Влияние нанодисперсных порошков на свойства соединения при сварке углеродистой стали СО2-лазером
Исследовалось влияние нанодисперсного порошка TiC0,5N0,5 +Cr на качество сварных соединений из листовой стали Ст.20, полученных методом СО2 - лазерной сварки. Структуру подготовленных после сварки шлифов исследовали оптическом микроскопе NEOPHON.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.10.2018 |
| Размер файла | 2,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Влияние нанодисперсных порошков на свойства соединения при сварке углеродистой стали СО2-лазером
Черепанов А.Н., Афонин Ю.В., Оришич А.М,
Пугачева Н.Б., Смирнов С.В
Институт теоретической и прикладной механики
им. А.С. Христиановича СО РАН, г. Новосибирск,
Институт машиноведения УрО РАН, г. Екатеринбург
В последние годы большой интерес к ультра - и нанодисперсным тугоплавким материалам обусловлен возможностью применения их после соответствующей обработки в качестве модифицирующих добавок для повышения качества стали и сплавов.
Введение специально подготовленного нанодисперсного порошка в расплав формирует дисперсную систему, в которой ядром каждой частицы суспензии служит твердая фаза, гетерогенизирующая жидкий металл по химическому составу, вызывая концентрационное переохлаждение в объеме адсорбированного на поверхности наночастиц слоя. В результате этого каждая наночастица становится потенциальной затравкой для зарождения новой фазы (кристалла, интерметаллического или химического соединений и др.). Благодаря этому в расплаве в процессе его охлаждения формируется мелкодисперсная глобулярная структура.
Исходя из теоретического анализа, а также результатов предыдущих опытных сварок с применением нанопорошковых инокуляторов (НПИ) [1], в качестве модифицирующих соединений были выбраны:
1 Нитрид титана (TiN), оксид иттрия (Y2O3), полученные методом плазмохимического синтеза, в матрице из металлического хрома (уже опробованной ранее). Процесс плакирования осуществляли в центробежной планетарной мельнице при соотношении металл - тугоплавкая частица равным 1:2.
2 Карбонитрид (TCxNy) титана, синтезированный методом СВС в матрице из углеродистой стали. Таким способом была получена порошковая композиция TCxNy в плакирующей матрице из б - железа при их соотношении 1:1.
Исследовалось влияние нанодисперсного порошка TiC0,5N0,5 +Cr на качество сварных соединений из листовой стали Ст.20, полученных методом СО2 - лазерной сварки. Толщина свариваемых пластин составляла 3 мм. Порошок TiC0,5N0,5 +Cr в виде суспензии наносился предварительно на поверхность кромок свариваемых пластин. Сварка осуществлялась в атмосфере гелия. Заготовки соединялись встык. Мощность СО2 - лазерного излучения составляла 3,05 кВт, скорость сварки 1,7 м/мин.
Структуру подготовленных после сварки шлифов исследовали оптическом микроскопе NEOPHON и на электронном микроскопе TESCAN. На рис.3 и 4 представлены фотографии морфологии и микроструктуры шва соответственно, полученного без инокулирующей добавки и с добавкой НПИ TiC0,5N0,5 + Fe. Применение наноинокулятора позволило изменить морфологию сварного шва измельчить литую структуру материала шва и получить мелкодисперсную микроструктуру феррито-перлитной смеси (троостита).
Для оценки качества сварных соединений были выполнены металлографические и фрактографические исследования образцов, модифицированных НПИ TiC0,5N0,5 + Cu. Проведены измерения микротвердости шва и прилегающей зоны термического влияния (далее ЗТВ), осуществлены испытания на статическое растяжение и трехточечный ударный изгиб с V-образным концентратором, нанесенным по сварному шву.
Морфология сварного шва: а) - без НПИ, б) - с НПИ TiC0,5N0,5 + Fe
нанодисперсный сварка углеродистый сталь
Первичное аустенитное зерно сварных швов имеет характерное для литого сплава строение: в центральной части сформированы мелкие равноосные зерна, а ближе к ЗТВ - вытянутые вдоль направления тепллотвода (длина зерн достигает 600 мкм). При добавлении инокулятора, длина вытянутых зерен кристаллов уменьшается до 300-400 мкм (рисунки 5, 6).
