автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Повышение конструктивной прочности литых изделий и сварных швов путем добавления в расплав мелкодисперсных тугоплавких частиц

На права^уйрписи

005004893

Головин Евгений Дмитриевич

повышение конструктивной прочности литых изделий и сварных швов путем введения в расплав мелкодисперсных тугоплавких частиц

Специальность 05.16.09 - материаловедение (в машиностроении)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 дек 2011

Новосибирск - 2011

005004893

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Батаев Анатолий Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Попова Марина Владимировна

кандидат физико-математических наук, Легостаева Елена Викторовна

Ведущая организация: УРАН Институт химии твердого тела и

механохимии СО РАН, г. Новосибирск.

Защита диссертации состоится «23» декабря 2011 г. в 14ш часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.13 в Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан «23» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета /Я( , I

кандидат технических наук, доцент Иванцивский В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Из всей совокупности известных механизмов дислокационного упрочнения особо может быть выделен механизм, основанный на измельчении зеренной структуры. Количественно эффективность его влияния на величину предела текучести металлических материалов описывается зависимостью Холла - Петча. Важнейшее достоинство данного механизма заключается в благоприятном влиянии измельчения зерен не только на прочностные свойства, но также и на показатели пластичности и трещиностойкости металлических материалов. Учитывая высокую эффективность механизма зернограничного упрочнения, многие специалисты пытаются использовать его при разработке технологических процессов обработки материалов.

В последние десятилетия активно проводятся исследования по разработке и модификации методов, основанных на интенсивной пластической деформации материалов. Разработаны технологические схемы, обеспечивающие формирование структуры с размером зерна менее 100 нм. Однако с позиции благоприятного влияния одновременно на показатели прочности и пластичности наиболее эффективны технологические процессы обработки материалов, связанные с измельчением зеренной структуры при деформации материалов в горячем состоянии. С учетом этого обстоятельства для практической реализации предложено множество технологических решений, обеспечивающих контролируемое развитие рекристаллизационных процессов, приводящих, в свою очередь, к измельчению зеренной структуры материалов. В то же время в реальном производстве широко распространены технологические процессы, реализация которых сопровождается формированием явно выраженной крупнозернистой структуры. Избежать ее образования во многих случаях не удается. Речь идет о процессах получения отливок, особенно массивных, и о процессах сварки заготовок, основанных на высокотемпературном нагреве материала и его переходе в жидкое состояние.

Пребывание материала в расплавленном состоянии означает, что по отношению к нормальным условиям термической или термопластической обработки, обеспечивающим формирование качественной структуры, в течение некоторого времени он находился в перегретом состоянии. Исправление такой структуры представляет собой сложную техническую задачу, во многих случаях не имеющую эффективного решения. Одним из путей его практической реализации может быть модифицирование ванны жидкого расплава дополнительно введенными частицами, выполняющими функцию центров кристаллизации или препятствующими перемещению границ зерен при развитии процессов собирательной рекристаллизации. В качестве модификаторов расплавов могут выступать наноразмерные тугоплавкие частицы. Важнейшим достоинством такого рода частиц является их большое количество, приходящееся на единицу объема, что в значительной степени определяет эффективность измельчения кристаллической структуры материалов. Для ряда задач, связанных с обеспечением высоких показателей конструктивной прочности изделий ответственного

назначения, обсуждаемая технология модифицирования является экономически оправданной уже в сегодняшних условиях. Таким образом, проблема модифицирования материалов при реализации процессов литья и сварки металлических материалов является актуальной, имеющей как научное, так и прикладное значение.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по теме: «Разработка способа получения многофункционального реагента-модификатора на основе нанопорошков тугоплавких соединений для обработки железоуглеродистых расплавов» (ГК № 16.513.11.3131), а также в рамках аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2011 гг." и федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы».

Цель диссертационной работы: повышение конструктивной прочности литых изделий и сварных швов металлических материалов путем введения в расплав мелкодисперсных тугоплавких частиц.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение математического моделирования лазерной сварки исследуемых в работе материалов для определения температурно-временных параметров процесса, а также оценки напряженно-деформированного состояния и структурных изменений соединяемых заготовок.

2. Проведение металлографических, электронно-микроскопических и рент-геноструктурных исследований литых заготовок и сварных швов. Сравнение структур немодифицированного и модифицированного металла, выявление особенностей строения модифицированного литого металла.

3. Исследование влияния различных типов модификаторов на качество выплавляемого или свариваемого металла, а также исследование эффективности различных способов введения модификаторов в расплав металла.

4. Исследование комплекса механических свойств модифицированного металла (показателей прочности, пластичности, ударной вязкости и трещиностой-кости).

На защиту выносятся:

1. Результаты математического моделирования температурно-временных параметров процесса лазерной сварки и формирования структуры и напряженно-деформированного состояния в сварном шве после его кристаллизации.

2. Результаты структурных исследований литых заготовок и сварных швов, модифицированных путем добавления в расплав мелкодисперсных тугоплавких добавок.

3. Сравнительные результаты структурных особенностей немодифициро-ванных материалов и материалов, модифицированных мелкодисперсными добавками разного типа, введенными в расплав различными способами.

4. Сравнительные результаты механических испытаний немодифициро-ванных и модифицированных литых и сварных образцов (прочностных и пластических свойств, показателей ударной вязкости и трещиностойкости).

Научная новизна

1. Установлено, что с повышением температуры разливки или сварки металлов эффективность модифицирования материалов наноразмерными тугоплавкими частицами снижается. При выплавке и сварке алюминия и его сплавов эффект модифицирования проявляется наиболее сильно. С повышением температур процесса (при выплавке бронз, стали, чугуна и сварке титановых сплавов, углеродистой и нержавеющей сталей) эффект становится менее выраженным, исчезает или даже приводит к негативным результатам.

2. Методом электронно-микроскопического анализа установлено, что в алюминии, модифицированном карбидами и карбонитридами титана, имеет место повышение плотности дислокаций (до ~ 1,5-Ю10 см"2) и формируются дислокационные ячеистые построения с размером ~ 2 мкм. На участках с ячеистым строением зафиксировано присутствие наноразмерных частиц.

3. Установлено, что применение порошков наноразмерного карбида и кар-бонитрида титана, плакированных медью, приводит к измельчению кристаллитов технически чистого алюминия, их дендритное строение сменяется на преимущественно полиэдрическое. Модифицирование жидкого металла способствует росту предела прочности на 10...12 %, рост относительного удлинения составляет от 12 до 30 %.

4. Предложена схема ввода модифицирующих добавок в сварные швы, основанная на использовании промежуточных вставок из фольги с имплантированными в нее наноразмерными частицами. Применение вставок в процессе лазерной сварки заготовок из алюминиевого сплава АМг2М обеспечивает равномерное распределение наночастиц по объему сварочной ванны, что способствует росту ударной вязкости сварного шва на 30 %.

5. Экспериментально установлено, что при сварке углеродистой стали 20 наиболее эффективным модификатором является плакированный медью карбо-нитрид титана, введение которого приводит к измельчению кристаллов а-фазы и карбидных строчек, выделяющихся в ней, что является причиной повышения ударной вязкости материала на 30 %.

Практическая значимость и реализация результатов работы

1. Результаты проведенных исследований апробированы в ООО «Центро-лит-С» (г. Новосибирск) путем изготовлении втулок опорных катков экскаватора ЭКГ-8 из синтетического алюминиевого чугуна с добавками меди и наноразмерных модификаторов. В присутствии абразивных частиц стойкость модифицированного наночастицами чугуна в 2,2 раза превышает стойкость бронзы БрА9ЖЗЛ. Результаты проведенных производственных испытаний свидетельствуют об эффективности разработанного материала. С учетом предложенных рекомендаций изготовлены втулки опорных катков для экскаватора, эксплуатирующегося на Моховском разрезе акционерного общества «Кузбассразрез-уголь».

2. Материалы диссертационной работы используются в Новосибирском государственном техническом университете в учебном процессе.

3. Технические решения, полученные с участием автора диссертации, экспонировались на российских и международных научно-промышленных вы-

ставках. Установка по повышению качества сварных швов путем обработки их поверхностных слоев индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, экспонировалась на научно-промышленных выставках и отмечена медалями международной выставки «Металлы Сибири» (2009 и 2010 гг.) и VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций (2010 г.).

Достоверность результатов

Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены с применением современного аналитического и технологического оборудования, характеризующегося высокой надежностью методик и точностью измерений. Взаимодополняющие методы исследований структуры и механических свойств были подкреплены статистической обработкой полученных данных. Полученные результаты соответствуют современным представлениям о механизмах кристаллизации и модифицирования металлических материалов.

Личный вклад автора состоит в формулировании задач диссертационной работы, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обработке и сопоставлении полученных результатов с литературными данными и формулировании выводов.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались на 19 Уральской школе металловедов-термистов, г. Екатеринбург, 2008 г.; третьем международном форуме стратегических технологий (IFOST), Новосибирск-Томск, 2008 г.; всероссийской студенческой конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск, 2009 г.; 48 международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс», г. Новосибирск, 2010 г.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных научных работ, из них: 5 в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК, 4 - в сборниках научных трудов всероссийских и международных, конференций.

Объём и структура работы

Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст диссертационной работы изложен на 222 страницах и включает 91 рисунок, 8 таблиц, список литературы из 185 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, поставлены цель и задачи исследования, описаны основные направления научных исследований.

В первом разделе «Особенности процессов кристаллизации металлических материалов при литье и сварке заготовок» представлен обзор отечественной и зарубежной научной литературы по проблемам кристаллизации металлических материалов. Изложены современные представления о процессах модифицирования, представлен обзор предложенных специалистами теорий. Приведены данные о термодинамических особенностях кристаллизации металлов,

разновидностях модифицирующих агентов для алюминия, меди, железа, титана и их сплавов. Особое внимание уделено способам ввода модификаторов в расплавы металлов. На основании литературного обзора сформулированы представления о процессах модифицирования.

Второй раздел «Материалы и методы исследования» посвящен описанию исследуемых в работе материалов, применяемых технологий сварки и литья, а также методик исследования структуры полученных образцов и измерения их свойств. Основными технологическими параметрами при лазерной сварке являлись мощность и скорость перемещения луча. Модифицирующие добавки вводились в сварной шов методом предварительного нанесения на свариваемые кромки суспензии нанопорошка на основе клея БФ6, либо при помощи промежуточных вставок, полученных по технологии прокатки пакета фольг с помещенной между слоями навеской модификатора. Сварка осуществлялась в среде гелия. Реализуемая технология литья заключалась в выплавке металла в индукционной печи, его заливке в раздаточный ковш, в котором осуществлялось модифицирование, и последующей разливке металла в песчано-жидкостекольные формы.

