // Вопросы материаловедения. - 2008. - № 2. -С. 85-93.

60. Поварова К.Б. Физико-химические принципы создания термически стабильных сплавов на основе алюминидов переходных металлов / К.Б. Поварова // Материаловедение. - 2008. - № 11. - С. 25-37.

61. Сравнительный анализ принципов создания жаропрочных никелевых суперсплавов и сплавов на основе интерметаллида Ni3Al (у'-фаза) композитов / К. Б. Поварова [и др.] // Перспективные материалы. - 2005. - № 2. -С. 10-19.

62. Высокоградиентная направленная кристаллизация деталей из сплава ВКНА-1В / Бондаренко Ю.А. [и др.] // Литейное производство. - 2012. -№6.-С. 12-16.

63. Структура и износостойкость наплавленного металла на основе алюминида никеля гамма'-№3А1, обработанного лазерным излучением / Т.Н.

Кандидатская диссертация Рубцова Ю. Н. Список использованной литературы

Соколов, С.Н. Цурихин, В.И. Лысак, Е.И. Тескер // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2006. - №6. - С. 24-27.

64. Литейные сплавы на основе Ni3Al и способ их выплавки / Базылева O.A. [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. - 2010. -№1. - С. 29-35.

65. Редкоземельные металлы в сплавах на основе алюминидов никеля. III. Структура и свойства многокомпонентных сплавов на основе Ni3Al / Базылева O.A. [и др.] // Металлы. - 2009. - №2. - С. 69-76.

66. Изучение влияния редкоземельных металлов на жаропрочность сплавов на основе Ni3Al / Поварова К.Б. [и др.] // Металлы. - 2011. - №1. -С. 55-63.

67. Мальцев, Н. В. Модифицирование металлов и сплавов / М. В. Мальцев. -М.: Металлургия, 1964. - 214 с.

68. Chalmers В. Principles Solidification / В. Chalmers. - John Wiley and songs. - New York, 1964. - 259 p.

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

70. Бабаскин, Ю. 3. Структура и свойства литой стали / Ю. 3. Бабаскин. - Киев: Наук, думка, 1980. - 240 с.

71. Сабуров, В. П. Выбор модификаторов и практика модифицирования литейных сплавов / В. П. Сабуров. - Омск: Изд-во ОмПИ, 1984. - 98 с.

72. Еремин, Е. Н. Закономерности комплексного модифицирования литого электрошлакового металла / Е. В. Еремин // Анализ и синтез механических систем. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1998. - С. 131-134.

73. Модифицирование сталей и сплавов дисперсными инокуляторами / В. П. Сабуров Омск: изд. ОмГТУ. - 2002. - 212 с.

74. Жеребцов, С. Н. Модифицирование жаропрочных никелевых сплавов ультрадисперсными порошками (УДП) тугоплавких частиц / С. Н. Жеребцов // Технология машиностроения. - 2007. - № 1. - С. 7-9.

75. Комшуков, В. П. Модифицирование металла нанопорошковыми инокуляторами в кристаллизаторе сортовой машины непрерывного литья за-

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

готовок. Теоретическое обоснование / В. П. Комшуков, А. Н. Черепанов, Е.

B. Протопопов // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 2008. - № 10. - С. 21-24.

76. О модифицировании литых алюмоматричных композиционных материалов тугоплавкими наноразмерными частицами / Т. А. Чернышова [и др.] // Металлы. - 2009. - № 1. - С. 79-86.

77. Разработка металлокомпозитов на основе алюминия, упрочненных наночастицами тугоплавких соединений / О. В. Анисимов [и др.] // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия, 2011. - № 3. -

C. 33-39.

78. Milligan, J. Formation of nanostructured weldments in the Al-Si system using electrospark welding / J. Milligan, D. W. Heard, M. Brochu // Applied Surface Science. - Vol. 256,1. 12, 1 April 2010. - P. 4009-4016.

