Применение модификаторов в составе функциональных покрытий

метод повышения качества чугунов и сталей» - Челябинск: Челябинский Дом печати, 2006. - 40 с.

4. Дерябин А.А, Цепелев В.С., Конашков В.В., Берестов Е.Ю., Могильный В.В. Кинетическая вязкость рельсовой стали, модифицированной сплавами Fe-Si - Ca и Fe-Si-Ca-Ba. Известие высших учебных заведений. Черная металлургия. - 2008. - №4. -с. 3-6.

5. Соколов Г.Н., Лысак И.В., Трошков А.С., Зорин И.В., Горемыкина С.С., Самохин А.В., Алексеев А.Н., Цветков Ю.В. Модифицирование структуры наплавленного металла нанодисперсными карбидами вольфрама. // Физика и химия обработки материалов. - 2009. - №6. -с. 41-47.

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

7. Жеребцов С. А. Применение н а н о м а т е р и а л о в и высокотемпературной обработки никельхромовых сплавов при электрошлаковом литье: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. -

Новокузнецк, 2006. - 22 с.

8. Наночастицы в каждый самолет // Наука и жизнь. - 2008. - №4.

- с. 8.

9. Афонин Ю.В., Черепанов А.Я., Оришич А.М., Батаев А.А., Буров В.Г., Маликов А.Г. Лазерная сварка титана с использованием нанопорошковых инокуляторов. // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: сборник трудов 5 Международной научной - практической конференции.

- Санкт - Петербург, 2008 - Т. 12 - с. 322-324.

10. Черепанов А.Н., Афонин Ю.В., Маликов А. Г., Оришич А.М. О п р и м е н е н и и н а н о п о р о ш к о в тугоплавких соединений при лазерной сварке и обработке металлов и сплавов // Тяжелое машиностроение. -2008. - №4. - с. 25-26.

11. Черепанов А.Н., Афонин Ю.В., Оришич А.М. Лазерная сварка стали с титановым сплавом с применением п р о м е ж у т о ч н ы х в с т а в о к и нанопорошковых инокуляторов // Тяжелое машиностроение. - 2009. -№8. - с. 24-26.

Зубенко Л.Н.

Юргинский технологический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический __

университет» ^

УДК 621.791.92:620.03 £

ПРИМЕНЕНИЕ МОДИФИКАТОРОВ В СОСТАВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ

ПОКРЫТИЙ

В работе приведены элементы-модификаторы, которые можно применять в составе д функциональных покрытий для улучшения процесса сварки, свойств и структуры наплавленного д металла.

Ключевые слова: элементы-модификаторы, защитные покрытия, структура наплавленного е металла.

Дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитных газов занимает одно я из ведущих мест во всех отраслях промышленности. Одним из существенных и недостатков дуговой сварки в среде защитных газов является повышенное

разбрызгивание электродного металла и связанное с ним набрызгивание поверхности свариваемых деталей [1].

Разбрызгивание - это разбрасывание мелких и крупных капель расплавленного металла электрода и сварочной ванны. Разбрызгивание сопровождается выбрасыванием из зоны дуги большого количества брызг (капель) жидкого металла различного размера, вступающих в физико-химическое взаимодействие с поверхностными слоями свариваемого металла, что приводит к изменению его структурно-фазового состояния [2]. Установлено, что трудоемкость по отчистки поверхности свариваемых изделий от брызг расплавленного металла, составляет 15-20% от основного времени сварки [3].

Один из способов снижения величины набрызгивания капель р а сп л а вл е н н о го м е та л л а н а поверхность свариваемых деталей является применением покрытий для защиты поверхности свариваемого металла от брызг расплавленного металла [4]. Но у данного способа снижения набрызгивания есть один существенный недостаток, некоторые, защитные покрытия отрицательно влияют на процесс сварки.

Поэтому актуальным становится вопрос о разработке функциональных покрытий, в состав которых будут входить элементы-модификаторы. Данные элементы будут положительно

Таблица - 1 Элементы - модификаторы [6].