В качестве модификаторов в работе использовались нанодисперсные порошки карбонитрида титана, карбида титана, карбида кремния, нитрида титана, нитрида алюминия, оксида иттрия. Размер частиц порошков составлял 50...200 нм. Порошки плакировались железом, хромом или медью по технологии меха-ноактивации в шаровых мельницах.

Металлографические исследования были выполнены с использованием оптических микроскопов AxioObserver А\т и AxioObserver Z\m (Carl Zeiss). Диапазон увеличений составлял х25...1500. Выполнялся анализ нетравленой структуры для оценки загрязненности материалов неметаллическими включениями. Для изучения субструктуры, дислокационных построений, наноразмерных частиц использовалась просвечивающая электронная микроскопия. Выявление состава полученных образцов в работе производилось методом рентгенофазового анализа. Образцы исследовались с помощью 0-0 ди фрактометра ARL X'TRA (Thermo Electron SA). Химический состав сварных соединений и отливок исследовался методами энергодисперсионного рентгеновского микроанализа и оптико-эмиссионного анализа.

Во втором разделе также описаны методики оценки механических показателей исследуемых материалов. В диссертационной работе применялись методы измерения твердости, определения показателей прочности и пластичности при статическом одноосном растяжении, измерения работы разрушения при ударном изгибе, определения циклической и статической трещиностойкости. С точки зрения оценки комплекса механических свойств материала главным показателем являлись результаты испытаний на статическое одноосное растяжение, проводимые на установках типа Instron.

Третий раздел «Математическое моделирование процессов, развивающихся при лазерной сварке материалов» посвящен математическому моделированию тепловых полей, структурно-фазовых превращений и напряженно-деформированного состояния в сварных соединениях, выполняемых по технологии лазерной сварки. Объектами исследования являлись низкоуглеродистая сталь 20, коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т и алюминиевый сплав АМг2М. Установлено, что максимальный уровень температур, достигаемых при лазерной сварке хромоникелевой аустенитной стали 12Х18Н10Т, низкоуглеродистой стали 20 и алюминиевого сплава АМг2М, составляет 2700 "С, 2480 "С, и 1100 "С соответственно (рис. 1). Длительность пребывания материала при данных температурах составляет ~ 0,08, 0,13 и 0,18 с. Несмотря на кратковременность теплового воздействия, вероятность частичного или полного растворения наноразмерных модификаторов в отмеченных материалах достаточно велика.

В четвертом разделе «Повышение качества сварных швов модифицированием переплавленного металла» изложены результаты экспериментальных исследований по повышению комплекса механических свойств сварных швов. Задача, решаемая на начальном этапе эксперимента, заключалась в выявлении режимов, обеспечивающих формирование оптимальной структуры сварных швов и наиболее высокие значения механических свойств.

Роль модифицирования в углеродистой стали 20 оценивали при проведении экспериментов по лазерной сварке пластин толщиной 3 мм. Модификаторами служили плакированные медью порошки наноразмерного карбонитрида титана (Си + ЛСЩ и карбида титана (Си + 'ЛС). Общий вид сварных швов, сформированных лазерной сваркой, представлен на рис. 2. Отличия в структуре модифицированных и немодифици-рованных сварных швов видны уже при малых увеличениях. Введение наноразмерных частиц карбонитрида титана приводит к измельчению кристаллов а-фазы и карбидных строчек, выделяющихся в ней (рис. 3). Из двух используемых в эксперименте инокуляторов более высокий эффект показывает карбо-нитрид титана.

270(1 2400 2100 1800 . 1500 - 1200 900 600 300

i1

—__

1 * 1

/}

v / / /

к \ \ X 4: / • - Г / А,. — ---

/ \

—} ! V. /

5

12 3 4 5 6 Время, с

Рис. 1. Кривые нагрева и охлаждения различных зон сварных соединений:

1 - сталь 12Х18Н10Т, сварной шов;

2 - сталь 20, сварной шов; 3 - сталь 20, участок перегрева; 4 - сталь 20, участок неполной перекристаллизации; 5 — сплав АМг2М, сварной шов

Рис. 2. Общий вид сварных швов, сформированных лазерной сваркой заготовок из стали 20: а - немодифицированный шов; б - модифицирование наноразмерным порошком ПСЫ

Рис. 3. Строение сварных швов на стали 20 без

модифицирования (а) и после

модифицирования наноразмерными частицами оксида иттрия (б)

Его применение вызывает 30 % -ное повышение ударной вязкости сварных швов на стали 20.

Дуралюмин Д16 и литий-алюминиевый сплав 01420 после лазерной сварки обладают низкими значениями ударной вязкости и прочностных свойств. Модифицирование этих материалов в процессе сварки всеми отмеченными типами наноразмерных порошков благоприятным изменением структуры и механических свойств не сопровождается. Наоборот, имеются примеры негативного влияния модификаторов на свойства сварных швов.

При изучении сварных швов на сплаве А5М и АМцН было зафиксировано измельчение кристаллической структуры, обусловленное модифицированием материала плакированными частицами карбонитрида титана. Зафиксировать это влияние в процессе прочностных испытаний не удается в связи с тем, что разрушение образцов в условиях одноосного

растяжения происходит не по сварному шву, а в зоне термического влияния.

Одна из проблем, решение которой имеет принципиальное значение при модифицировании сварных швов, заключается в обеспечении равномерности распределения наночастиц в объеме сварной ванны. Решение, предложенное в данной работе, заключается во введении в промежуток между соединяемыми заготовками дополнительных вставок из тонкой фольги с имплантированными в нее частицами модификатора. Имплантация может быть осуществлена сваркой в процессе прокатки фольг, на поверхность которых предварительно были нанесены частицы модификатора, либо при ком-пактировании плоских заготовок сваркой взрывом. Предложенный подход был использован при лазерной сварке заготовок из сплава АМг2М. Измельчение структурных составляющих сварного шва при использовании модификаторов составляет 2...3 раза (рис. 4). При исследовании сплава с использованием просвечивающей электронной микроскопии также наблюдается измельчение структуры материала с формированием дислокационных ячеистых построений. Благоприятные изменения в строении металла приводят к повышению показателей ударной вязкости. Так, при использовании нано-размерного порошка карбонитрида титана, нанесенного

на кромки заготовок в виде суспензии, зафиксирован рост значений ударной вязкости переплавленного металла с 23 до 26 Дж/см2, что составляет 13 % от уровня ударной вязкости немодифицированного сварного шва. Благодаря повышению степени однородности распределения наноразмерного порошка с использованием промежуточной вставки, дополнительный рост ударной вязкости составил 30 %.

С целью повышения свойств сварных соединений, титановые сплавы ВТ6 и ВТ20, исследуемые в данной работе, были модифицированы частицами из AIN, SiC., TiC, TiCN, Y2O3 размерами от 50 до 200 нм. При модифицировании сплава ВТ6 существенных структурных изменений не зафиксировано. В то же время, на сплаве ВТ20 эффект инокулирования проявился. Лазерная сварка обеспечивает прочность сварного шва на уровне, превышающем прочность заготовок. Образование шейки в условиях одноосного растяжения происходило не по шву, а на некотором расстоянии от него (рис. 5).

Применение в качестве инокулятора наноразмерного порошка оксида иттрия вызывает измельчение кристаллов а'-фазы от 100... 15 0 мкм до 10... 50 мкм и сопровождается эффектом «потемнения» переплавленного металла по сравнению со швом, не содержащим добавок. Применение метода просвечивающей электронной микроскопии подтвердило эффект измельчения, вызываемый применением оксида иттрия. В структуре неинокулированного сварного шва

наблюдаются построения слоистого типа, соответствующие направлению роста кристаллов мартенсита (рис. 6). При наблюдении структуры инокулированных швов подобных построений не наблюдается. Морфология образцов характеризуется отсутствием явно выраженных признаков направленного роста кристаллов (рис. 66). Динамические испытания образцов показали, что ударная вязкость материала сварных швов, сформированных по стандартной технологии со-

Рис. 4. Строение немодифицированного (а) и модифицированного наноразмерным карбонитридом титана (б) сварных швов на сплаве АМг2М

Рис. 5. Сварные соединения на сплаве ВТ20 после испытания на растяжение

гии разрушения основного

ставляет 24 Дж/см . Это в два раза меньше энер-

материала, составляющей 49 Дж/см2. Измельчение поликристаллической структуры сварных швов, обусловленное применением наноразмерных порошковых модификаторов в виде оксида иттрия приводит к росту ударной вязкости на 31 % (до 31 Дж/см2) (рис. 7).

На основании анализа возможных технических решений, позволяющих снизить степень негативного влияния процесса сварки на показатели надежности сварных соединений, было принято решение использовать комбинирован-

а б

Рис. 6. Тонкая структура немодифицированного (а) и модифицированного наноразмерным оксидом иттрия (б) сварных швов на сплаве ВТ20 ную обработку сварных соединений, сочетающую модифицирование сварных швов, а также поверхностную пластическую деформацию дефектного материала высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой. Схематически предложенная обработка отражена на рис. 8. Суть ее заключается в интенсивной пластической деформации поверхностного слоя сварного шва и примыкающих к нему зон термического влияния колеблющимся с ультразвуковой частотой индентором сферической формы. Результатом такого воздействия является формирование в поверхностном слое материала напряжений сжимающего типа.

С использованием методов просвечивающей и растровой электронной

Рис. 7. Ударная вязкость сплава ВТ20 (1), немодифицированного (2) и модифицированного оксидом иттрия (3) сварных швов

1 2 3 2 1

Рис. 8. Схема упрочнения поверхностного слоя сварного шва высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой: 1 — заготовки;

2 - зона термического влияния; 3 - шов; 4 - индентор; 5 - деформированная зона

Рис. 9. Структура поверхностного слоя сварного шва на стали 20 после пластической деформации индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой

сг„.

