автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка технологии электрошлаковой наплавки оправок трубопрошивного стана термостойким сплавом на основе Ni3Al

На правах рукописи

Цурихии Сергей Николаевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ ОПРАВОК ТРУБОПРОШИВНОГО СТАНА ТЕРМОСТОЙКИМ СПЛАВОМ НА ОСНОВЕ №3А1

Специальность 05 03 06 - Технологии и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗОВ45ЭЭ

Вол1 оград - 2007

003064599

Работа выполнена на кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» в Вол] офадском государственном техническом университете

Научный руководитель заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор, ЛЫСАК Владимир Ильич

Официальные оипонен 1 ы заслуженный деятель науки РФ,

Ведущая ор1 анизация ОАО В11ИИШ «Хиаднефтеаппаратура», г Вол1 оград

Защита сосюигся 20 сентября 2007 г в 10 00 на заседании диссертационно! о со-ве1а Д 212 28 02 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу 400131, г Волгоград, пр Ленина, 28, ауд 209

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета

Авторефера! разослан « 20 » августа 2007 г

доктор технических наук, профессор, ОРЕШКИН Владимир Дмитриевич кандида! 1ехничсских наук, КИРИЛИЧЕВ Николай Васильевич

диссертационного совета

Ученый секретарь

Кузьмин С В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работ ы. Современный этап развития техники обусловливает повышение требования к быстроизнашивающемуся Meiajuiypi ическому инструменту, к которому относятся, в частности, оправки трубопрошивного стана Циклическое температурно-силовое воздействие (ЦТСВ) на оправки приводит к быстрому износу наиболее нагруженной их части - носка Кинетика износа оправки для деформирования нагретых до 1200 °С трубных заготовок зависит от многих факторов, из которых сопротивление металла носка оправки пластической деформации является определяющим Применяемые в промышленности для наплавки оправок дорогостоящие никелевые суперсплавы типа "Хастеллой-С" эффективны лишь при температурах до 950 °С и не позволяют существенно повысить стойкость оправок

Вопросам упрочнения наплавкой термо- и износостойкими сплавами инструмента горячего деформирования металла посвящены исследования многих известных ученых И И Фрумина, JI К Лещинского, И А Рябцева, Орешкина В Д, В А Короткова, Е Н Сафонова, Ф Д Кащенко, И А Кондратьева, а также A Hickl, F R Nabarro, Р Murray, Р Crook, С Evans и многих других На основе выполненных с их участием фундаментальных исследований созданы и внедрены на многих предприятиях новые эффективные технологические процессы восстановления и упрочнения наплавкой различного металлургического инструмента и оборудования

Благодаря выполненным в последние годы исследованиям Е Н Каблова, В П Бунтушкина, К Б Поваровой, О А Скачкова, Б А Гринберг, М А Иванова, С Т Liu, Н К Kim, S М Codley, В Н Кеаг и других ученых получен методом литья новый тип конструкционных жаропрочных до 1200 °С сплавов на основе y'-NhAl

В литературе прогнозируется эффективность применения для наплавки штампов горячего деформирования и металлургического инструмента сплавов на основе интерметаллических соединений в условиях ЦТСВ Вместе с тем на сегодняшний день еще не созданы материалы и технологические процессы наплавки сложнолегированных, содержащих туго- и легкоплавкие компоненты, сплавов на основе алюминида никеля y'-N^AI

Диссертационное исследование посвящено решению актуальных задач разработки нового наплавочного материала и технологии наплавки, обеспечивающих получение качественного наплавленного металла на основе у'-№зА1 Актуальность работы подтверждена выполнением ее части в рамках федеральной целевой научно-технической программы по направлению «Развитие научного потенциала высшей школы» и гранта А04-3 17-544 Федерального агентства по образованию РФ для поддержки научно-исследовательской работы

Авюр выражает глубокую благодарность доценту, к т н Соколову Г Н за участие в формировании направления и методологической нодюшвкс исследований, а также за оказанную помощь при анализе их научной новизны

аспирантов

Цель и задачи работы. Разработка и внедрение в промышленность нового наплавочного материала и технологии электрошлаковой наплавки термостойким сплавом на основе у'-1\'13А1, обеспечивающих повышение стойкости оправок трубопрошивного с гана

Для достижения поставленной цели, в работе решены следующие задачи

1 Исследованы закономерности формирования структуры и свойства наплавленного металла на основе легированного алюминида никеля Ы13А1

2 Разработан состав композиционной проволоки для наплавки термостойкого сплава на основе легированного алюминида никеля N^1

3 Разрабогана технология изготовления композиционной проволоки с двухслойной №-А1 оболочкой и наполни 1елем из проволочных и порошковых компонентов