влиять на процесс сварки, свойства и структуру металла шва.

Модификаторы - это такие специально вводимые элементы для получения специальных свойств материала. Эти добавки влияют на кинетику распада пересыщенного твердого раствора, а следовательно, изменяют структуру сплава, механические, коррозионные, технологические и другие свойства материала [5].

Слово «модификатор» (от лат. modifico) означает изменение формы. Поэтому им названа специфическая г р у п п а л и т е й н ы х с п л а в о в и композиций, при введении которых в расплав того или иного сплава, приводит к существенному изменению с т р о е н и я , а в м е с те с те м и эксплуатационных свойств [5].

Модификатор (от позднелат. modifico - видоизменяю, меняю форму) металлов и сплавов, вещество, которое существенно изменяют структуру и свойства обработанного им металла или сплава. Эффект от такой о б р а б о т к и н а з ы в а е т с я модифицированием [5].

Некоторые модификаторы представлены в таблице 1.

Под модифицированием понимается процесс активного р е г у л и р о в а н и я п е р в и ч н о й кристаллизации или изменения с т е п е н и д и с п е р с н о с т и

Элемент Плотность г/см Атомная масса Т°С Т°С

Магний 1,74 24,3 651 1107

Кальций 1,55 40,1 848 1487

Стронций 2,6 87,6 769 1384

Барий 3,5 137,3 725 1637

Лантан 6,19 138,9 920 3469

Церий 6,7 140,1 795 3424

Празеодим 6,78 140,9 935 3127

кристаллизующихся фаз путём введения в расплав добавок отдельных элементов или их соединений [7].

Модифицированием можно добиться:

1) измельчение микро- и макроструктуры;

2) у м е н ь ш е н и е р а з в и т и я химической, физической и структурной неоднородности;

3) снижение содержание газов;

4) благоприятного изменения природы и формы неметаллических включений;

5) повышение комплекса технологических, механических и эксплуатационных свойств [7].

Модифицирование металла осуществляется вводом в жидкий металл, как правило, комплекса химических элементов и знание их физико-химических характеристик позволяет изменить качество металла в нужном направлении [7].

О д и н и з о с н о в н ы х модифицирующих элементов является - кальций. Кальций отличается высокой упругостью паров, низкой растворимостью в металле и низкими температурами плавления (8480С) и кипения (14870С), что позволяет ему практически полностью удаляться из металла. Чтобы этого не происходило, мы вводим в состав лигатур многие другие элементы, способствующие пролонгированию, продлению, углублению действия кальция. С л е д у ю щ и й э л е м е н т и з щел оч н о зе м ел ь н ы х - ба р и й . Считается, что он не участвует в образовании неметал лических включений - растворимость его в металле чрезвычайно низкая. Магний в лигатуре для модифицирования стали содержится в пределах 1,0...2,0%. Этот чрезвычайно активный металла обладает ещё меньшими, чем кальций температурами плавления (6510С) и кипения (11070С) и, вступая первым в реакцию при вводе в жидкую сталь, по

нашим наблюдениям, предупреждает окисление кальция, снижает степень вторичного окисления металла. С тр о н ц и й п о св о и м ф и з и к о -химическим свойствам занимает промежуточное положение между кальцием и барием и несомненно также будет служить делу повышения эффективности модифицирования металла. Цирконий, например, з н а ч и т е л ь н о и з м е л ь ч а е т неметаллические включения. Он обладает большим сродством к кислороду, азоту и сере, чем титан. Бор повышает прокаливаемость стали, измельчает зерно аустенита [7].

В общем виде можно отметить, что введение в сталь кальция повышает её жидкотекучесть, видоизменяет оксидные и сульфидные включения, улучшает пластические свойства отливок и др. Дополнение л и гатуры бар и е м п р и води т к повышению усвоения кальция и, соответственно, к усилению положительного воздействия последнего, хотя в ряде случаев о т м е ч а е т с я э ф ф е к т и в н о с т ь использования одного бария (без кальция) [8].