.\lilaj 90

50

30

И)

микроскопии были изучены структурные преобразования, происходящие при поверхностной пластической деформации поверхностных слоев на сварных соединениях из стали 20. Наиболее явные изменения зафиксированы на глубине ~ 150...200 мкм. В пределах этого слоя плотность дислокаций ферритной матрицы повышается до 1011 см"2 (рис. 96). В результате коллективной перестройки дислокационной структуры формируются ячеистые построения. Размер ячеек составляет 0,2...0,4 мкм. Под действием колеблющегося индентора цементитные пластины деформируются, в некоторых колониях пластины приобретают волнообразную форму и дробятся (рис. 9а). Долговечность недеформированных сварных образцов составляла 150 тыс. циклов. После ультразвуковой пластической деформации прирост циклической долговечности составил 68 %.

Пятый раздел «Повышение качества литых металлов методом модифицирования нанодисперсными частицами» посвящен анализу результатов, полученных в экспериментах по модифицированию заготовок, отлитых в песчано-жидкостекольные формы. Для проведения технологических экспериментов использовали технически чистый алюминий марки АД0. С целью модифицирования алюминия использовали порошок

промышленного модификатора - гексафторцирко-ната калия (KiirF^), кусковые лигатуры Cu-TiCN и Al-Mg-Zr-B, а также на-норазмерные порошки карбида титана и карбо-нитрида титана, плакированные медью. Средний размер частиц TiC и TiCN составлял ~ 50 и 40 нм соответственно.

Результаты испытаний на растяжение представлены на рис. 10. Использование модификаторов приводит к увеличению предела временного сопротивления разруше-

й.1

50

30

Рис. 10. Результаты испытаний литых алюминиевых образцов на растяжение:

1 - немодифицированный материал; 2 - модифицирование ЛГг^г^б; 3 - модифицирование нанопорошком ПСЫ + Си\

4 - модифицирование нанопорошком ПС + Си;

5 - модифицирование лигатурой С.и-'ПСЫ',

6 - модифицирование лигатурой Al-Zr-Mg-B

нию на 5... 10 МПа, что составляет 7... 14 % от уровня прочности контрольного

Рис. 11. Макроструктура литых алюминиевых образцов: а - немодифицированный материал; б - материал, модифицированный К22гРв, в - нанопорошком ПСИ + Си; г - нанопорошком 7>'С + Си; д - лигатурой Си-НСЫ; е - лигатурой Al-Zr-Mg-B

материала. Кроме того, у модифицированных образцов зафиксировано увеличение относительного удлинения на 10...25 %.

При наблюдении выявленной химическими травителями макроструктуры образцов отмечено существенное измельчение кристаллитов модифицированного металла по сравнению с контрольным материалом. Измельчение было зафиксировано при использовании всех пяти типов модификаторов (рис. 11).

Применение модификаторов способствует кристаллизации с образованием равноосных зерен. В то же время можно наблюдать присутствие отдельных дендритов малых размеров (рис. 12.). Структура всех модифицированных отливок имеет подобный характер и обладает лишь незначительными различиями в соотношении значений объемной доли дендритной и полиэдрической составляющих.

Результаты рентгенофазового анализа свидетельствуют о том, что введение модификаторов на стадии разливки металла не приводит к формированию в образцах новых

кристаллических фаз. Анализ распределения интегральных интенсивностей рефлексов дифрактограмм относительно наиболее сильного пика, соответствующего семейству плоскостей (111) ГЦК фазы, позволил выявить особенности процесса кристаллизации материалов. На дифракционных картинах образцов, полученных без углах 26 = 38,47° и > ' , I Ч '-JV

82,44° наблюдается ^ I, , » . • •"•

интенсивность реф- ^ • __ ,• | f >

лексов, существенно > ^ X > * *rsj

превышающая пока- \ ^ *-' ' ~) ■ '

затели остальных j "f

рефлексов ГЦК фазы ^j^jtr^Ty—у ) ^ wL" ' 1

^ ^ ' * : ! J '' ' I i ^-u

Анализ распределения интегральных интенсивностей на дифракционных картинах, соответствующих образцам с модификаторами (рис. 13), показал, что соотношение интенсивностей рефлексов существенно отличается от алюминия без добавок и приближается к теоретическим данным. Отмеченное явление позволяет утверждать, что в модифицированных материа-

Рис. 12. Микроструктура немодифицированного (а) и модифицированного нанопорошком Cu-TiCN(б) алюминия

лах кристаллизация происходила хаотично, что привело к более равномерному распределению зерен по различным кристаллографическим направлениям.

20 25 30 36 4С 46 80 об 60 65 70 75 20. грзд.

20 25 30 35 40 46 Ей 55 Ю 6! 75 80 35 30

28. гоад.

а о

Рис. 13. Рентгенограммы немодифицированного (а) и модифицированного нанопорошком Си-ПСИ {б) алюминия

С целью анализа тонкой структуры образцов были проведены электронномикро-скопические исследования фольг из контрольного и модифицированных материалов (рис. 14). Особенностью, характерной для образцов модифицированного алюминия, является повышенная плотность дислокаций, достигающая 1,5-1010 см"2. Значительная доля объема материалов занята дислокационными построениями ячеистого типа. Средний размер ячеек составляет 1,8 и 2,2 мкм для сплавов, модифицированных частицами Т1С и ПСЫ соответственно. В микрообъемах алюминия с повышенной плотностью дислокаций зафиксированы наноразмерные частицы (рис. 146). Результаты экспериментов по модифицированию технически чистого алюминия свидетельствуют о том, что применение порошков нанораз-мерного карбида и карбонитрида титана, плакированных медью, приводит к изменению характера кристаллизации металла. Макроструктура слитков существенно измельчается, их дендритное строение сменяется на преимущественно полиэдрическое.

При выполнении диссертационной работы были проведены эксперименты по модифицированию углеродистой стали 35Л наноразмерными частицами карбонитрида титана, оксида иттрия, карбида кремния, нитрида алюминия. Ни на одном из масштабных, уровней существенных отличий в модифицированных и немодифицированных отливках не зафиксировано.

По результатам испытаний на одноосное растяжение можно сделать следующие выводы: модифицирование всеми типами модификаторов не привело к

Рис. 14. Тонкая дислокационная структура литого алюминия модифицированного нанопорошком карбонитрида титана

I

i

существенному изменению прочностных свойств стали 35Л. Предел текучести как модифицированных, так и ^модифицированных отливок составляет - 450 МПа. Динамические испытания образцов показали прирост ударной вязкости, , обусловленный модифицированием стали ка рбонитридом титана,на 21 % (от 69 до 84 Дж/м2). Кроме этого, были проведены испытания на усталостную тре-щиностойкость с построением кинетических диаграмм усталостного разруше-' ния. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что на усталостной трещиностойкости стали модифицирование не отражается. Аналогичные испытания были проведены на образцах из серого чугуна СЧ18. Как и при исследо-' вании стальных образцов, влияния модифицирования на прочностные свойства чугуна не зафиксировано. Не обнаружено существенных изменений и в ферри-то-перлитной матрице чугуна. Размер ферритного зерна и колоний пластинчатого перлита остался неизменным. В то же время, зафиксировано изменение формы и размеров графитных выделений (рис. 15).

Рис. 15. Структура немодифицированного (а) и модифицированного наноразмерным карбидом кремния (б) серого чугуна СЧ18

В контрольном сплаве графит равномерно распределен по объему материала. Средняя длина включений составляет -500 мкм (рис. 15а). Расстояние между цементитными пластинами в перлите равно ~1 мкм. Модифицированный сплав обладает менее однородной структурой. Средняя длина пластин графита составляет 300 мкм. Кроме того, встречаются области, в которых графитные включения имеют розеточное распределение и составляют в длину ~50 мкм (рис. 156). Одна из задач работы заключалась в изучении модифицирования сплавов на основе меди. В качестве материала была выбрана алюминиево-железистая бронза БрА9ЖЗЛ (рис. 16). Материал модифицировался кусковыми лигатурами Кг7.г¥ь+КВР\ и Cu-Mg-1г и нанопорошковыми модификаторами Сг-АШ и 1<е-гПСМ. По результатам

Рис. 16. Макроструктура литой бронзы БрА9ЖЗЛ:

1 - модифицирование Кг7.гРв +

2 - модифицирование лигатурой Си-М%-2г, 3 - модифицирование нанопорошком Сг-АШ\

4 - модифицирование нанопорошком Ре-Т1СN

металлографической подготовки шлифов, было выявлено, что применение нанопо рошковых модификаторов позволяет измельчить структуру бронзы по сравнению с использованием в качестве модификаторов кусковых лигатур (рис. 16). Тем не менее, измельчение структуры материала не приводит к положительному влиянию нано-дисперсных модификаторов на его механические характеристики. Напротив, наблюдается падение показателей пластичности (рис. 17), что объясняется повышением пористости материала.

В шестом разделе «Апробация результатов исследования» приведены результаты применения полученных результатов в ООО «Центролит-С» (г. Новосибирск) при изготовлении втулок опорных катков экскаватора ЭКГ-8 из синтетического алюминиевого чугуна с добавками меди и наноразмерных модификаторов, а также в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН при разработке технологических процессов сварки алюминиевых сплавов на лазерных комплексах типа «Сибирь».

Материалы диссертационной работы используются в Новосибирском государственном техническом университете в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология материалов», а также инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении». Технические решения, полученные с участием автора диссертации, экспонировались на российских и международных научно-промышленных выставках. Установка по повышению качества сварных швов путем обработки их поверхностных слоев индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, отмечена медалями международной выставки «Металлы Сибири в 2009 и 2010 гг., а также VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций в 2010 г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В ходе математического моделирования процесса лазерной сварки проведена оценка температур, достигаемых в процессе соединения заготовок, и остаточных напряжений, возникающих при кристаллизации переплавленного металла. Максимальный уровень температур, достигаемых при сварке хромони-келевой аустенитной стали 12Х18Н10Т, низкоуглеродистой стали 20 и алюминиевого сплава АМг2М, составляет 2700 "С, 2480 "С, и 1100 °С соответственно.

12

2 10

8 6

I 2 б

0

-~т— —:

Рис. 17. Пластичность литой бронзы БрА9ЖЗЛ:

1 - модифицирование К^гРь + КВРь,

2 — модифицирование лигатурой Си-М%-7.г\

3 — модифицирование нанопорошком С.г-Л1Ы',

4 - модифицирование нанопорошком Ре-ПСЫ

Анализ полученных результатов показывает, что, несмотря на кратковременность теплового воздействия, в углеродистой и аустенитной сталях высока вероятность частичного или полного растворения наноразмерных модификаторов.