79. Процессы формирования, структура и свойства электроискровых покрытий на армко-железе, полученных при применении нано - и микроструктурного электродов WC-Co /А. Е. Левашов [и др.] // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2007. - № 1. - С. 41-52.

80. Tribological behavior of WC/DLC/WS2 nanocomposite coatings / J.-H. Wu [and etc.] // Surface and Coating Technology. - Volume 188-189. - 2004. - P. 605-611.

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

82. О применении нанодисперсных порошков тугоплавких соединений в процессе лазерной сварки углеродистых сталей / Е. Д. Головин [и др.] // Российские нанотехнологии. - 2009. - т. 2. № 3-4. - С. 35-57.

83. Модификация структуры порошковых покрытий на никелевой и хромоникелевой основах введением наночастиц диборида титана при электронно-лучевой наплавке / И. В. Степанова [и др.] // Известия высших учеб-

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

ных заведений, порошковая металлургия и функциональные покрытия. -

2011.-№ 1.-С. 68-74.

84. Hou, Q. Y. Influence of nano-Al203 particles on the microstructure and wear resistance of the nickel-based alloy coating deposited by plasma transferred arc overlay welding / Q. Y. Hou, Z. Huang, J. T. Wang // Surface and Coatings Technology. - Volume 206, Issues 8-9, 25 January 2011. - P. 2806-2812.

85. Nanophase hardfaced coatings / U. Reisgen [and etc.] // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik V.40,1. 8, August 2009. - P. 618-622.

86. Влияние нанодисперсных частиц A1203 на структурно-фазовое состояние покрытий системы Ni-Cr-B-Si / WC, полученных плазменно-порошковой наплавкой / А. Н. Смирнов [и др.] // Сварка и диагностика. -

2012.-№5.-С. 32-37.

87. Модифицирование наплавленного металла нанодисперсными карбидами вольфрама / Г. Н. Соколов [и др.] // Физика и химия обработки материалов. - 2009. - № 6. - С. 43-47.

88. 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.

89. Артемьев, А. А. Влияние микрочастиц диборида титана и наноча-стиц карбонитрида титана на структуру и свойства наплавленного металла / А. А. Артемьев, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2011. - № 12. - С. 32-37.

90. Исследование структуры и свойств наплавленного алюминида никеля Ni3Al, легированного нанодисперсными карбидами вольфрама / И. В. Зорин, Ю. Н. Дубцов, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак, А. В. Самохин, Н. В. Алексеев, Ю. В. Цветков // Перспективные материалы. - 2012. - № 2. - С. 21.27.

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

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

92. Сабуров, В. П. Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов / В. П. Сабуров, А. Н. Черепанов, М. Ф. Жуков и др. - Новосибирск. - Сиб. изд. фирма РАН, 1995.-334 с.

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

94. Миннеханов, Г. Н. Влияние модифицирования наночастицами кар-бонитрида титана и легирования титаном на структуру и свойства доэвтекти-ческих чугунов / Г. Н. Миннеханов, О. А. Шуйкин, Р. Г. Миннеханов // Омский научный вестник. - 2009. - № 1. - С. 22-25.

95. Модифицирование сталей и сплавов дисперсными инокуляторами: Монография / В. П. Сабуров, Е. Н. Еремин, А. Н. Черепанов, Г. Н. Миннеханов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. - 212 с.

96. Панов, В. С. Характер взаимодействия карбида вольфрама с нике-лидом алюминия Ni3Al / В. С. Панов, М. А. Гольдберг // Порошковая металлургия. - 2009. - № 7/8. - С. 100-104.

97. Reed, R. С. The superalloys: fundamentals and applications / R. C. Reed. - Cambridge: Cambridge University Press. - 2008. - 388 p.

98. Турбины: с «блиск»ом и без / Л, А. Магеррамова [и др.] // Двигатель. - 1999. - № 2. - С 32-34.