4 Создана технология электрошлаковой наплавки оправок трубопрошивного стана композиционной проволокой

Научная новизна работы Новым научным положением работы является раскрытие механизма формирования в процессе электрошлаковой наплавки термически стабильной, гетерофазной композиционной структуры наплавленного металла на основе у'-ТМ13А1 и определении совокупного влияния на его свойства при температурах до 1100 °С двух выявленных видов упрочнения, обеспечивающих создание наплавленного металла со структурой естественного композита, за счет направленно расположенных твердых этектических фаз и пластичного матричного металла первичных дендритов, а также стабильности объемной доли, размера распределения и морфологии упрочняющих фаз

Установлено, что при ЭШН в секционном токоподводящем кристаллизаторе с полым неплавящимся электродом композиционной присадочной проволокой, содержащей двухслойную никель-алюминиевую оболочку и наполнитель из дискретных тугоплавких компонентов, под влиянием электро- и теплофизиче-ских процессов, протекающих в шлаковой ванне, формируется направленно кристаллизованный металл со струк!урой естественного композита, функцию прочного каркаса в котором выполняет эвтектическая фаза у'эв, карбиды С17С3 и Мо2С, а пластичной составляющей является совокупность двух фаз дендритов у'-№зА1 и у-фазы - твердого раствора алюминия в никеле

Выявлено, что в условиях термоциклирования высокая сгабильность структуры и свойств наплавленного ЭШН металла с матрицей на основе у-М^А! обеспечивается за счет образования в нем термодинамически устойчивых интерме-таллидов у' различного происхождения, а также построения гетерофазной структуры, обусловленной перераспределением легирующих элементов в объемах дендритов алюминида никеля с образованием в них областей концентрационной неоднородности при выделении микрочастиц интерметаллидов у'вт, к-фаз СгММоТЛ и монокарбидов тугоплавких металлов, имеющих стабильные размер, морфологию и распределение

Показано, что за счет рационального соотношения фаз в структуре наплавленного ЭШН металла с матрицей на основе алюминида никеля (объемн %

алюминиды никеля у' различного происхождения 50 70, к-фазы 15 20, у-фазы 5 7, карбиды - остальное) обеспечивается его повышенное сопротивление пластической деформации при температурах до 1100 °С по сравнению с известными типами жаропрочных наплавочных сплавов

Практическая ценность. Результаты научных исследований легли в основу разработки технологии электрошлаковой наплавки, состава и способа изготовления композиционной проволоки, обеспечивающих в наплавленном металле жаропрочный сплав на основе алюминида никеля у'-Ы1зА1 Как составная часть других технологических решений новая технология электрошлаковой наплавки композиционной проволокой внедрена в производство на ОАО "Волжский трубный завод" с экономическим эффектом 1,25 млн руб (доля автора 25 %) Разработки защищены тремя патентами Российской Федерации на изобретения

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях «Современные материалы и технологии - 2002» (Пенза 2002), «Сварка на рубеже веков» (Москва 2003), «МАТИ - Сварка XXI века» (Москва 2003), а также на VII и IV региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области, ежегодных внутривузовских (20022005 гг) ВолгГТУ и научных семинарах кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ВолгГТУ, г Волгоград

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 8 статей в периодических рецензируемых научно-технических журналах, 1 статья в международном информационно-техническом журнале, 2 статьи в сборниках научных трудов международных научно-технических конференциях, 6 тезисов докладов на всероссийских и региональных научно-практических конференциях, а также получено 3 патента РФ на изобретения

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения Работа содержит 148 страниц, 77 рисунков и 17 таблиц Список литературы содержит 139 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы цель и задачи исследований, показана научная новизна, практическая значимость полученных результатов и их реализация

В первой главе кратко рассмотрены современные типы наплавленного металла, применяемые для упрочнения металлургического инструмента, работающего в условиях ЦТСВ при темперагурах до 1100 °С Показано, что оправки прошивного стана имеют низкую технологическую надежность, которая определяется, преимущественно, сопротивлением металла носка оправки пластической деформации

Выполненным анализом применяемых для наплавки металлургического инструмента дорогостоящих промышленных материалов на основе никеля и кобальта, содержащих большое количество дорогостоящих Со, Мо, показа-

но, что они эффективны до 950 °С, что не обеспечивает достаточной стойкости оправок

Выявлено, что повышенными 1ермомеханическими свойствами при температурах свыше 1000 °С обладают сплавы на основе алюминида никеля N13AI

Проведенный анализ способов наплавки показал, что увеличить стойкость оправок можно с помощью электрошлаковой наплавки