2. При лазерной сварке положительный эффект проявляется на алюминиевых сплавах типа АМг2М и А5М, титановом сплаве ВТ20 и углеродистой стали 20. При сварке хромоникелевой стали 12Х18Н10Т, термически упрочняемых алюминиевых сплавов Д16 и 01420, а также титанового сплава ВТ6 измельчения структуры и повышения комплекса механических свойств сварных швов не зафиксировано.

3. Результаты экспериментального исследования по модифицированию технически чистого алюминия свидетельствуют о положительном влиянии модификаторов на структуру и свойства литого материала. Применение порошков наноразмерного карбида и карбонитрида титана, плакированных медью, приводит к измельчению кристаллитов, их дендритное строение сменяется на преимущественно полиэдрическое. В границах ячеек с повышенной плотностью дислокаций зафиксированы наноразмерные частицы. В результате модифицирования предел прочности технически чистого алюминия возрастает на 10... 12 %, рост относительного удлинения образцов составляет от 12 до 30 %.

4. Предложена технология ввода модифицирующих добавок в сварные швы, основанная на применении в процессе лазерной сварки заготовок из алюминиевых сплавов промежуточных вставок из алюминиевой фольги с имплантированными в нее частицами модификатора. Такой подход обеспечивает равномерное распределение наночастиц по объему сварочной ванны. Модифицирование сварного шва сплава АМг2М с использованием промежуточных вставок позволило на 30 % повысить ударную вязкость сварного шва.

5. Модифицирование сварных швов титанового сплава ВТ20 наноразмер-ными частицами оксида иттрия позволяет значительно измельчить кристаллы метастабильной а'-фазы. Это, в свою очередь, сохраняя предел прочности сварного шва на уровне основного металла, обеспечивает рост его характеристик вязкости: ударная вязкость растет на треть, а ресурс работы при малоцикловых испытаниях возрастает в 2,2 раза.

6. При лазерной сварке углеродистой стали наиболее эффективным является инокулирование материала сварного шва наноразмерными частицами карбонитрида титана, плакированными медью. Введение наночастиц приводит к измельчению кристаллов а-фазы и карбидных строчек, выделяющихся в ней, что является причиной повышения ударной вязкости материала на 30 %.

7. Для повышения комплекса механических свойств сварных швов на углеродистых сталях и титановых сплавах, а также прилегающих к ним зон термического влияния, предложена комбинированная обработка, основанная на модифицировании материала сварного шва наноразмерными частицами тугоплавких соединений и последующей поверхностной пластической деформации материала высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой.

8. Использование технологии модифицирования литейных сплавов приводит к неоднозначным результатам. Наибольший эффект, проявляющийся в измельчении структуры и повышении прочностных свойств и показателей пластичности, достигается на алюминиевом сплаве АДО, температура плавления которого была минимальна. Модифицирование стали 35Л не приводит к изменению прочностных свойств, но сопровождается ростом ударной вязкости на 21 %. Результатом модифицирования серого чугуна СЧ18 является измельчение выделений графита. При этом прочностные свойства остаются на прежнем уровне. Введение в бронзу БрА9ЖЗЛ частиц карбонитрида титана измельчает кристаллическую структуру материала, однако сопровождается снижением пластичности. Негативное влияние модифицирования объясняется повышением пористости отливок.

9. Результаты проведенных исследований апробированы в ООО «Центро-лит-С» (г. Новосибирск) при изготовлении втулок опорных катков экскаватора ЭКГ-8 и в ИТПМ СО РАН при разработке технологий лазерной сварки. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе в Новосибирском государственном техническом университете в лекционных и лабораторных курсах «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов», «Сварочное производство» при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология материалов», а также инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении». Технические решения, полученные с участием автора диссертации, экспонировались на научно-промышленных выставках и отмечены медалями международной выставки «Металлы Сибири» (2009 и 2010 гг.) и VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций (2010 г.).

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Е. Д. Головин, В. Г. Буров, В. А. Батаев, А. Ю. Огнев, А. М. Оришич, Ю. В. Афонин. Особенности формирования сварных швов при лазерной сварке углеродистых сталей // Обработка металлов. 2005. №4. С. 13—14.

2. А. А. Батаев, Е. Д. Головин, А. Ю. Голиков, В. А. Кузнецов, А. Н. Черепанов. Модифицирование алюминия добавками наноразмерных порошков // Технология металлов. 2010. № 11. С. 13-16.

3. Е. Д. Головин, В. А. Кузнецов, А. И. Попелюх, А. Ю. Голиков. Применение лигатур при выплавке серого чугуна СЧ 15 // Научный вестник НГТУ. 2011.№ 1 (42). С. 159-162.

4. В. Г. Буров, А. И. Попелюх, Е. Д. Головин, А. Ю. Огнев, Е. О. Бородина, Д. Д. Головин. Образование хрупкой фазы в сварных швах аустенитной хромо-никелевой стали в процессе лазерной сварки // Обработка металлов. 2011. № 2 (51). С. 53-57.

5. Е. Д. Головин, В. Г. Буров, А. М. Оришич, А. Н. Черепанов, А. И. Смирнов, Д. Д. Головин. Влияние наноразмерного оксида иттрия на структуру швов титанового сплава ВТ20, получаемых по технологии лазерной сварки // Обработка металлов. 2011. № 2 (51). С. 57-60.

6. А. М. Orishich, I. A. Bataev, V. G. Burov, A. A. Bataev, Yu. V. Afonin, E. D. Golovin, A. Yu. Ognev. Reasons for welds embrillelment on welding aluminum alloys with laser beam II The third international forum on strategic technology : proc. of IFOST 2008, Novosibirsk-Tomsk, 23-29 June 2008. Novosibirsk, 2008. P. 80-82.

7. Захаревич E. E., Головин E. Д. Структура и свойства сварных соединений после ультразвуковой обработки // 19 Уральская школа металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», посвящ. 100-летию со дня рождения акад. В. Д. Садовского, Екатеринбург, 4-8 февр. 2008 г. : сб. материалов. Екатеринбург, 2008. С. 176.

8. Голиков А. Ю., Головин Е. Д., Савенко Т. И. Модифицирование алюминия нанодисперсными порошками тугоплавких соединений // Наука. Технологии. Инновации : материалы всерос. студен, конф. молодых ученых, Новосибирск, 4-5 дек. 2009 г. : в 7 ч. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. Ч. 2. С. 163165.

9. Шелудько Н. В., Головин Е. Д. Лазерная сварка титанового сплава ВТ20 с применением инокуляторов // Материалы 48 международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс», 10-14 апр. 2010 г. Секция «Физика». Новосибирск : Новосиб. гос. ун-т, 2010. С. 316.

Отпечатано в типографии Новосибирского Государственного технического университета 630092, г.Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Тел./факс (383) 346-08-57 Формат 60 х 84/16. Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 1802. Подписано в печать 21.11.2011 г.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЛИТЬЕ И СВАРКЕ ЗАГОТОВОК (литературный обзор).

1.1. Основные понятия модифицирования.

1.2. Теории модифицирования.

1.3. Термодинамические особенности кристаллизации металлических материалов.

1.4. Кристаллизация материала сварных швов.

1.5. Способы ввода модификаторов в материалы.

1.6. Выводы.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Выбор материалов исследования.

2.2. Структурные исследования.

2.2.1. Оптическая металлография.

2.2.2. Растровая электронная микроскопия.

2.2.3. Просвечивающая электронная микроскопия.

2.2.4. Рентгенофазовый анализ.

2.3. Химический анализ материалов.

2.3.1. Энергодисперсионный рентгеновский микроанализ.

2.3.2. Оптико-эмиссионный спектральный анализ.

2.4. Исследование механических свойств материалов.

2.4.1. Оценка показателей твердости.

2.4.2. Испытание материалов на статическое одноосное растяжение.

2.4.3. Испытания сварных соединений на статический изгиб.

2.5. Оценка показателей, характеризующих надежность материалов.

2.5.1. Испытание на ударный изгиб образцов с концентраторами напряжений.

2.5.2. Определение циклической трещиностойкости материалов.

2.5.3. Испытания на циклическую долговечность.

2.6. Триботехнические исследования материалов.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, РАЗВИВАЮЩИХСЯ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКЕ МАТЕРИАЛОВ.

3.1. Математическая модель расчета температурных полей.

3.2. Математическая модель структурно-фазовых превращений в стали 20.

3.3. Анализ напряженно-деформированного состояния материалов при лазерной сварке.

3.4. Результаты математического моделирования.

3.5. Выводы.

4. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ ШВОВ

МОДИФИЦИРОВАНИЕМ ПЕРЕПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА.

4.1. Лазерная сварка хромоникелевой стали.

4.2. Лазерная сварка углеродистой стали.

4.3. Лазерная сварка пластин из алюминиевых сплавов.

4.4. Лазерная сварка титановых сплавов.

4.5. Комбинированная обработка сварных соединений, сочетающая модифицирование сварных швов, а также поверхностную пластическую деформацию швов и зон термического влияния.

4.6. Выводы.

5. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛИТЫХ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НАНОДИСПЕРСНЫМИ ЧАСТИЦАМИ.

5.1. Модифицирование технически чистого алюминия АДО.

5.1.1. Постановка эксперимента.

5.1.2. Механические свойства модифицированного АДО.

5.1.3. Структура модифицированного АДО.

5.1.4. Электронно-микроскопическое исследование поверхностей образцов, разрушенных в процессе статического растяжения.

5.2. Модифицирование стали 35Л и серого чугуна наноразмерными частицами.

5.3. Модифицирование бронзы БрА9ЖЗЛ.

5.4. Выводы.

6. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

6.1. Разработка антифрикционного материала на основе серого чугуна.

6.2. Разработка технологического процесса лазерной сварки алюминиевого сплава.

6.3. Внедрение результатов исследований в учебный процесс.

6.4. Представление материалов работы на научно-промышленных выставках.

6.5. Выводы.

Из всей совокупности известных механизмов дислокационного упрочнения особо может быть выделен механизм, основанный на измельчении зерен-ной структуры. Важнейшее достоинство данного механизма заключается в благоприятном влиянии измельчения зерен не только на прочностные свойства, но также и на показатели пластичности и трещиностойкости металлических материалов. Учитывая высокую эффективность механизма зернограничного упрочнения, многие специалисты пытаются использовать его при разработке технологических процессов обработки материалов.