99. Исследование влияния параметров сварки трением и термической обработки на качество сварных соединений жаропрочных деформируемых никелевых сплавов / В. И. Лукин [и др.] // Сварочное производство. — 2011.— №4.-С. 55-63.

100. Особенности технологии сварки трением соединений из сплавов ВКНА-25 и ЭП975 / В. И. Лукин [и др.] // Сварочное производство. - 2010. -№5.-С. 55-63.

101. Ding, R.G. Laser beam weld-metal microstructure in a yttrium modified directionally solidified Ni3Al-base alloy / R.G. Ding, O.A. Ojo, M.C. Chatur-vedi // Intermetallics. -2007. -№ 15. - P. 1504-1510.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

102. Molian, P. A. Laser-welding behaviour of cast Ni3Al intermetallic alloy / P. A. Molian, Y. M. Yang T, S. Srivatsan // Journal of Materials Science. - 1992. -Vol. 27-p. 1857-1868.

103. Schnell, A. A. Study of the weldability of gamma prime hardened superalloys / A. Schnell, M. Hoebel J. Samuleson // Advanced Materials Research. -

2011.-Vol. 278.-p. 434-439.

104. Сливинский, А. А., Структура и свойства сварных соединений жаропрочного сплава на основе никеля / А. А. Сливинский, П. Файт // Автоматическая сварка. - 2003. - № 5.

105. Малый, А. Б. Свариваемость высоколегированных термоупрочня-емых сплавов на никелевой основе / А. Б. Малый, Ю. В. Бутенко, В. Ф. Хо-рунов // Автоматическая сварка. - 2005. - № 5. - С. 24-27.

106. Сорокин, JI. И. Образование горячих трещин при сварке жаропрочных никелевых сплавов / JI. И. Сорокин // Сварочное производство. -2005. - № 8. - С.38-43.

107. Сравнительная оценка чувствительности к образованию горячих трещин сварочных соединений сплавов INCONEL 690 / К. А. Ющенко [и др.] // Автоматическая сварка. - 2011. - № 11.- с.4-9.

108. Феклистов, С. И. Исследование свариваемости опытных высоконикелевых сплавов /С. И. Феклистов, А. А. Ершов // Сварка и диагностика. -

2012.-№3.-С. 18-22.

109. Сварка и наплавка жаропрочных никелевых сплавов с монокристаллической структурой / К. А. Ющенко [и др.] // Автоматическая сварка. -2008.-№ И.-С. 217-222.

110. Anderson, Т. D. Stray Grain Formation in Welds of Single-Crystal Ni-Base Superalloy CMSX-4 / T. D. Anderson, J. N. Dupont, and T. Debroy // Metallurgical and Materials Transactions. - 2010. - V. 41a. - P. 181-193.

111. Anderson, T. D. Stray Grain Formation and Solidification Cracking Sus-ceptibility of Single Crystal Ni-Based Superalloy CMSX-4 / T. D. Anderson, J. N. Dupont // Welding Journal. - 2011. - Vol. 90. - p. 27-31.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

112. Anderson, Т. D. Origin of stray grain formation in single-crystal super-alloy weld pools from heat transfer and fluid flow modeling / T. D. Anderson, J. N. Dupont, T. DebRoy // Acta Materialia. - 2009. - Vol. 58. - p. 1441-1454.

113. Nickel-Based Superalloy Welding Practices for Industrial Gas Turbine Applications / M.B. Henderson [and etc.] // Science and Technology of Welding Joining. - 2004. - Vol. 9, Number 1. - pp. 13-21.

114. Zinigrad, M. Modeling of the Build up Process for Production of Ni-Al based High Temperature Wear Resistant Coatings / M. Zinigrad , V. Mazurovsky, Feng Di,Ye Wujun, N. Zalomov // Proceedings of ASM Materials Solution*99: International Symposium on Steel for Fabricated Structures. Cincinnati, Ohio, USA. - 1999.-230-233 pp.

