Управление структурой и свойствами поверхностного слоя за счет модифицирования ультрадисперсными порошками

ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ
СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СТАЛЕЙ 13
И СПЛАВОВ
1.1 Способы высокоэнергетической обработки сталей и сплавов 13
1.2 Применение ультра- и нанодисперсных порошков и материалов в
металлургии и машиностроении
1.3 Управление структурой и свойствами металлов методом
модифицирования
1.4 Способы получения ультра- и нанодисперсных порошков 32
1.5 Выводы по главе 1 37
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 40
2.1 Материалы исследования 40
2.2 Методика по определению рациональной концентрации
ультрадисперсных порошков-модификаторов в транспортирующем газе
2.3 Методы исследования ультрадисперсных порошков-модификаторов 43
2.4 Методика исследования микроструктуры и определения
микротвердости модифицированного поверхностного слоя
2.5 Методика исследования коррозионной стойкости
модифицированного поверхностного слоя
2.6 Методика исследования механических свойств модифицированного
поверхностного материала
2.7 Методика определения времени охлаждения и регистрации
энергетических параметров высокоэнергетической обработки
поверхностного слоя и характеристик массопереноса расплавленного
металла в жидкую ванну
2.8 Методика построения модели изменения формы и размеров капли
расплавленного металла
2.9 Выводы по главе 2 53
ГЛАВА 3 СТРУКТУРА, СВОЙСТВА УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ
ПОРОШКОВ И ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ, 54
МОДИФИЦИРОВАННОГО ДАННЫМИ ПОРОШКАМИ
3.1 Исследование ультрадисперсных порошков-модификаторов 54
3.2 Определение рациональной концентрации ультрадисперсных
порошков-модификаторов в транспортирующем газе
3.3 Влияние ультрадисперсных порошков-модификаторов на время
охлаждения поверхностного слоя
3.4 Исследование влияния ультрадисперсных порошков-модификаторов
на микроструктуру и микротвердость поверхностного слоя
3.5 Исследование влияния ультрадисперсных порошков-модификаторов
на коррозионную стойкость поверхностного слоя
3.6 Исследование влияния ультрадисперсных порошков-модификаторов
на механические свойства поверхностного материала
3.7 Исследование влияния ультрадисперсных порошков-модификаторов
на каплеперенос расплавленного металла
3.8 Выводы по главе 3 85
ГЛАВА 4 ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ
ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СТАЛИ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА
4.1 Апробация результатов экспериментальных исследований 87
4.2 Апробация результатов диссертационной работы в промышленных
условиях
4.3 Использование результатов диссертационной работы в учебном
процессе
4.4 Выводы по главе 4 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 101
Основные выводы и результаты работы 101
Перспективы дальнейшей разработки темы 102
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 104
ПРИЛОЖЕНИЯ 128
Приложение А Акт использования результатов научно-
исследовательской работы
Приложение Б Акт об апробации способа получения
модифицированного поверхностного слоя
Приложение В Акт внедрения научно-исследовательской работы 133
Приложение Г Акт внедрения материалов кандидатской диссертации 134
Приложение Д Акт о внедрении в учебный процесс результатов
диссертационной работы

Основные выводы и результаты работы

1. Установлено, что рассмотренные порошки-модификаторы эффективно
воздействуют на процессы кристаллизации поверхностного слоя. Применение
модификаторов, полученных взаимодействием электровзрывного нанопорошка
алюминия с водой, более эффективно оказали воздействие на структуру и
механические свойства поверхностного слоя, а модификаторы, полученные
способом ЭВП, оказали положительное воздействие на коррозионную стойкость
поверхностного слоя.
2. Одним из эффективных способ модифицирования поверхностного слоя
является подача ультрадисперсных порошков в зону расплавленного слоя через
транспортирующий газ, размер частиц при этом должен находиться в диапазоне
100-150нм. Выявлено, что максимальный эффект от модифицирования
проявляется при концентрации тугоплавких ультрадисперсных частиц в
поверхностном слое 0,00253 массовых процентов к сантиметру кубическому
поверхностного слоя.
3. Определено, что при модифицировании поверхностного слоя
ультрадисперсными порошками AlO(OH), W и Mo в количестве 0,00253 массовых
процентов к сантиметру кубическому поверхностного слоя реализуется
наибольший эффект модифицирования данного слоя системы Fe–C–Cr–Ni–Ti и
происходит повышение его эксплуатационных свойств, что можно объяснить
формированием в расплаве дополнительных центров кристаллизации, служащих
инокуляторами в кристаллизующемся металле. Средний размер дендрита по
толщине уменьшается в 1,5-2 раза (30-40%), по ширине в 2-3 раза (45-55%).
4. Экспериментально установлено, что в зависимости от состава
применяемых порошков-модификаторов микротвердость поверхностного слоя
увеличивается на 10…15%, временное сопротивление на разрыв на 5-10%, предел
текучести на 10-21%, относительное удлинение до 10-25%, склонность к
образованию межкристаллитной коррозии снижается до 40-50%.
5. Проведено опытно-промышленное апробирование предлагаемого способа
модифицирования поверхностного слоя с применением ультрадисперсных
порошков, по результатам которого сделано заключение о перспективности его
применения при производстве изделий из аустенитной стали. По итогам
испытаний было выявлено, что поверхностные слои, полученные по
предлагаемой технологии, эксплуатируются в коррозионной среде в два раза
дольше, чем поверхностные слои, полученные по стандартной технологии, а
долевое участие диссертационной работы в полученном эффекте – 45%.
Результаты диссертационной работы внедрены в производство на
предприятиях ОАО «Металлургмонтаж», ООО НПО «СварПро», ООО НПО
«Вектор» при производстве металлоконструкций из стали аустенитного класса.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс и
используются при подготовке специалистов, обучающихся по специальности
150202 в дисциплинах «Теория сварочных процессов», «Физико-химические
основы процессов сварки, пайки, наплавки», «Технология и оборудование сварки
плавлением» и бакалавров, обучающихся по направлению 15.03.01
«Машиностроение» в дисциплинах «Технология конструкционных материалов»,
«Технология сварки плавлением и термической резки».

Перспективы дальнейшей разработки темы

Перспективность дальнейшей разработки данной тематики заключается в
применении:
– ультрадисперсных порошков оксигидрооксида алюминия (AlO(OH)),
вольфрама (W), молибдена (Mo) для модифицирования и улучшения
механических, физических, химических, технологических, эксплуатационных
свойств поверхностного и придания совершенно новых свойств поверхностному
слою низколегированных, среднелегированных, высокопрочных сталей;
– смеси ультрадисперсных порошков оксигидрооксида алюминия
(AlO(OH)), вольфрама (W), молибдена (Mo) в различном процентном
соотношении для модифицирования и улучшения механических, физических,
химических, технологических, эксплуатационных свойств поверхностного слоя
сталей различных классов;
– ультрадисперсных порошков оксигидрооксида алюминия (AlO(OH)),
вольфрама (W), молибдена (Mo) для различных видов высокоэнергетической
обработки;
– ультрадисперсных порошков других металлов и сплавов для придания
совершенно новых свойств поверхностного слоя изделий из сталей различных
классов.