В последние десятилетия активно проводятся исследования по разработке и модификации методов, основанных на интенсивной пластической деформации материалов. Разработаны технологические схемы, обеспечивающие формирование структуры с размером зерна менее 100 нм. Однако с позиции благоприятного влияния одновременно на показатели прочности и пластичности наиболее эффективны технологические процессы обработки материалов, связанные с измельчением зеренной структуры при деформации материалов в горячем состоянии. С учетом этого обстоятельства для практической реализации предложено множество технологических решений, обеспечивающих контролируемое развитие рекристаллизационных процессов, приводящих, в свою очередь, к измельчению зеренной структуры материалов. В то же время в реальном производстве широко распространены технологические процессы, реализация которых сопровождается формированием явно выраженной крупнозернистой структуры. Избежать ее образования во многих случаях не удается. Речь идет о процессах получения отливок, особенно массивных, и о процессах сварки заготовок, основанных на высокотемпературном нагреве материала и его переходе в жидкое состояние.

Пребывание материала в расплавленном состоянии означает, что по отношению к нормальным условиям термической или термопластической обработки, обеспечивающим формирование качественной структуры, в течение некоторого времени он находился в перегретом состоянии. При охлаждении металла из жидкого состояния в большинстве случаев формируется крупнокристаллическая структура, негативно отражающаяся на комплексе механических свойств материалов. Исправление такой структуры представляет собой сложную техническую задачу, во многих случаях не имеющую эффективного решения. Более перспективен подход, основанный на измельчении зеренной структуры материала на стадии ее формирования из расплава. Одним из путей его практической реализации может быть модифицирование ванны жидкого расплава дополнительно введенными частицами, выполняющими функцию центров кристаллизации или препятствующими перемещению границ зерен при развитии процессов собирательной рекристаллизации.

В качестве модификаторов расплавов могут выступать наноразмерные тугоплавкие частицы. Важнейшим достоинством такого рода частиц является их большое количество, приходящееся на единицу объема, что в значительной степени определяет эффективность измельчения кристаллической структуры материалов. Интенсивное развитие методов получения наноразмерных частиц сопровождается значительным снижением себестоимости их производства. Это обстоятельство лежит в основе повышения экономической эффективности процесса модифицирования материалов с использованием наноразмерных частиц. Для ряда задач, связанных с обеспечением высоких показателей конструктивной прочности изделий ответственного назначения; обсуждаемая технология модифицирования является экономически оправданной уже в сегодняшних условиях. Таким образом, проблема модифицирования материалов при реализации процессов литья и сварки металлических материалов является актуальной, имеющей как научное, так и прикладное значение.

Представленная работа ориентирована на подбор оптимальных композиций вводимых модификаторов и изыскание способов введения мелкодисперсных тугоплавких порошков в расплав металлов для изменения условий кристаллизации материалов. На сегодняшний день не существует единой теории кристаллизации. По этой причине были сделаны попытки оценить процессы, происходящие при добавлении модификаторов в жидкий металл, с точки зрения обобщения накопленного опыта по модифицированию алюминиевых, медных и железоуглеродистых сплавов и их влияния на механические свойства.

В связи с высокой поверхностной энергией наночастицы склонны к слипанию и образованию агломератов. Вследствие высокой дисперсности и, как правило высокой поверхностной энергии, порошки исследуемых в работе модификаторов имеют склонность к окислению, насыщению влагой и газами из окружающей атмосферы. По этой причине, используемые порошки подвергались плакированию защитным материалом (медью, хромом) методом совместного перемалывания смеси порошков в шаровой мельнице в атмосфере инертного газа. Большое внимание уделялось способу ввода порошковых модификаторов в расплав. В рамках работы использовались различные способы ввода модификаторов для выявления наиболее технологичного метода, обеспечивающего надежный и стабильный с точки зрения воздействия на кристаллизующуюся структуру результат. При проведении исследований модифицирования литых изделий, применялись такие методы ввода модификаторов, как помещение на дно разливочного ковша, насыпка на зеркало металла, подача в струю при разливке из печи в раздаточный ковш, введение в колокольчике. При использовании сварочных технологий модификаторы вводились в сварочную ванну за счет предварительного нанесения на свариваемые кромки суспензии на основе клея, а также с помощью промежуточных вставок, изготовленных методом прокатки пакета фольг с помещенным между слоями порошком модификатора.

Учитывая отмеченное выше, при выполнении диссертационной работы особое внимание уделялось изучению структурных изменений в материалах, произошедших вследствие модифицирования, а также влиянию структурного состояния на комплекс механических свойств литых заготовок и сварных соединений.

При постановке цели диссертационной работы и формулировании задач исследования предполагалось, что введение модификаторов в жидкий металл позволит эффективно воздействовать на его структуру, то есть, металл литого изделия и переплавленного сварного шва будут иметь повышенные или близкие к уровню исходных материалов свойства. Однако металл, контактировавший в процессе сварки с расплавом и подвергшийся перегреву, не будет подвергнут воздействию модификаторов и, следовательно, сохранит пониженные свойства, являясь наиболее слабым местом сварного соединения. Существенным недостатком зон термического влияния является наличие в них высоких растягивающих остаточных напряжений, часто превышающих предел текучести исходного материала. Для устранения этого негативного эффекта сварки в работе был предложен метод поверхностного деформирования сварного шва твердосплавным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой. Данный метод позволяет создать в сварном соединении сжимающие напряжения, повышающие способность материала сопротивляться разрушению.

Для оценки воздействия описанных методов на свойства изучаемых материалов исследовались такие показатели материалов как характеристики прочности, пластичность, ударная вязкость, трещиностойкость, триботехнические свойства. С целью определения этих свойств в работе использовалось современное аналитическое оборудование, характеризующееся высокой надежностью методик и точностью измерений.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по теме: «Разработка способа получения многофункционального реагента-модификатора на основе нанопорошков тугоплавких соединений для обработки железоуглеродистых расплавов» (ГК № 16.513.11.3131), а также в рамках аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2011 гг." и федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы».

Цели и задачи исследования

Цель диссертационной работы: повышение конструктивной прочности литых изделий и сварных швов металлических материалов путем введения в расплав мелкодисперсных тугоплавких частиц.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение математического моделирования лазерной сварки исследуемых в работе материалов для определения температурно-временных параметров процесса, а также оценки напряженно-деформированного состояния и структурных изменений соединяемых заготовок.

2. Проведение металлографических, электронно-микроскопических и рентгеноструктурных исследований литых заготовок и сварных швов. Сравнение структур немодифицированного и модифицированного металла, выявление особенностей строения модифицированного литого металла.

3. Исследование влияния различных типов модификаторов на качество выплавляемого или свариваемого металла. Исследование эффективности различных способов введения модификаторов в расплав металла.

4. Исследование комплекса механических свойств модифицированного металла, показателей прочности, пластичности, ударной вязкости и трещино-стойкости.

Научная новизна

1. Установлено, что с повышением температуры разливки или сварки металлов эффективность модифицирования материалов наноразмерными тугоплавкими частицами снижается. При выплавке и сварке алюминия и его сплавов эффект модифицирования проявляется наиболее сильно. С повышением температур процесса (при выплавке бронз, стали, чугуна и сварке титановых сплавов, углеродистой и нержавеющей сталей) эффект становится менее выраженным, исчезает или даже приводит к негативным результатам.

2. Методом электронномикроскопического анализа установлено, что в алюминии, модифицированном карбидами и карбонитридами титана, имеет ме

1П сто повышение плотности дислокаций (до ~ 1,5 • 10 см'") и формируются дислокационные ячеистые построения с размером - 2 мкм. На участках с ячеистым строением зафиксировано присутствие наноразмерных частиц.

3. Установлено, что применение порошков наноразмерного карбида и карбонитрида титана, плакированных медью, приводит к измельчению кристаллитов технически чистого алюминия, их дендритное строение сменяется на преимущественно полиэдрическое. Модифицирование жидкого металла способствует росту предела прочности на 10. 12 %, рост относительного удлинения составляет от 12 до 30 %.

4. Предложена схема ввода модифицирующих добавок в сварные швы, основанная на использовании промежуточных вставок из фольги с имплантированными в нее наноразмерными частицами. Применение вставок в процессе лазерной сварки заготовок из алюминиевого сплава АМг2М обеспечивает равномерное распределение наночастиц по объему сварочной ванны, что способствует росту ударной вязкости сварного шва на 30 %.

5. Экспериментально установлено, что при сварке углеродистой стали 20 наиболее эффективным модификатором является плакированный-медью карбо-нитрид титана, введение которого приводит к измельчению кристаллов а-фазы и карбидных строчек, выделяющихся в ней, что является причиной повышения ударной вязкости материала на 30 %.

Практическая значимость и реализация результатов работы

1. Результаты проведенных исследований апробированы в ООО «Центро-лит-С» (г. Новосибирск) путем изготовлении втулок опорных катков экскаватора ЭКГ-8 из синтетического алюминиевого чугуна с добавками меди и наноразмерных модификаторов. В присутствии абразивных частиц стойкость модифицированного наночастицами чугуна в 2,2 раза превышает стойкость бронзы

БрА9ЖЗЛ. Результаты проведенных производственных испытаний свидетельствуют об эффективности разработанного материала. С учетом предложенных рекомендаций изготовлены 4 втулки опорных катков для экскаватора, эксплуатирующегося на Моховском разрезе акционерного общества «Кузбассразрез-уголь».

2. Материалы диссертационной работы используются в Новосибирском государственном техническом университете в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология материалов», а также инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении» .

3. Технические решения, полученные с участием автора диссертации, экспонировались на российских и международных научно-промышленных выставках. Установка по повышению качества сварных швов путем обработки их поверхностных слоев индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, отмечена малой золотой медалью международной выставки «Металлы Сибири - 2009. Металлургия. Машиностроение. Металлообработка. Сварка» и серебряной медалью VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций. Технологические решения по модифицированию сварных швов нанодис-персными частицами, отмечены серебряной медалью выставки «Металлы Сибири-2010. Металлургия. Машиностроение. Металлообработка. Сварка».

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных научных работ, из них: 5 в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК, 4 - в сборниках научных трудов всероссийских и международных конференций.

Объём и структура работы

Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения и приложения. Основной текст диссертационной работы изложен на 222 страницах и включает 91 рисунок, 8 таблиц, список литературы из 185 наименований.

6.5. Выводы^

1. Результаты проведенных исследований апробированы в ООО «Центро-лит-С» (г. Новосибирск) путем изготовлении втулок опорных катков экскаватора ЭКГ-8 из синтетического алюминиевого чугуна с добавками-меди и нано-размерных модификаторов. В* присутствии абразивных частиц стойкость модифицированного наночастицами чугуна в-2,2 раза превышает стойкость бронзы. БрА9ЖЗЛ. Результаты- проведенных производственных испытаний' свидетельствуют об-эффективности разработанного материала. С учетом предложенных рекомендаций изготовлены 4 втулки опорных катков для экскаватора;.эксплуатирующегося на Моховском разрезе акционерного общества «Кузбассразрез-уголь».