Во второй главе приведены данные о свойствах применяемых в исследованиях материалов и представлены характеристики используемых приборов и оборудования Изложена методика получения экспериментальных образцов Описаны методы металлографических исследований структур и свойсгв наплавленного металла, а также представлена методика исследования высокотемпературной износостойкости наплавленного металла

Наплавку экспериментальных образцов производили электрошлаковым способом в секционном токоподводящем кристаллизаторе с полым графитовым электродом композиционной проволокой (рис 1) с использованием двухконтурной схемы питания шлаковой ванны постоянным током

Микроструктуру наплавленного металла исследовали на цифровом микроскопе OLIMPUS ВХ61 с увеличением хЮО 1000 Качественный фазовый состав металла определяли ренттеносгрук-турным анализом в медном излучении на дифрактометре ДРОН-ЗМ Химический состав и микроморфологию наплавленного металла изучали на растровом эмиссионном микроскопе JEOL-6700F при увеличении х Ю00 4000

Твердость наплавленного металла при повышенных до 1100 °С температурах определяли на снабженном электропечью приборе ТШ-2 твердосплавным бериллизованным шариком диамегром 5 мм при нагрузке 7,35 кН и выдержке 10 с

Для оценки сопротивляемости наплавленного металла термической усталости использовали принцип нагрева и последующего охлаждения образцов Hai рев образцов производили в электропечи до температуры 1100 °С в течение 20 мин, а охлаждение в паузах (1 мин) между циклами - водой до температуры -50 °С

Оценку сопротивления наплавленного металла пластической деформации производили по новой методике высокотемпературного склерометрирования

Рис 1 Схема элетрошлаковой наплавки в секционном кристаллизаторе 1 - полый графитовый электрод, 2 изолятор, Ч - наплавленный мс1а!ы, 4 - металлическая ваты 5 формующая секция, 6 - токоподводящая секция, 7, 8 - источники питания постоянного тока, 9 - шлаковая ванна, 10 - храфито-вая вставка, 11 - композиционным стержень, 12 - термопара, 13 - изделие

выполняемого в инертной среде при температурах 850 °С, 950 °С, 1050 °С, 1100 °С Показателем высокотемпературной износостойкости наллавленногр металла служило соотношение

где Vo = 0,5 a b 1 - объем (мм3) деформированного при движении алмазного индентора металла на участке 10 мм трека от индентора, a, b, I - глубина, ширина, длина трека (мм), К - коэффициент пропорциональности, К - 1,022 10"2 Нагрузка на индентор составляла 0,6 Н, при его движении относительно полированной поверхности испытуемого образца со скоростью 4 мм/с

В третьей главе разработан алгоритм расчета содержания компонентов композиционной проволоки для электрошлаковой наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni3AI Исследована структура и свойства наплавленного металла, полученного электрошлаковой и дуговой наплавкой Изучено влияние лазерного оплавления на структуру, твердость и показатель износостойкости

Композиционная проволока для наплавки сплава на основе алюминида никеля N13AI (рис 2) содержит двухслойную (биметаллическую) оболочку, внутренний слой которой выполнен из алюминиевой ленты, а наружный - из никелевой Технологические стыки оболочек расположены диаметрально один относительно другого Шихта композиционной проволоки содержит порошки AI, N1, Та, Zr, борида молибдена и графита серебристого, а также проволоки W, Mo и сварочную проволоку Х20Н80Т, которые расположены коакси-ально внутри композиционной проволоки

Расчет композиционной проволоки реализуется в два этапа в программе Microsoft Office Excel 2003 На первом этапе определяют состав композиционной проволоки в массовых процентах, который учитывает стехиометрическое соотношение между никелем и алюминием, обеспечивающее в наплавленном металле получение алюминида никеля N13AI На втором этапе определяют геометрические характеристики композиционной проволоки и масс, исходных для ее изготовления компонентов

Расчетный состав композиционной проволоки в массовых процентах определяли исходя из усредненного содержания компонентов в известном типе литейного сплава ВКНА (ФГУП "Всероссийский институт авиационных материалов", г Москва), с тем отличаем, что для увеличения сопротивления наплавленного металла деформации при высокотемпературном нагружении в композиционную проволоку дополнительно вводили металлические порошки тантала и циркония, в диапазоне 0,5 2,5 масс % каждого (табл 1) Одновременное варьирование количества циркония и тантала в сплавах обусловлено их

наплавленного металла

Рис 2 Сечение композиционной проволоки 1 - внешняя оболочка из никеля, 2 - внутренняя оболочка из ашоминия, 3 - металлические проволочные компоненты, 4 - шихта из металлических порошков

различным влиянием на фазовой состав наплавленного металла с матрицей на основе №зА1