115. Di, Feng Micro-Features of the CE Surface of an Ni3Al-Based Alloy / Feng Di, Ye Wujun, M. Zinigrad // Proceedings of International ASTM Symposium on Hydraulic Failure Analysis: Fluids, Components, and System Effects, Reno, Nevada, USA. - 1999. - 172-179 pp.

116. Порошковая проволока для наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni3Al / С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин и др. // Сварочное производство. - № 1. - 2006. - С. 17 - 22.

117. Гавров, Е. В. Композиционные полиметаллические электродные проволоки / Е. В. Гавров // Автоматическая сварка. - 2000. - № 8. - С. 10-12.

118. Применение композиционной проволоки для наплавки легированных сплавов / C.JI. Миличенко [и др.] // Автоматическая сварка. - 1979. - № 1.-С. 45-46.

119. Цурихин, С. Н. Расчет состава композиционной проволоки для наплавки жаропрочного сплава на основе алюминида никеля Ni3Al / С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Известия вузов. Черная металлургия. -2008.-№4.-С. 41-44.

120. Иоффе, И. С. К вопросу выбора конструкции сечения порошковой проволоки / И. С. Иоффе, В. И. Зеленова // Сварочное производство. - 1986. -№ 12.-С. 2-3.

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

121. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2010616144 от 17 сентября 2010 г. РФ, МПК (нет). Программное обеспечение расчета конструкции и состава композиционной проволоки для наплавки сплавов на основе интерметаллических соединений AlMe WireLab-1 / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, С.Н. Цурихин, Г.Н. Соколов; ГОУ ВПО ВолгГТУ. - 2010.

122. Пат. 2349424 Российская федерация, МПК51 B22F9/22 С01В31/34 Способ получения порошков на основе карбида вольфрама / Благовещенский Ю. В. [и др.]; заявитель и патентообладатель Институт металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова РАН- заявл. 18.10.2007. - опублик. 20.03.2009.

123. Цветков, Ю.В. Термическая плазма в нанотехнологиях / Ю. В. Цветков // Наука в России. - 2006. - № 2. - С. 4-9.

124. Самохин, A.B. Плазмохимические процессы создания нанодис-персных порошковых материалов / А. В. Самохин, Н. В. Алексеев, Ю. В. Цветков // Химия высоких энергий. - 2006. - Т. 40, № 2. - С. 120-126.

125. Подгаецкий, В. В. Сварочные шлаки. Справочное пособие / В. В. Подгаецкий, В. Г. Кузьменко. - Киев: Наук, думка, 1988. - 256 с.

126. Миркин, JI. И. Справочник по рентгеноструктурному анализу по-ли-кристаллов. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961. - 803 с.

127. Уманский, Я. С. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия / Я. С. Уманский, Ю. А. Скаков, А. Н. Иванов, Л. Н. Расторгуев. - М.: Металлургия, 1982. - 632 с.

128. Лебедев, Е. Н. Исследование высокотемпературных свойств наплавленного металла методом склерометрии / Е. И. Лебедев, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин и др. // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2006. - №1. - С. 40-44.

129. Сравнительная оценка чувствительности к образованию горячих трещин сварочных соединений сплавов INCONEL 690 / К. А. Ющенко [и др.] // Автоматическая сварка. - 2011. - № 11.- с.4-9.

Ig

Кандидатская диссертация Дубцова Ю. Н. Список использованной литературы

130. Пат. 2281475 Российская федерация, МПК7 G01N3/56 Способ опре-деления износостойкости покрытия / Лебедев Е. И., Зорин И. В., Соколов Г. Н. и др.; заявитель и патентообладатель Волгоградский гос. тех. ун-т.-заявл. 11.01.2005. -опублик. 10.08.2006, Бюл. № 22. -9 с.

131. Хрущев, М. М. Склерометрия / М. М. Хрущев. - М.: Наука, 1968. -205 с.