2. Результаты проведенных исследований используются Институтом теоретической и прикладной* механики СО РАН при разработке технологических процессов-сварки алюминиевых сплавов'с использованием лазерных комплек-совтипа «Сибирь».

3: Материалы диссертационной работы используются, в. Новосибирском государственном техническом университете в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология' материалов», а также инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении» в лекционных и лабораторных курсах «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов», «Сварочное производство».

4. Технические решения, полученные с участием автора диссертации, экспонировались на российских и международных научно-промышленных выставках. Установка по повышению качества сварных швов путем обработки их поверхностных слоев индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, отмечена малой золотой медалью международной выставки «Металлы Сибири - 2009. Металлургия. Машиностроение. Металлообработка. Сварка» и серебряной медалью VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций в 2010 г. Технологические решения по модифицированию сварных швов нанодисперсными частицами, отмечены серебряной медалью выставки «Металлы Сибири - 2010. Металлургия. Машиностроение. Металлообработка. Сварка».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 . В ходе математического моделирования процесса лазерной сварки проведена оценка температур, достигаемых в процессе соединения заготовок, и остаточных напряжений, возникающих при кристаллизации переплавленного металла. Максимальный уровень температур, достигаемых при сварке хромони-келевой аустенитной стали 12Х18Н10Т, низкоуглеродистой стали 20 и алюминиевого сплава АМг2М, составляет 2700 °С, 2480 °€, и 1100 °С соответственно. Анализ: полученных результатов показывает, что, несмотря на. кратковременность, теплового воздействия, в углеродистой и аустенитной сталях высока вероятность частичного или полного растворениям наноразмерных модификаторов:

2. При лазерной- сварке положительный эффект проявляется: на алюминиевых сплавах типа АМг2М; и А5М, титановом сплаве/ВТ20 и углеродистой' стали 20. При сварке: хромоникелевой стали 12Х18111 ОТ, термически упрочняемых алюминиевых сплавов Д16 и 01420, а также титанового сплава ВТ6 измельчения структуры и повышения: комплекса механических свойств сварных швовне зафиксировано. '

3. Результаты экспериментального исследования по модифицированию технически чистого алюминия? свидетельствуют о положительном-влиянии модификаторов* на структуру и свойства литого материала. Применение порошков наноразмерного карбида и карбонитрида титана; плакированных медью; приводит к измельчению кристаллитов, их дендритное строение сменяется: на, преимущественно полиэдрическое. В границах* ячеек с повышенной; плотностью дислокаций; зафиксированы, наноразмерные частицы. В результате: модифицирования предел прочности технически чистого алюминия« возрастает на 10;. .121 %, рост относительного удлинения образцов составляет от 12 до 30 %.

4. Предложена технология ввода модифицирующих добавок в сварные швы, основанная на применении в процессе лазерной сварки заготовок из алюминиевых сплавов промежуточных вставок из алюминиевой фольги с имплантированными в нее частицами модификатора. Такой подход обеспечивает равномерное распределение наночастиц по объему сварочной ванны. Модифицирование сварного шва сплава АМг2М с использованием промежуточных вставок позволило на 30 % повысить ударную вязкость сварного шва.

5. Модифицирование сварных швов титанового сплава ВТ20 наноразмер-ными частицами оксида иттрия< позволяет значительно измельчить кристаллы метастабильной а'-фазы. Это, в свою очередь, сохраняя предел прочности сварного шва на уровне основного металла, обеспечивает рост его характеристик вязкости: ударная вязкость растет на треть, а ресурс работы при малоцикловых испытаниях возрастает в 2,2 раза.

6. При лазерной сварке углеродистой стали наиболее эффективным является инокулирование материала сварного шва наноразмерными частицами кар-бонитрида титана, плакированными медью. Введение наночастиц приводит к измельчению кристаллов а-фазы и карбидных строчек, выделяющихся в ней, что является причиной повышения ударной вязкости матери ал анаЗО %.

7. Для повышения комплекса механических свойств сварных швов на углеродистых сталях и титановых сплавах, а также прилегающих к ним зон термического ^ влияния, предложена комбинированная^ обработка, основанная на модифицировании материала сварного шва наноразмерными частицами тугоплавких соединений и последующей поверхностной пластической деформации материала высокопрочным индентором, колеблющимся» с ультразвуковой частотой.

8. Использование технологии модифицирования-литейных сплавов приводит к неоднозначным-результатам. Наибольший эффект, проявляющийся в измельчении структуры и повышении прочностных свойств и показателей пластичности, достигается на алюминиевом сплаве АДО, температура плавления которого была минимальна. Модифицирование стали 35Л не приводит к изменению прочностных свойств, но сопровождается ростом ударной вязкости на 21 %. Результатом модифицирования серого чугуна ОЧ18 является измельчение выделений графита. При этом прочностные свойства остаются на прежнем уровне. Введение в бронзу БрА9ЖЗЛ частиц карбонитрида титана измельчает кристаллическую структуру материала, однако сопровождается снижением пластичности. Негативное влияние модифицирования объясняется повышением пористости отливок.

9. Результаты проведенных исследований апробированы в ООО «Центро-лит-С» (г. Новосибирск) при изготовлении втулок опорных катков экскаватора ЭКГ-8 и в ИТПМ СО РАН при разработке технологий лазерной сварки. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе в Новосибирском государственном техническом университете в лекционных и лабораторных курсах «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов», «Сварочное производство» при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология материалов», а также инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении». Технические решения, полученные с участием автора диссертации, экспонировались на научно-промышленных выставках и отмечены медалями международной выставки «Металлы Сибири» (2009 и 2010 гг.) и VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций (2010 г.).

1. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. М. : Мир, 1967. 170 с.

2. Крещановский Н. С., Сидоренко М. Ф. Модифицирование стали. М. : Металлургия, 1970. 296 с.

3. Задиранов А.Н., Кац А. М. Теоретические основы кристаллизации металлов и сплавов : учеб. пособие. М. : МГИУ, 2008. 194 с.

4. Гольдштейн Я. Е., Мизин В. Е. Инокулированиежелезо-углеродистых сплавов. М.: Металлургия, 1993. 416 с.

5. Ребиндер П. А., Липман М. С. Физико-химические основы модификации металлов и сплавов малыми поверхностно активными примесями // Исследования в области прикладной физико-химии поверхностных явлений. М. ; Л., 1936.-С. 36-52.

6. Ребиндер П. А., Лихтман М. С. Исследование в области прикладной физической химии поверхностных явлений. М.; Л. : ОНТИ, 1932. 358 с.

7. Семенченко В. К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. М. : Гостехтеориздат, 1957. 492 с.

8. Тамман Г. Металловедение. Химия и физика металлов и их сплавов. М. ; Л. : ОНТИ НКТП, 1935. 440 с.

9. Effect of Fe on grain refinement of commercial purity aluminum / Y. Zhang, N. Ma, H. Yi, S. Li, H. Wang // Materials and Design. 2006. Vol. 27, № 4. P. 794798.

10. Limmaneevichitr C., Eidhed W. Fading mechanism of grain refinement of aluminum-silicon alloy with Al-Ti-B grain refiner // Materials Science and Engineering. A. 2003. Vol. 349, № 1-2. P. 197-206.

11. Modeling of inoculation of metallic melts: application to grain refinement of aluminum by Al-Ti-B / A*. L. Greer, A. M. Bunn, A. Tranche, P. V. Evans, D. J. Bristow // Acta Materialia. 2000. Vol. 48, iss. 11. P. 2823-2835.

12. Johnsson M., Backerud L., Sigworth G. K. Study of the mechanism of grain refinement' of "aluminum after additions of Ti- and B-containing master alloys // Metallurgical and Materials Transactions. A. 1993. Vol. 24, № 2. P. 489-491.

13. Backerud L., Johnsson M. The relative importance of nucleation and growth mechanisms to control grain size in various aluminium'alloys // Light Metals. 1996. Vol. 27, № 4. P. 679-685.

14. Effect of silicon-on grain refinement of aluminum produced by electrolysis / Z. Liu, M: Wang, Y. Weng, T. Song, Y. Huo, J. Xie // Materials Transactions. 2003. Vol. 44, № 10. P. 2157-2162.

15. Mondolfo L. F. Aluminum alloys : structure and properties. London ; Boston : Butterworths, 1976. 971 p.

16. Quested T. E., Greer A. L. The effect of the size distribution of inoculants particles on as-cast grain size in aluminium alloys // Acta Materialia. 2004. Vol. 52, iss. 13. P. 3859-3868.

17. Tronche A., Greer A. L. Electron-backscatter diffraction study of inoculation of Al. Philosophical Magazine Letters. 2001. Vol. 81. P. 321-328'.

18. Modeling of inoculation of metallic melts: application to grain* refinementof aluminum by Al-Ti-B V A. L. Greer, A. M. Bunn,, A. Tronche, P. V. Evans, D. J.i

19. Bristow // Acta Materialia. 2000. Vol. 48,.iss. 11. P. 2823-2835.

20. Tronche A., Greer A.L. In: Peterson R.D., editor. // Light metals. Warrendale, PA: TMS; 2000. Pi 827-832.

21. Tronche A., Greer A.L. In: Ehrke K., Schneider W., editors.,// Continous-casting. Weinheim: DGM and Wiley-VCH; 2000P. 218-223.

22. Schumacher P., Greer A.L., Worth J'., Evans P:V., Kearns M.A., Fisher P. et al: // Materials Science Technology. 1998. Vol: 14, iss. 394;

23. MaxwellT., Hellawell A. // Acta Metallurgica. 1975. Vol. 23, iss. 229. 28uDavies,I.G.,.Dennis J.M., Hellawell-A. // Metalls Transactions. 1970. Vol!1, iss. 275.

24. Honeycomb R. W. Plastic deformation of metals. New York : St. Martin's Press, 1968. 477 p.

25. The plastic deformation of polycrystalline aggregates / R. Armstrong, I. Codd, M. Douthwaite, N. J. Petch // Philosophical Magazine. 1962. Vol. 7, iss. 73. P. 45-58.

26. Conrad H. Model of strain hardening to explain the effect of grain size on the flow stress of metals, in: Ultrafine Grains in Metals Russian Translation. Moscow : Metallurgiya, 1973. 206 p.