С учетом требуемого химсостава, а также содержания никеля, алюминия в оболочке и шихте, необходимое стехиометрическое соотношение, обеспечивающее в наплавленном металле получение алюминида никеля N13А1, рассчитывают как

А1шт + А1о6о,

= 6,52

масс «/о1 "ат %"

= 3

масс ат %_

(2)

где

Nк,

А1,

АГ

-<

массы никеля и алюминия в шихте и в никелевом и алюминиевом слоях оболочки композиционной проволоки в массовых или атомных процентах

Стехиометрическое соотношение никеля и алюминия в композиционной проволоке определяли из решения системы, включающей выражения (3) и (4) для случая Хт = Та = О

ЗЧУ + ЗМо +(Ш+0Та+ (0,023С + 0,15151 + 0Д32Мп + 4,4Сг + 0,22Ре + 0,076Т1 + 0,044А1 + 0,112г + 0,00288 + 0,0038Р + 14Д4Ы1) + 0,035В + 0,577С + хА1 + уЫ1 = 100 , 14,14№ + х№

уА1

— 6,52

(3)

(4)

где элементы взяты в масс %, а выражение в скобках учитывает химический состав Нп-Х20Н80Т ГОСТ 10543

Результатом решения системы является необходимое количество никеля и алюминия в масс % для выполнения равенства (2) Аналогичным образом находят масс % никеля и алюминия в композиционной проволоке для всех составов проволок Расчетные составы композиционной проволоки в масс % представлены в табл 1

Таблица 1

№ сплава N1 А1 Мо Та 2г Сг В С

1 (базовый) 76,81 11,79 0 0

2 75,83 11,63 0,5 0,5

3 74,85 11,48 3,0 3,0 1,0 1,0 4,4 0,035 0,6

4 73,86 11,33 1,5 1,5

5 72 87 11,18 2,0 2,0

6 71,88 11,02 25 2,5

Примечание содержание примесей (81, Мп, Тц 8, Р) от введения Нп-Х20Н80Т не учитывали

Для расчета композиционной проволоки задают исходные данные массу композиционной проволоки - М, кг, диаметр композиционной проволоки - Б, мм, коэффициент заполнения композиционной проволоки - К, а также заданный химический состав наплавленного металла, масс %, размеры никелевой и алюминиевой (Ь - ширины, Ь - толщины) лент, мм

Расчет ведут по матемашческим зависимостям, исходя из площади ее поперечного сечения в обжатом состоянии Толщины слоев оболочки назначают в

пределах никелевого 0,4 2,0 мм, алюминиевого - 0,08 0,52 мм, конкретное значение коюрых зависит ог требуемого диаметра композиционной проволоки

Выбор размеров лент осуществляют по номограмме (рис 3), полученной расчетным путем с использованием персонального компыо-1ера, в следующей по-следова1ельноаи вначале задаются диаметром композиционной проволоки и определяют ширин) никелевой ленгы (Ь\,), далее на пересечении с выбранным диаметром и областью толщин определяю г толщину никелевой ленты (К,,) Выбор Ь^, возможен в границе данной области, так как изготовление композиционной проволоки менее О = 4 мм с Ь^, = 0,4 мм нецелесообразно, поскольку в этом случае предельно уменьшается коэффициент заполнения К, чхо щраничивае! возможность легирования металла Изгоювление композиционной проволоки (стержней) диаметром более 10 мм с = 2,0 мм ¡ехнологично только в условиях ремонтной наплавки Выбранное по номотрамме значение Ь^, округляют до ближаишей по ГОСТ юлщины в сортамеше В зависимоеш от выбранной на этом этапе определяют ширину алюминиевой ленты (ЬА|) в заданной граничной области Далее на пересечении с областью исходного диаметра композиционной проволоки определяют шлщину алюминиевой лешьт (ЬА|), которую также окрыляют до ближайшей стандартной шлщины

Исходя из коэффициента заполнения композиционной проволоки, а также ее диаметра, проверяется условие полного закрытия стыка слоев ее оболочки

г. , я- О

—, (5)

где К = 0,6 1 - коэффициеш заполнения композиционной проволоки (с уче-юм массы в ее шихте проволочных компонентов), Б - диаметр композиционной проволоки, мм, Ь - ширина никелевой или алюминиевой ленты, мм

В результате расчета получаем длину композиционной проволоки - Ь, м, массы никелевой и алюминиевой лент, кг, массы порошковых элементов, кг,

композиционных проволок (4 6 viví) и стерлсней (6 10 мм)

массы проволочных элементов, входящих в композиционную проволоку (кг), их диаметры и длину.