Также кроме щелочноземельных элементов хорошими м о д и ф и к а т о р а м и я в л я ю т с я р е д к о з е м е л ь н ы е э л е м е н т ы . Редкоземельные металлы не ухудшают жидкотекучесть стали, снижают содержание в ней серы, э ф ф е к т и в н о м о д и ф и ц и р у ю т н ем етал л и ч е ски е в кл юч ен и я , измельчают литую структуру отливок, ослабляют ликвационные процессы и чувствительность к водороду и др. Активные н итридообразующие ! элементы (титан, ванадий и др.) а ослабляют отрицательное влияние повышенных концентраций азота, измельчают зерно, повышают в прочностные характеристики отливок и

др. [8]. 2

Список литературы

1. Федько.В.Т., Теория , технология и средства снижения набрызгивания и трудоемкости при сварке в углекислом газе.-Томск: Изд-во Том. унта, 1998. - 432 с.

2. Федько.В.Т., Технология, теоретические основы и средства снижения трудоемкости при сварке в углекислом газе: Учебник. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. - 398 с.

3. Федько В.Т., Ястребов А.П., Ильященко Д.П. Проблемы разбрызгивания металла при ручной д у г о в о й с в а р к е п о к р ы т ы м и электродами (обзор)//Технология машиностроения. - 2005 - №3 - с. 23 -31.

4. Элементы теории и технологии защиты поверхности от брызг расплавленного металла при сварке в углекислом газе: учебное пособие / В.Т. Федько, С.Б. Сапожков, П.Д. Соколов, А.П. Ястребов. - 2-е изд.

- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009.

- 146 с.

5. Большая Советская Энциклопедия.Второе издание Т. 28 -М., 1969-1978. - 660 с.

6. Рябчиков И.В., Панов А.Г., Корниенко А.Э. О качественных характеристиках модификаторов // М: Сталь - 2007 - № 6 - с. 18 - 23.

7. Голубцов В.А., Усманов Р.Г., Шуб Л.Г. Модифицирование -эффективный метод улучшения качества стали // Черметинформация",

- Бюллетени «Чёрная металлургия» -2005 - №12. - с. 45 - 50.

8. Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали. М.: Металлургия, 1986. - 271с.

1Яковлев Д.С., аспирант, 2Шахматов М.В., доктор техн. наук 1ФГБОУ ВПО ЮУрГУ (НИУ) 2АНОО ЮжУралАЦ

УДК 621.791.75

МИКРОЛЕГИРОВАЕНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПОРОШКОВОЙ

ПРОВОЛОКОЙ

На основании анализа микролегирующих элементов проведено экспериментальное исследование их влияния на механические свойства металла шва. Выполнено микролегирование сварных швов через порошковую проволоку, установленную на одной дуге при многодуговой сварке. На основе полученных результатов сделан вывод об эффективности применения порошковой проволоки при сварке высокопрочных трубных сталей для микролегирования сварного шва и снижения погонной энергии сварки. Ключевые слова: многодуговая сварка труб, порошковая сварочная проволока, микролегирование сварных соединений.

И сп ол ьз о ва н и е со в р е м е н н ы х с в а р о ч н ы х м а т е р и а л о в и рациональных режимов сварки позволяет выполнять сварные соединения, обладающие высокими

прочностными и пластическими свой ствам и . К п ерспекти вн ы м сварочным материалам, согласно работам [1, 2], относится порошковая п р о в о л о к а , п о з в о л я ю щ а я микролегировать металл шва в широких пределах. При этом для и з м е н е н и я к а ч е с т в е н н ы х характеристик сварного соединения достаточно использовать одну§ п о р о ш к о в у ю п р о в о л о к у в тр а д и ц и о н н о м м н о год уго в о м сварочном процессе изготовления труб. *

Методика эксперимента иё используемые материалы ^

Эксперимент проводился на комплексе дуговой сварки, полностью и м и т и р у ю щ е м в ы п о л н е н и е