27. Гуляев Б. Б. Синтез.сплавов. (Основные принципы. Выбор компонентов). М.: Металлургия, 1984. 160 с.

28. Коган J1. И. и др. «Проблемы металловедения и физики металлов», М. : Металлургиздат, 1949. 225 с.

29. Осинцев О. Е., Федоров В. Н. Медь и медные сплавы: отечественные и зарубежные марки : справочник. М.: Машиностроение, 2004. 336 с.

30. Ловчиков А. В. Микролегированные медные сплавы. М.: Цветметин-формация, 1988. Вып. 3. 58 с.

31. Stefanescu D. М. Science and engineering of casting solidification. New York : Kluver Academic, 2002. 324 p.

32. Николаев Г. А., Фридляндер И. H., Арбузов Ю. П. Свариваемые алюминиевые сплавы. М. : Металлургия, 1990. 296 с.

33. GwayerA. G., PhillipsH. W. // Journal of Institute of Metals. 1926. Vol. 36, p. 283.

34. Кунин Л. Л. Поверхностные явления в металлах / под ред. Ю. А. Клячко. М. : Металлургиздат, 1955. 304 с.

35. Андреев И. А. Физико-химические основы производства стали. М. : Изд. АН СССР,1951. 152 с.

36. Гуляев А. П., Ульянин Е. А. Специальные стали и сплавы // ЦНИИЧМ. 1965. Вып. 39. С. 5.

37. Приданцев М. В. Влияние примесей и редкоземельных элементов на свойства сплавов. М. : Металлургиздат, 1962. 208 с.

38. Гуляев Б. Б. Литейные процессы. М.; Л. : МАТТТГИЗ, 1960. 416 с.

39. Власов В. С. Влияние структуры аустенита на перлитное превращение и конструктивную прочность стали : дис. . канд. техн. наук. Новосибирск, 1982. 179 с.

40. Свойства и природа упрочнения низколегированной стали, содержащей небольшие количества ниобия, ванадия-и титана / В. С. Щербакова, В. И. Саррак, Л. С. Лившиц, Н. А. Гринберг // Сталь. 1971. № 6. С. 538-542.

41. Майер Л., Шаувиндхольд Д. Влияние ниобия на свойства свариваемых конструкционных сталей // Черные металлы. 1967. № 1. С. 3-18.

42. Гольдштейн1 М. И. Карбонитридное упрочнение низколегированных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 1979. № 7. С. 2-5.

43. Бойко Ю. Ф., Навроцкий И. В., Подгайский М. С. Образование фер-ритных зерен при полиморфном* превращении // Физика металлов'и металловедение. 1980. т. 49. №. 1. С. 126-131.

44. Wrissenberg Н., Hornbogen Е. Der Uebergang von diskontinuierlicher zu kontinuierlicher Bildung von Perlit aus warmverformten Austenit. // Arch. Eisenhuet-ternw. 1979. T. 50, № 11, S. 479-483.

45. Влияние горячей деформации аустенита стали 140ГЗ на его структуру и кинетику последующих превращений / М. Л. Бернштейн, В. А. Займовский, А. Г. Козлова, Т. Л. Колупаева// Известия АН СССР. Металлы. 1977. № 1. С. 155-160.

46. Тушинский JI. И. Перспективы повышения конструктивной прочности стали // Субструктура и конструктивная прочность стали : межвуз. сб. науч. тр. Новосибирск : НЭТИ, 1976. С. 3-38.

47. Неймарк В. Е., Духин А. И. // Проблемы металловедения и физики металлов. 1959. №6. С. 34-39.

48. Каменецкая Д. С., Пилецкая И. Б. // Проблемы металловедения и физики металлов». 1955. № 4. С. 63.

49. Клячко Ю. А. и др. // ДАН СССР. 1950. Т. 72, № 5. С. 927.

50. Kreszanovskij N. S., Ginzburg Е. S. // Metallurgie und Giesserei Technik. 1954. № 11. S. 497.

51. Крещановский H. С. и др. // Литейное производство. 1951. № 2. С. 26.

52. Крещановский Н. С. и др. // Литейное производство. 1954. № 1. С. 23.

53. Крещановский Н. С., Сидоренко М. Ф. // Литейное производство. 1961. №11. С. 32.

54. Крещановский Н. С. // Материалы 27-го Международного конгресса литейщиков в Цюрихе. 1960. С. 367.

55. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. Л. : Наука, Ленингр. отд., 1975. 592 с.

56. Atkinson Н. V., Shi G. Characterization of inclusions in clean steels: a review including the statistics of extremes methods // Progress in Materials Science. 2003. Vol. 48, iss. 5. P. 457-520.

57. Чернов Д. К. Исследования, относящиеся до структуры литых стальных болванок // Чернов Д. К. Избранные труды по металлургии и металловедению. М. : Наука, 1983. С. 208-235.

58. Frank F. С. Crystal dislocations. Elementary concepts and definitions // Philosophical Magazine. Series 7. 1951. Vol. 42, iss. 331. P. 809-819.

59. Frank F. C. Capillary equilibria of dislocated crystals // Acta Crystallographies 1951. Vol. 4, pt. 6. P. 497-501.

60. Кистяковский В. А., Данков П. Д. К вопросу об электрокристаллизации металлов. Статья вторая // Известия АН СССР. Серия 7. Отделение математических и естественных наук. 1932. № 7. 993-996.

61. A mechanism for the poisoning effect of silicon on the grain refinement of Al-Si alloys / D. Qui, J. A. Taylor, M-X. Zhang, P. M. Kelly// Acta Materialia. 2007. Vol. 55, iss. 4. P. 1447-1456.

62. Shiflet G. J., Merwe J. H. The role of structural ledges as misfit-compensating defects: fcc-bcc interphase boundaries // Metallurgical and Materials Transactions. A. 1994. Vol. 25, № 9. P. 1895-1903.

63. Крещановский H. С.и др. // Вопросы металловедения аустенитных сталей (ЦНИИТМАШ). 1956. № 52.

64. Козачковский О. Д. // Вопросы физики металлов и металловедения. 1948. №1, С. 76.

65. Браун М. П., Буруклис Г. А., Дурдо М. Т. Модифицированная быстрорежущая сталь. М. : Машгиз, 1956. 130 с.

66. Langmuir I. The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum // Journal of the American Chemical Society. 1918. Vol. 40, iss. 9. P. 1361— 1403.

67. Крушенко Г. Г., Фильков М. Н. Модифицирование алюминиевых сплавов нанопорошками // Нанотехника. 2007. № 12. С. 58-64.

68. Гостев А. С., Гостева Е. Г., Гулевский В. А. Роль нанопорошков в модифицировании сплавов // Молодой ученый. 2010. № 11-1'. С. 53-55.

69. Мартюшев Н. В. Улучшение свойств бронз, содержащих свинец, их легированием и микролегированием // Металлургия машиностроения. 2011. № З.С. 37-41.

70. Петрунин А. В., Панфилов А. В., Панфилов А. А. О влиянии модифицирования наноразмерными тугоплавкими частицами на структуру и свойства алюмоматричных композитов // Литейное производство. 2009. № 10. С. 17—20.

71. Влияние инокулирующего модифицирования на морфологию и топографию, упрочняющих фаз в жаропрочном сплаве / Е. Н. Еремин, А. С. Лосев, Ю. О. Филиппов, А. Е. Еремин // Литейщик России. 2008. № 8. С. 39-43.

72. Миннеханов Г. Н., Гурдин В. И., Миннеханов Р. Г. Выбор оптимальных модифицирующих комплексов для среднеуглеродистых сталей с повыше-ной хладостойкостью // Омский науч. вестн. 2007. № 2. С. 140-142.

73. Седельников В. В. Структурообразование кристаллизующихся систем при модифицировании их ультрадисперсными порошками // Литейное производство. 2005: № 1. С. 2-5.

74. Миннеханов Г. Н., Миннеханов Р. Г., Еремин-Е. Н. Влияние модифицирования наночастицами карбонитрида титана на кристаллизацию жаропрочного, никелевого сплава ЖС-32 // Омский науч. вестн. 2009: №77-1. С. 39-42.

75. Е. Д. Головин, В. А. Кузнецов, А. И. Попелюх, А. Ю: Голиков. Применение лигатуршри выплавке серого чугуна СЧ 15 // Научный вестник НГТУ. 2011. №1(42). С. 159-162.

76. В. Г. Буров, А. И. Попелюх, Е. Д. Головин; А. Ю. Огнев, Е. О. Бородина, Д. Д. Головин. Образование хрупкой фазы в сварных швах аустенитной хромоникелевой стали в процессе лазерной сварки // Обработка металлов.- 2011. №2(51). С. 53-57.

77. Najafi H., Rassizadhghani J., Asgari S; As-cast mechanical properties of vanadium/niobium microalloyed steels- // Materials Science and Engineering. A. 2008. Vol. 486, iss; 1-2. P. 1-7.

78. Ferkel H. Properties of copper reinforced by laser-generated A1203-nanoparticles // Nanostructured Materials. 1999: Vol; 11, iss. 5. P: 595-602.

79. Zhang Hi, R., Ojp; ©i A;, ChaturvednM: CI -Nainosize:-boride particles in heat-treated nickel base' superalloys // Scripta Materialia. 2008. Vol: 58, iss; 3. P. 167-170;

80. Bouaeshi W. B., Li D: Y. Effects of Y203 addition on microstructure, mechanicallpropertieSj electrochemical!behavior, andlresistance to corrosive wearrof aluminum^■-// Tribology International! 2007. Vol; 40, iss; 2: P: 188^-199:

81. Basavakumar K. G., Mukunda P. G., Chakraborty M. Influence of grain refinement and^modification on; microstructure and; mechanical^ properties of Al-7Si and Al-7Si-2.5Cu cast alloys // Materials Characterization. 2008. Vol. 59, iss. 3. P. 283-289.

82. Qian M. Heterogeneous nucleation on potent spherical substrates during solidification // Acta Materialia. 2007. Vol; 55, iss 3. P. 943-953.

83. Nafisi S., Ghomashchi R., Vali H. Eutectic nucleation in hypoeutectic Al-Si alloys // Materials Characterization. 2008. Vol. 59, iss. 10. P. 1466-1473.

84. Talas Si, Cochrane R. C. Effects of Ti on the morphology of high purity iron alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2005. Vol. 396, iss. 1-2. P. 224-227.