При металлографических исследованиях экспериментальных образцов наплавленного металла, полученных ЭШН в секционном кристаллизаторе с полым графитовым электродом, их структуру и свойства сравнивали с базовым вариантом состава металла, масс. %: 0,6 % С; I 1,79 % А1; 4,4 % Сг; 3 % №'; 3 % Мо; 0,035 % В, остальное-

Выявлено, что направленно кристаллизованный металл имеет сложное ге-герофазное ороение. В состоянии после наплавки структура наплавленного металла (рис. 4) состоит преимущественно из относительно крупных (линейный размер 10,. .40 мкм) первичных делдритов легированного ингерметаллида никеля К'и Л!. В них содержатся: неупорядоченный, также легированный хромом, вольфрамом, молибденом, танталом, титаном и железом 7-твердый раствор на основе никеля; дисперсные (0,2...0,5 мкм) вторичные у'„-фазы: интер-

металлиды СгТчПМо'Шг (к-фаза); тугоплавкие карбиды Та2С, \¥С, МсьС и небольшое количество неравновесных включений Р-М1А1-фазы, непрореагировавшей в результате перитектичс-ской реакции 1. + [3-№А1 «-»У-ЫЬА].

В меж дендритных пространствах расположены имеющие неправильную форму алюми-

эвтактика уЧ-у. карбиды

Га С. ЩС. 1>фаза. у'-фаза ниды /,„ эвтектаческо-1 о происхождения, в которых есть выделения к:-фазы (область 7 на рис. 5). Состоящая из карбидов Сг7Сэ и Мо2С карбидная эвтектика и Ук,-фаза (область в на рис. 5) равномерно распределены между первичными кристаллита-

Put- 4. Микроструктуры наплавленною металла: а общий характер (*100): б - дендрит и окружающие его фазы (х 1000).

первичные >•'' дендриты

yV-фаза и карбиды Сг,С„ Мо С

алюминид у'-- и к-фаза

Рис. з Распределение фаз в структуре наплавленного металла; мест» шгалнза химическою систапн металла в локальных микрообьемах обозначены I очками.

ми у'. Суммарное содержание фаз у'-М3А1 различного происхождения I! наплавленном металле составляет 75...КО объмн. %.

Установлено, что микротвердость составляющих структуру наплавленною металла фаз различна: так микротвердость первичных дендритов составляет 2800 МПа (рис. 5, область 1...4), а ее эвтектики 3000 МПа. Микротвердость

алюминида у\к эвтектического происхождения (рис 5, область 7) с к-фазой в

нем - 3200 МПа

НВ МПа

100 1,4

Рис 6 Влияние содержания тантала на высокотемпера1урную твердость НВ наплавленного ме>алла 1 — без Та и 2г, 2, 3, 4, 5, б - содержание тантала и циркония соответственно по 0,5, 1,0, 1 5, 2,0 и 2,5 масс %

что снижает стойкость металла к образованию трещин термической усталости

Электронным зондированием поверхности сплавов экспериментальных образцов в локальных (рис 7) участках сечений дендрит ов показано, что их состав характеризуется довольно большой химической микронеодно-родростью, что влияет на соотношение содержания никеля и алюминия, обусловливающее образование алюминида у' Это соотношение наиболее близко к стехиометрическому в областях первичных кристаллитов, расположенных непосредственно у пересыщенных никелем осевых объемов, а также в пространствах между ними, где сосредоточены выделения у'ет-фазы

Поверхностное (площадь 30*20 мкм2) электронное зондирование участков наплавленного металла (рис 8) показывает наиболее полную картину

При увеличении содержания в наплавленном металле тантала и циркония с 0,5 до 2,5 масс % каждого твердость наплавленного металла как при нормальной, так и при высоких температурах увеличивается (рис 6)

Это объясняется заметным повышением содержания упрочняющих фаз (до 40 обьемн %) в структуре сплава № 4 Несмотря на дендритное строение I етерофазного наплавленного металла, он обладает достаточной стойкостью к образованию трещин термической усталости Превышение исследованного диапазона содержания в наплавленном металле тантала и циркония приводит к возрастанию доли упрочняющих фаз в структуре, выделяющихся по границам зерен,

Области соотношений, близких к стехиометрическому (1) \и частичного образования (2) ¥'-N01 1

3 4 5

№ хим анализа

Рис 7 Изменение содержания элементов по сечению первичного дендрита - а; изменение соотношения содержаний (ат %) никеля и алюминия по сечению дендрита

-б

■Шш я

¡¡я яв

4 . 1. Г) \

ни ¡¡¡¡¡з

Рис. X. \IIIк[)!)структур:! [ШНфМШСГНП-к) участка нсрничшн и деи.фша [ и рцсмрелелетше . (еч нруюшнх игаекшн и нем - 2...У.