132. Диагностика износостойкости наплавленного металла методом склерометрии / Г.Н. Соколов, A.A. Артемьев, И.В. Зорин, В.И. Лысак, В.Б. Литвиненко-Арьков // Сварка и диагностика. - 2012. - № 2. - С. 34-39.

133. Кузнецова, Т. А. Применение атомно-силовой микроскопии при определении микротвердости тонких покрытий методом склерометрии / Т. А. Кузнецова, М. А. Андреев, Л. В. Макарова, и др. // Трение и износ. -2007.-№3.-С. 276-281.

134. П. м. 87018 РФ, МПК G 01 N 3/46. Склерометр / Г. Н. Соколов, В. Б. Литвиненко-Арьков, И. В. Зорин, В. И. Лысак; ВолгГТУ. - 2009.

135. Литвиненко-Арьков, В. Б. Аргонодуговая наплавка порошковой проволокой с наночастицами TiCN поверхности оправок трубопрошивного стана: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук по специальности 05.02.10. - Волгоград, 2012.-20 с.

136. Пат. 2478029 РФ, МПК В23 К 35/02 В32В 15/02. Композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак; ГОУ ВПО ВолгГТУ. - 2013.

137. Пацекин, В.П. Производство порошковой проволоки / В.П. Паце-кин, К.З Рахимов. -М.: Металлургия, 1979. - 80 с.

138. Пат. 2355543 Российская Федерация, МПК В 23 К 35/368. Электрод для дуговой свари и наплавки / С. Г. Паршин, С. С. Паршин; заявитель и па-тентообладатель С. Г. Паршин - N 2007125943/02; заявл. 09.07.2007; опубл. 20.05.2009

139. Пат. 2082577 Российская Федерация, МПК В23К 35/02. Электрод для дуговой свари и наплавки / В.А. Аникаев [и др.]; заявитель и патентообладатель «Производственное объединение "Ижсталь", Научно-

исследовательский институт металлургической технологии» - N 95100198/02; заявл. 10.01.1995; опубл. 27.06.1997

140. Дзидзигури, Э.Л. Размерные характеристики нано-порошков / Э.Л. Дзидзигури // Российские нанотехнологии. - 2009. - Т. 4, № 11-12. - С.

141. Курлов, A.C. Фазовые равновесия в системе W-C и карбиды вольфрама порошков / A.C. Курлов, А.И. Гусев // Успехи химии. - 2006. - Т. 75, №7.-С. 687-708.

142. Бойко, В. Ф. Оценка поверхностей энергии карбидов вольфрама после его одновременного измельчения с порошком железа в шаровой планетарной мельнице / В.Ф. Бойко, А. Д. Верхотуров // Перспективные материалы. - 2010.-№ 2.-С. 103-106.

143. Вершинина, Т. Н. Исследование структурно-фазовых состояний легированного интерметаллида М3А1 после отжига и высокотемпературной ползучести / Т. Н. Вершинина, О. А. Голосова, Ю. Р. Колобов, К. Б. Поварова // Металлы. - 2011. - № 3. _ с. 60-64.

144. Пат. 2478030 РФ, МПК В 23 К 35/368. Порошковая проволока для наплавки / В.Б. Литвиненко-Арьков, Г.Н. Соколов, A.A. Артемьев, В.И. Лы-сак; ГОУ ВПО ВолгГТУ. - 2013.

145. Вавилкин, Н. М. Особенности износа водоохлаждаемых оправок при прошивке легированных сталей / Н. М. Вавилкин, В. С. Гончаров, Д. В. Бодров, и др. // Известия вузов. Черная металлургия. - 2009. - №7. - С. 37-40.

146. Потапов, И. Н. Теория трубного производства / И. Н. Потапов, А. П. Коликов, В. М. Друян. -М.: Металлургия, 1991. - 305 с.

143-151.