Микроструктура сварного шва: а) - без НПИ; б) - с НПИ TiC0,5N0,5 + Fe
Измерение микротвердости сварного шва и ЗТВ показало заметное сглаживание скачков микротвердости, наблюдаемых при лазерной сварке без НПИ (рис. 6), что, очевидно, также связано с измельыением микроструктуры и повышением её однородности при добавлении инокулятора.
В 1,5 раз увеличилось относительное удлинение образцов при незначительном (3-4 %) повышении предела прочности (рис. 7, а). При испытании сварных соединений на трехточечный ударный изгиб, инокулированные сварные швы показали более низкие значения работы разрушения (рис. 7,б). Данный факт, вероятнее всего, вызван наличием пор в инокулированном сварном шве, имеющем размеры пор 200-300 мкм (рис.8). В сварном шве, полученном без применения инокуляторов, подобных пор не обнаружено.
Структура шва после лазерной сварки, а - без применения инокулятора; б = с применением инокулятора TiC0,5N0,5 + Сu
Микротвердость сварных швов без инокулятора и с добавлением порошка TiCN +Cu.
Результаты испытаний сварных швов на растяжение (а) и на ударный изгиб (б)
Наличие пор в инокулированном сварном шве
Исследовано влияние композиций на основе TiN + Cr, Y2O3 + Cr и их смеси на распределение микротвердости по Виккерсу при нагрузке 0,5Н по высоте сварных швов. Результаты исследований представлены на рис.9.
Изменение микротвердости HV по высоте сварных швов для образцов из стали Cт. 20: 1. - сварка производилась без добавок нанопорошков; 2. - с добавкой нанопорошка Y2O3 + Cr; 3. - с добавкой нанопорошка TiN + Cr; 4 - с добавкой смеси нанопорошков Y2O3 + TiN + Cr; 5 - двухсторонний шов с добавкой нанопорошка
Среднее значение микротвердости основного металла составляет 260 HV. Модифицирование нанопорошком TiN вызывает повышение твердости сварного шва в центральной области шва в среднем с 560 до 580 HV. После модифицирования нанопорошком Y2O3 среднее значение микротвердости понижается до 517 HV. После комплексного модифицирования смесью Y2O3 и TiNi значение микротвердости составило 530 HV. Следовательно, меняя химический состав инокулятора можно воздействовать на пластические свойства металла в сварном соединении в нужном направлении.
Литература
1. А.Н. Черепанов, Ю.В. Афонин, А.Г. Маликов, А.М. Оришич. О применении нанопорошков тугоплавких соединений при лазерной сварке и обработке металлов и сплавов// Тяжелое машиностроение, № 4/2, 2008. С. 25, 26.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности и разработка технологического процесса сварки балки из теплоустойчивой стали. Выбор, хранение, подготовка электродов и конструкций к сборке и сварке. Параметрические указания по подогреву металла и контроль качества сварных соединений.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 21.01.2013Характеристика материала и сварки стали 20Х12ВНМФ как разновидности жаропрочной высоколегированной стали. Виды сварки: ручная дуговая, под флюсом, электрошлаковая, в среде защитных газов. Схема переноса жидкого металла при электронно-лучевой сварке.
курсовая работа [99,6 K], добавлен 17.12.2014Краткое сведение о металле и свариваемости стали марки 09Г2С. Оборудование сварочного поста для ручной дуговой сварки колонны. Основные достоинства металлоконструкций. Технология ручной дуговой сварки. Дефекты сварных швов. Контроль качества соединения.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 08.12.2014Процесс лазерно-дуговой сварки с использованием дуги, горящей на плавящемся электроде. Экспериментальное исследование изменения металла при сварке и микроструктуры сварных швов. Сравнительная оценка экономической выгоды различных процессов сварки.