химической микронеолнородрости. Из рис. 8 видно, что в первичном дендрите наплавленного металла наиболее равномерно распределены алюминий, никель, хром и железо, переходящие н наплавленный металл в процессе наплавки. На участках между дендритамн распределение элементов меняется незначительно.

Установлено, что особенно активно и сплаве ликвируют никель, хром и углерод. Это свидетельствует о преимущественном выделении прослоек у- твердого раствора в осевых объемах дендритои и более активном карбидообразованим в удален ных 01 них о 5 л у с гях с гру кту ры наплавленного мегалла.

Исследованиями также выявлено, что в наплавленном металле имеются груднорастворимые при высоких температурах нптерметаллические соединения к-фаза (15... 18 об. %) размером 01 4 до £ мкм, которые равномерно и с высокой плотностью {расстояние .между частицами 10... 15 мкм) распределены как в первичных кристаллитах, так и в у'-фазе эвтек тического типа.

Очевидно, что повышенная жаропрочность наплавленною металла исследовании] о типа объясняется совокупным действием двух типов структурного упрочнения, что обусловливает образование так называемого "естественного композита". Первый тип упрочнения определяется наличием композиционной структуры длительно сохраняемой, стабильной и состоящей ич прочного каркаса у'^-фазы н карбидной эвтектики в сочетании с пластичной матрицей в виде легированного тугоплавкими элементами деидритообразного твердого раствора. представляющего собой эвтектику на основе у'+ у. Второй характеризуется наличием в сплаве достаточно большой объемной доли термодинамически устойчивых микрочастиц к-фазы Сг]ЧиМо*П/т, имеющих стабильный размер, морфологию н распределение.

Выявленное электронным зондированием содержание титана в наплавленном металле {рис. показывает, что незначительное его количество, вносимое пи хромовой проволокой (Х20П80Т) не ухудшает свойств наплавленного металла.

Металл, наплавленный ге.тисво-дуговым способом, также имеет крупное зерно и гетерогенную структуру (рис. 9). По его химический состав и содержание в нем упрочняющих фаз иные, чем фиксируемые при ЭШН. В нем меньше количество кар-Рне- у. Структура 11311.1:111- йидов №тект ического типа, нет вязкой у-фазы и

сн'ми V» 6 отсутствую : интермсталлиды М^А! и С гМпЧо 1 т/г.

что связано с более жестким термодеформационным циклом дуговой наплавки, в сравнении с плектрошлаковой, а также с повышенной долей железа в наплавленном металле за счет увеличенного проплавления стальной подложки. Твердость сплава в этом случае при нормальной температуре высока и составляет около 5000 МГ1а, а микротвердость его матрицы 7500... SOOO Mi la, что почти в два раза больше, чем у металла, полученного ЭШН. Увеличение твердости сплава объясняется повышенным содержанием железа, вольфрама, молибдена и тантала в его матрице. В условиях достаточно длительного термического цикла ЭШН обеспечивается качественная металлургическая обработка расплава, а при его кристаллизации из легированного твердого раствора y'-NbAl успевает выделяться к-фаза, что приводит к уменьшению твердости до 3000...3500 МПа и положительно сказывается на термической стойкости материала.

Исследованиями макро- и микроструктуры наплавленного металла (рис. 10) установлено, что в нем и в металле переходной зоны отсутствуют сварочные дефекты в виде горячих и холодных трещин, нет микропор и шлаковых включений. Условная линия сплавления между наплавленным металлом и металлом подложки близка к прямолинейной, что свидетельствует о небольшом давлении шлака на расплав металлической панны н дает возможность при небольшом проплавлепии получить полное рафинирование металла, увеличивая его износостойкость.

IlfHi . í н

Ш&ЖгПШРШФ:

Рис. 10. Структура переходной зоны наплавленного злек-трошлнковон (а) и дуговой наплавкой (íil сплава на основе алюмннида никеля NiiAI.

Переходная зона с переменным химическим составом после ЭШН имеет небольшую (80... 100 мкм) протяженность (рис. 10, а), а при ду-Iовой наплавке ее протяженность уменьшается в 3 раза (рис. !0, б). Основная фаза в структуре переход-

ной зоны - твердый раствор на основе никеля. Кроме того в зоне присутствует небольшое количество к-фазы Сг№МоТ]7т, около 30 объемн. % у'-фазы №3А1 и карбиды МсиС, \¥С. Та2С.

11ри максимальном содержании тантала и циркония (2.5 масс. %) в наплавленном металле (сплав № 6) в переходной зоне {рис. 10) пег строчечных выделений карбидов, интерметаллидов и других диффузионных и кристаллизационных прослоек, способных влиять па усталостную прочность наплавленного изделия.