85. Non-metallic inclusion and intragranular nucleation of ferrite in Ti-killed C-Mn steel / J.-S. Byun, J.-H. Shim, Y. W. Cho, D. N. Lee // Acta Materialia. 2003. Vol. 51, iss. 6. P. 1593-1606.

86. Nagarjuna S., Sanna D. S. Effect of cobalt additions on the age hardening of Cu-4.5Ti alloy II Journal of Materials Scicnce. 2002. Vol. 37, № 10. P. 19291940.

87. Effect of Zr addition on corrosion behavior of Cu-6Ni-2Mn-2Sn-2 A1 alloy / Y. Seo, S. Kim, S. Han, C. Kim // Metallurgical and Materials Transactions. A. 2002. Vol. 33, № 7. P. 2237-2240.

88. Laser welding of modified 12% Cr stainless steel: strength, fatigue, toughness, microstructure and corrosion properties / E. Taban, E. Deleu, A. Dhooge, E. Kaluc // Materials & Design: 2009. Vol. 30, iss. 4. P. 1193-1200.

89. Nucleation of intragranular ferrite at Ti203 particle in low carbon steel / J.-H. Shim, Y. W. Cho, S. H. Chung, J.-D. Shim, D. N. Lee // Acta Materialia. 1999. Vol. 47, iss. 9. P. 2751-2760:

90. Богомолова H. А. Практическая металлография : учеб. для сред. ПТУ. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Высш. шк., 1987. 240 с.

91. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М. : Техносфера, 2006. 384 с.

92. Ямпольский А. М. Травление металлов. М. : Металлургия, 1980. 168с.

93. Коваленко В. С. Металлографические реактивы : справочник. М. : Металлургия, 1981. 121 с.

94. Беккерт М: Способы металлографического травления М. : Металлургия, 1988. 400 с.

95. Растровая-электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: в 2 кн. Кн. 1.: пер. с англ. / Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин, Д. Джой, Ч. Фиори, Э. Лифшин. М. : Мир, 1984. 303 с. : ил.

96. Томас Г. Электронная микроскопия металлов. М. : ИЛ:, 1963. 351 с.

97. Электронная микроскопия в металловедении : справочник / под ред. А. В. Смирновой. М. : Металлургия, 1985. 192 с.

98. Thompson К. С., Reynolds R. J. Atomic absorption, fluorescence and flame emission spectroscopy :a practical approach. 2nd ed. New York : Wiley, 1978. 319 p.

99. Element-specific chromatographic detection by atomic emission spectroscopy / ed. P. C. Uden. Washington : American Chemical Society, 1992. 350 p. (ACS symposium series; 479).

100. ГОСТ 9012—59. Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю. Введ. 1960-01-01. М: : Изд-во стандартов, 1959. 45 с.

101. ГОСТ 23667—791 Твердомеры для металлов. Общие технические требования. Введ. 1981-01-01. М. : Изд-во стандартов, 1981. 12 с.

102. ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу. Введ. 1960-01-01. М.: Изд-во стандартов, 1959. 9 с.

103. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости'вдавливанием алмазных наконечников. Введ. 1977-01-01. М. : Изд-во стандартов, 1970. 10 с.

104. Золоторевский В. С. Механические свойства»металлов. М. : МИСИС, 19981 400 с.

105. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических-свойств. Взамен ГОСТ 6996-54 ; введ. 1967-01-01. М. : Изд-во стандартов, 1967. 44 с.

106. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. Введ. 1986-01-01. М.: Изд-во стандартов, 1985. 39 с.

107. ГОСТ 9454-78. Металлы. Методы испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах. Введ. 1979-01-01. М. : Изд-во стандартов, 1978. 12 с.

108. Романив О. Н., Ткач А. Н. Структурный анализ кинетических диаграмм! усталостного разрушения конструкционных сталей // Физико-химическая механика материалов. 1987. № 5. С. 3-16.

109. Романив О. Н., Ткач А. Н. Структура и припороговая усталость сталей // Физико-химическая механика материалов. 1983. № 4. С. 19-33.

110. Ярема С. Я., Мельничок Л. С., Попов Б. А. Аналитическое описание диаграмм усталостного разрушения по участкам // Физико-химическая механика материалов. 1982. Т. 18, № 6. С. 56-58.

111. Романив О. Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. М. : Металлургия, 1979. 176 с:

112. Ярема С. Я) Исследование роста усталостных трещин и кинетические диаграммы, усталостного разрушения // Физико-химическая механика материалов. 1977. Т. 13, № 4. с. 3-22.

113. Ярема С. Я. Некоторые вопросы методики испытаний материалов на, циклическую трещиностойкость // Физико-химическая механика материалов. 1978. Т. 14. №4. С. 68-77.

114. Определение характеристик сопротивления- развитию трещины (трещиностойкости) металлов при, циклическом нагружении. Методические указания // Физико-химическая механика материалов. 1979. Т. 15, № 3. С. 8397.

115. Школьник Л. М. Методика усталостных испытаний : справочник. М. : Металлургия, 1978. 304 с.

116. ГОСТ 25.506-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. Введ. 1986-01-01. М. : Изд-во стандартов, 1985. 38 с.

117. Годунов С. К., Рябенький В. С. Разностные схемы (введение в теорию). М. : Наука, 1973. 400 с.

118. Юрьев С. Ф. Удельные объёмы фаз'в мартенситном превращении ау-стенита. М. : Металлургиздат, 1950. 48 с.

119. Попова JI. Е., Попов А. А. Диаграммы превращений аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана. М. : Металлургия, 1991. 503 с.

120. Кристиан Дж. Теория превращений в металлами сплавах. В 2 ч. Ч. 1. Термодинамика и общая кинетическая теория : пер. с, англ. М. : Мир, 1978. 806 с.

121. Sheng, I., Chen. Y. Modeling welding by surface healing // Journal of Engineering Materials and Technology. 1992. № 114. P. 439-448.

122. Inoue Т., Raniecki B. Determination of thermal-hardening stresses in steels by use of thermoplasticity theory // Stresses in Steels by use of Solids. 1978. Vol. 26, №3. P. 187-212.

123. Абрамов В. В. Напряжения и деформации при термической обработке стали. Киев ; Донецк : Вища шк., 1985. 133 с.

124. Denis S., Sjostrom S., Simon A. Coupled temperature, stress, phase transformation calculation // Metallurgical and Materials Transactions. A. 1987. Vol. 18, № 7. P. 1203-1212.

125. Hildenwall В., Ericsson Т. Prediction of residual stresses invcase hardening steels // Hardenability concepts with applications to steel : proc. of a symp. USA, Chicago, 24-26 Oct. 1977. New York. : Metallurgical Society of AIME, 1978. P. 579-606.

126. Северденко В. П., Сухо древ Э. Ш., Орлов А. Р. Механические свойства сталей, деформированных в широком интервале температур / ред. В. П.

127. Северденко ; АН БССР. Физико-технический ин-т. Минск : Наука и техника, 1974. 56 с.

128. Peirce D., Shih С. F., Needleman A. A tangent modulus method for rate dependent solids // Computers & Structures. 1984. Vol. 18, iss. 5. P. 875-887.

129. Jonsson M., Karlsson L., Lindgren L. Deformations and stresses in butt-welding of large plates with special reference to the mechanical material properties // Journal of Engineering Material and Technology. 1985. Vol. 107, iss. 4. P. 265-270.

130. Малинин Н. H. Прикладная теория пластичности и ползучести : учеб. для студентов вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1975. 400 с.

131. Прус А. А., Ермолаев Б. И. Металлы и сплавы. Справочные данные о физико-механических свойствах при различных температурах и условиях на-гружения. М. : ЦНИИ, 1975. 583 с.

132. Зиновьев В. Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах : справочник. М. : Металлургия, 1989. 383 с.

133. Винокуров В. А., Григорьянц А. Г. Теория сварочных деформаций и напряжений. М. : Машиностроение, 1984. 280 с.

134. Bôrjesson L. Coupled thermal, metallurgical and mechanical models of multipass welding. Luleâ : Luleâ tekniska univ., 1999. 358 p.

135. Особенности формирования сварных швов при лазерной сварке углеродистых сталей / В. Г. Буров, А. М. Оришич, А. А. Батаев, Ю. В. Афонин, Е. Д. Головин, А. Ю. Огнев // Обработка металлов. 2005. № 4 (25). С. 13-14.

136. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 5. Лазерная сварка металлов / под ред. А. Г. Григорьянца. М. : Высш. шк., 1988. 207 с.

137. Cibula А. The mechanism of grain refinement of sand castings in.aluminium alloys // Journal of the Institute of Metals. 1949: Vol; 76. P. 323-360.

138. Бондарев Б. И», .Напалков; В . И., Тарарышкин В. И. Модифицирование алюминиевых деформируемых сплавов. М. : Металлургия, 1979. 224 с.

139. Мальцев М. В: Модифицирование структуры металлов и сплавов. М. : Металлургия, 1964. 214 с.

140. Nafisi S., Ghomashchi* R. Boron-based refiners:: implications in conventional casting of Al-Si alloys // Materials Science and Engineering: A.2007. Vols. 452-453. P. 445-453.

141. Vinod Kumar G. S., Murty B. S., Chakraborty M. Grain refinement response of LM25 alloy towards Al-Ti-C and Al-Ti-B grain refiners // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 472, iss. 1-2. Р. 112-120.

142. Повышение механических свойств алюминиевых литейных сплавов с помощью ультрадисперсных порошков / Г. Г. Крушенко, Б. А. Балашов, 3. А. Василенко, М. Н. Фильков, Т. Н. Миллер // Литейное производство. 1991. №4. С. 17-18.

143. Напалков В. И., Махов С. В. Легирование и модифицирование алюминия и магния. М.: МИСИС, 2002. 375 с.

144. Коротаева 3. А. Получение ультрадисперсных порошков механохи-мическим способом и их применение для модифицирования материалов : авто-реф. дис. . канд. хим. наук : 02.00.04 / Место защиты: Кемеров. гос. ун-т. Кемерово, 2008. 22 с.

145. Егоров-Тисменко Ю. К. Кристаллография и кристаллохимия : учеб. для вузов по специальности «Геология» М. : Кн. дом «Ун-т», 2005. 587 с.

146. Современная кристаллография. В 4 т. Т. 3. Образование кристаллов / А. А. Чернов, Е. И. Гиваргизов, X. С. Багдасаров и др. ; редкол.: Б. К. Вайн-штейн и др.. М. : Наука, 1980. 407 с.