Модифицирование сплавов с нанокристаллической решеткой
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
омпозитной структуры металла.
Рисунок 12 - Исходная структура металла, наплавленного ЭШН порошковой проволокой (а) - х200, б) - х1000) и той же проволокой, но с шихтой, содержащей нанокарбиды вольфрама (в) - х200, г) - х1000)
Структура металла, наплавленного покрытыми электродами марки ОК 43.32, в исходном состоянии представляет собой феррито-перлитную смесь (рис. 13). Введение никеля и нанокарбидов вольфрама приводит к трансформации структуры металла в модифицированный субдисперсный твердый раствор на основе a-Fe с остаточным аустенитом, расположенным по границам зерен. Количество неметаллических включений, которые прежде имели произвольные очертания и были неравномерно распре - деленыв металле, сократилось на 15-20%. Оставшиеся включения распределены более равномерно и имеют глобулярную форму. Такая структура металла должна способствовать повышению его пластических свойств в условиях отрицательных температур и циклического нагружения.
а) б) в)
Рисунок 13 - Исходная структура металла, наплавленного электродом ОК 43.32 (а), x1000) и тем же электродом с покрытием, содержащим нанокарбиды (б) - х200, в) - х1000)
Вольфрам, как и никель, распределены в металле достаточно равномерно (рис. 14а). При сканировании поверхности шлифа с помощью зондового микроскопа выявлено плотное расположение наночастиц карбидов вольфрама в металле. Расстояние между ними составляет ~50-80 нм. Однако зондирование металла в локальных (1-2 мкм) поверхностных микрообъемах выявило некоторую неоднородность в распределении вольфрама и никеля (рис. 14б). Такой характер гетерогенного распределения основных легирующих элементов можно объяснить большой химической и физической неоднородностью исходных гранул никеля, содержащих различное количество нанокарбидов, химический состав которых также различен. Изменение структуры и химического состава металла привело к увеличению его твердости на 23-25%, однако износостойкость в условиях изнашивания абразивом не изменилась, что, вероятно связано с наличием аустенита в структуре сплава.
а) б)
Рисунок 14 - Распределение никеля и вольфрама, а) - в объеме и б) - в поверхностных слоях наплавленного металла; в-участок поверхности 600x400 нм наплавленного металла на основе никеля, содержащего нанокарбиды вольфрама, наплавка электродом ОК 43.32
В результате исследования металла, наплавленного электродом UTP 67S с легирующим покрытием, установлено, что существенных изменений его структуры и твердости не произошло (рис4.), что можно объяснить особенностями процессов диффузии углерода, протекающих в металле при наличии в нем наночастиц карбидов.
а) б)
Рисунок 15 - Структура металла, наплавленного электродом UTP 67S, а) - в исходном состоянии и б) - с введенными в его покрытие нанокарбидами вольфрама, x1000
Выводы:
1.Наиболее эффективным способом введения нанодисперсных карбидов вольфрама в расплав сварочной ванны является размещение карбидов в тонком поверхностном слое покрытия сварочных электродов.
2.Установлено, что в процессе сварки низкоуглеродистыми электродами с рутиловым типом покрытия, нанодисперсные карбиды вольфрама, минуя высокотемпературную (до 8000С) область реакционной зоны и не растворяясь в расплаве сварочной ванны, переходят в наплавленный металл, что приводит к его модифицированию.
3.Для более эффективного воздействия в процессе сварки и наплавки на структуру и свойства наплавленного металла представляет интерес использование нанопорошков различных тугоплавких соединений, а также микропорошков никеля, железа и других металлов с регламентированным содержанием наночастиц тугоплавких химических соединений.
4.2 Влияние модифицирования металла шва на сопротивляемость замедленному разрушению сварных соединений высокопрочных сталей
Одной из главных проблем, возникающих при сварке высокопрочных сталей, является опасность образования холодных трещин в металле ЗТВ сварных соединений (отколов). Современные представления о механизме зарождения и развития отколов позволяют рассматривать их образование как проявление процесса хрупкого разрушения, связанного с развитием межзеренного проскальзывания и внутризеренного сдвигообразования и контролируемого накоплением повреждаемости во времени по границам зерен, протекающем в условиях сложнонапряженного состояния в соответствии с видоизмененной моделью Зинера-Стро. Основной причиной образования холодных трещин является повышение сопротивления металла околошовной зоны пластическим деформациям [4]. При этом в месте остановки полосы скольжения образуются так называемые зоны пред - разрушения - скопления дислокаций, у вершины которых возникает зона локальных растягивающих напряжений, что и создает условия для зарождения разрушения в головной части скопления [5].
Одним из перспективных путей борьбы с образованием таких трещин может служить введение в низколегированный наплавленный металл элементов, образующих устойчивые выделения модифицирующей фазы (в частности, нитридной) в сочетании с поверхностно-активными элементами. Целью настоящей работы являлось изучение влияния характера модифицирования на сопротивляемость отколам.
Исследовали сварные соединения с низколегированными швами типа 10ХГНМ, выполненные на термически упрочненной стали мартенситного класса ЗЗХСН2МА, весьма чувствительной к образованию трещин в металле ЗТВ. Сварку проводили опытными электродам