Сравнительный анализ результатов испытаний жаропрочных типов наплавленного металла различных структурных классов (рис. П) показал, что полученный ЭШН сплав на основе алтоминида никеля N¡дАI обладает повышен-

ным сопротивлением пластической деформации в диапазоне температур 950 1100°С

Склерометрическими испытаниями наплавленных образцов установлено, что с возрастанием температуры испытаний показатель высокотемпературной износостойкое га наплавленного металла (Г) уменьшается, что связано с различной их структурой и свойствами, влияющими на сопротивление металла высокотемпературной пластической деформации (рис 12) Из рисунка 12 следует, что наилучшие результаты (/ > 98 при 1100 °С) показал металл с матрицей на основе сложнолегированного интерметаллида Ы13А1 Малый объем деформированного металла для сплава на основе №3А1 свидетельствует о его высоком сопротивлении деформации при рабочих температурах

850 900 950 1000 1050 Т,°С

Рис 11 Зависимость твердости наплавленного металла НВ от температуры испытаний Т

1 - Стеллит 160Х28К60В8Н, 2 - Хастеллой-С, 3 - 250Х22Н66М4Б2Ц, 4 - наплавленный ме-тдл на основе легированного алюмшшда никеля ЭДзА!

950 1000 1050 Т,°С

Рис 12 Зависимость показателя изио-юсюйкосги I от температуры склерометрических испытаний Т

1 - ЗОХЗВ9СФ, 2 - 280Х28М6Н2, 3 - 240Х25Н65М4Б2 Металл с матрицей на основе №зА1 после наплавки (4), после обработки лазером (5) В результате воздействия на поверхность образцов лазерным излучением структура наплавленных как ЭШН, так и дуговым процессом сплавов становится мелкодисперсной с размером зерен 0,8 1,0 мкм Карбидная эвтектика раздроблена и равномерно распределена в металле Результаты склерометричеких испытаний показывают (рис 12), что обработка поверхности наплавленного сплава на основе алюминида у'-М1зА1 лазерным излучением не влияет на его показатель высокотемпературной износостойкости

Результаты исследования жаростойкости свидетельствуют о превосходстве нового наплавочного сплава над известными инструментальными сталями, на поверхности которых после испытаний образуется произвольно отделяющийся слой окислов

Значительное увеличение относительной массы окислов на образце 4 связано с образованием имеющего высокую адгезию к металлу плотного и прочного слоя оксида хрома сложного состава, отделение которого требует приложения значительной нагрузки

Большая адгезия окисла по отношению к основному металлу позволяет сохранить оксид на поверхности инструмента, что предотвращает схватывание

деформируемого металла с рабочей поверхностью носка оправок, чем также достигается прирост стойкости оправок

В результате испытаний наплавленного металла на термическую усталость после провоцирующего термоциклирования из 100 циклов трещин не обнаружено ни в сплаве, ни в металле переходной зоны и непосредственно вблизи условной линии сплавления

Наибольшее количество теплосмен до образования трещин выдержали образцы металла под номерами 4 и 5 (200 и 280) Суммарное содержание Та и Ъс в указанных сплавах 1,5 2 масс % Вероятная причина хорошей термической стойкости наплавленного ЭШН металла заключается в довольно равномерном распределении по его объему вязкого неупорядоченного у-твердого раствора алюминия в никеле, релаксирующего термические напряжения

Свойства металла, наплавленного разработанной композиционной проволокой, представлены в табл 2

Таблица 2

Свойс! ва наплавленного металла

Плотность (р), г/cмJ 7,9

Температура плавления, °С 1420

Твердость (НВ), МПа при 25 °С 4500

Твердость (НВ), МПа при 1100 °С 395

Показатель I, при 1100 °С 1 98

Скорость окисления при 1100 "С (10 ч/20 ч), мг/ч см2 0,42/0,73

Исследованиями показано, что для наплавки изделий термостойкими сплавами на основе алюминида никеля М13А1 предпочтительны процессы ЭШН, которые в сравнении с дуговой наппавкой позволяют получить более качественный с повышенными свойствами ме!алл

В четвертой главе представлены результаты разработки технологии наплавки Показаны технологические особенности изготовления композиционной проволоки, обеспечивающей получение наплавленного металла на основе алюминида никеля у'-№зА1 Приведены результаты натурных испытаний наплавленных оправок

Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование нового типа наплавленного металла позволили разработать технологию изготовления композиционной проволоки Расчет содержания компонентов композиционной проволоки по предложенному алгоритму позволяет в широких пределах определять ее состав при изготовлении В процессе волочения заполненной проволочными и порошковыми компонентами композиционной проволоки коэффициент ее заполнения составлял 0,94 Состав композиционной проволоки в масс % представлен в табл 3 Как видно из табл 3 содержание дорогостоящих вольфрама и молибдена в композиционно^ проволоке, выполненной по разработанной технологии, меньше, что свидетельствует, несмотря на небольшое-количество тантала и циркония, об экономичности ее состава