дипломная работа [4,6 M], добавлен 16.06.2011Трубы (газо- и нефтепроводы) и основные требования к ним. Влияние параметров контролируемой прокатки на структуру и свойства низкоуглеродистой низколегированной стали 10Г2ФБ. Влияние исходной структуры стали после дополнительной термической обработки.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.07.2012Особенности изготовления, сборки и установки металлической двери из листовой и угловой углеродистой конструкционной стали. Выбор инверторных источников питания дуги, электродов и режима дуговой сварки плавлением. Дефекты сварных соединений, их устранение.
курсовая работа [960,4 K], добавлен 23.10.2015Классификация и маркировка углеродистой стали. Основные представления о структуре металлов и сплавов. Изготовление металлографических шлифов. Термическая обработка стали: отжиг, закалка и отпуск. Макроскопический анализ ее излома, механические свойства.
контрольная работа [2,5 M], добавлен 18.10.2013Характеристика основных способов сварки. Недостатки сварных соединений. Использование одностороннего и двустороннего шва при сварке деталей. Расчет сварных соединений при постоянных нагрузках. Особенности клеевых и паяных соединений, их применение.
презентация [931,7 K], добавлен 24.02.2014Определение геометрических размеров сварных точек и шаг точек. Расчет тепловых затрат. Режим точечной сварки для низкоуглеродистой стали. Выбор формы рабочей части нижнего и фигурного электродов. Величина давления при стыковой сварке оплавлением.
контрольная работа [501,9 K], добавлен 12.03.2015Развитие и промышленное применение сварки. Основные дефекты сварных швов и соединений, выполненных сваркой плавлением. Нарушение формы сварного шва. Влияние дефектов на прочность сварных соединений. Отклонения от основных требований технических норм.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 13.06.2016Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.
дипломная работа [492,5 K], добавлен 19.02.2011Технология сварки стали, современные тенденции в данной отрасли. Основные типы сварных соединений, их отличительные признаки. Сварка арматуры различных классов. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений в конструкторской документации.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 14.11.2010Термические циклы сварки как фактор предопределяющий структуру и свойства сварных соединений. Схема строения околошовной зоны. Характер структуры, образующейся в участке перегрева. Структурные изменения в зоне термического влияния и их регулирование.
реферат [1,1 M], добавлен 05.02.2009Основные способы и свойства сварки чугуна. Общие сведения о свариваемости и технологические рекомендации. Структурные превращения в зоне термического влияния при сварке чугуна. Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны.
контрольная работа [509,2 K], добавлен 22.11.2011Общие сведения о стали 18Г2АФпс. Определение ударной вязкости, температуры критических точек, углеродного эквивалента. Особенности технологии сварки низколегированной конструкционной стали. Схема и сущность автоматической сварки под слоем флюса.
реферат [3,3 M], добавлен 24.03.2015Общие сведения об электрической сварке плавлением. Механические свойства металла шва и сварного соединения. Типичная форма углового шва при сварке под флюсом стали. Особенности технологии сварки низколегированных низкоуглеродистых сталей, ее режим.
реферат [482,7 K], добавлен 21.10.2016Анализ свариваемости трубы из углеродистой стали. Выбор вида автоматической сварки для изготовления шва с заданными свойствами. Разработка технологического процесса согласно расчетам и операциям по ЕСТД. Выбор оборудования и методов оптимизации сварки.
дипломная работа [936,9 K], добавлен 27.11.2014Методика изготовления диафрагменной лопатки, выбор и обоснование материала, условия работы изделия и требования к нему. Оценка свариваемости стали 12Х13. Выбор способа сварки и его основные параметры, влияние на форму шва и качество сварного соединения.
курсовая работа [88,6 K], добавлен 08.03.2010Сферы применения инструментальной углеродистой стали и ее потребительские свойства. Разделение инструментальной углеродистой стали по химическому составу на качественную и высококачественную. Технологии производства и технико-экономическая оценка.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.12.2011Описание сварной конструкции. Выбор способа сварки, сварочных материалов и сварочного оборудования. Нормирование технологического процесса. Химический состав материала Ст3пс. Расчет затрат на проектируемое изделие. Карта технологического процесса сварки.
курсовая работа [836,2 K], добавлен 26.02.2016