Таблица 3

Состав проволок, масс. %._

Марка проволоки Л1 Мо W Сг Zr Та В С Ni Другие элементы

ПП-НВ-400 11,0 12,0 2,8 3,2 2,8 3,2 4,2 4,6 1,5 2,0 1,5 2,0 0,03 0,035 0,5 06 остальное Si 0,15, Ti 0,08, Мп 0,13, SO,003, Р 0,004

ЭП-567 - 14 16 3 4 14 16 <0,08 0J о я 3 н о о < Si 0,08, Mn 1 2, < Fe 4,0, SO,015, P 0,015

Результаты разработки композиционной проволоки и исследования свойств наплавленного металла позволили разработать технологическую схему ЭШН оправок (рис 13)

tka 1 о

Рис 13 Схема ЭШН носков оправок

1 - композиционная проволока, 2 - полый графитовый электрод со сферической полостью, 3 - токоподводящая секция, 4 - шлаковая ванна, 5 - датчик для кон-гроля уровня шлаковой ванны, 6 - графитовая вставка, 7 - датчик для контроля уровня металлической ванны, 8 - металлическая ванна, 9 - разъемные секции СК, 10 - формующие секции СК, 11 - наплавленный металл, 12 - носок оправки, 13- изоляюр

Процесс наплавки иллюстрирует циклограмма (рис 14) Как видно за небольшой отрезок времени, характеризующейся переходом от дугового к электрошлаковому процессу, напряжение на шлаке уменьшается обратно пропорционально току с токоподводящей секции Кратковременность этого процесса обусловлена достаточно высокой электропроводностью флюса АНФ-6 и использованием падающей характеристики источника питания, позволяющей стабилизировать процесс при небольших (до 200 250 А) токах

j А Рис 14 Циклограмма процесса ЭШН ¿о- носка оправки 1 - изменение тока с токоподводящей секции кристаллизатора 1ск и полого электрода IJ; U - напряжение на шлаковой ванне, а - дуговой процесс, б - нестабильный электрошлаковый процесс, в - начало вращения шлаковой ванны, г — подача проволоки в шлак, д - формирование наплавленного металла, е - охлаждение металла после наплавки

и, в зо

i«

Г " i

I 1л г ___________1 1

u„, 1 if

a 6 в Г Д

III

180

160

140

зо

60

90 120 150 180 210 240 т, с

Расчет содержания компонентов композиционной проволоки и способ ее изготовления внедрены на праюике в учебном процессе на кафедре Сварочного производства ВолгГТУ по дисциплине "Технология наплавки", а разработанная технология ЭШН рабочих носков оправок внедрена на ОАО "Волжский трубный завод" Экономический эффект 1,25 млн руб достигается за счет увеличения стойкости наплавленных оправок в 1,3 1,5 раза

Общие выводы

1 Установлено, что при ЭШН в секционном токоподводящем кристаллизаторе с полым неплавящимся электродом композиционной присадочной проволокой, содержащей двухслойную никель-алюминиевую оболочку и наполнитель из дискретных тугоплавких компонентов, под влиянием электро- и теплофизических процессов, протекающих в шлаковой ванне, формируется направленно кристаллизованный металл со структурой естественного композита, функцию прочного каркаса в котором выполняет эвтектическая фаза' у'т карбиды Сг7Ст и М02С, а пластичной составляющей в нем является совокупность двух фаз дендритов у-Ы^А! и у-фаз - твердого раствора алюминия в никеле

2 Выявлено, что в условиях термоциклирования высокая стабильность структуры и свойств наплавленного ЭШН металла с матрицей на основе у'-№3А1 обеспечивается за счет образования в нем термодинамически устойчивых интерметаллидов у' различного происхождения, а также построения гетерофаз-ной структуры, обусловленной перераспределением легирующих элементов в объемах дендритов алюминида никеля с образованием в них областей концентрационной неоднородности при выделении микрочастиц интерметаллидов у'вт, к-фаз и монокарбидов тугоплавких металлов, имеющих стабильный размер, морфоло1 ию и распределение

3 Показано, что за счет рационального соотношения фаз в структуре наплавленного ЭШН металла с матрицей на основе алюминида никеля (объемн % алюминиды никеля у' различного происхождения 50 70, к-фазы 15 20, у-фазы 5 7, карбиды - остальное) обеспечивается повышенное его сопротивление пластической деформации при температурах до 1100 °С по сравнению с известными типами жаропрочных наплавочных сплавов

4 На основании разработанного алгоритма и методики расчета состава композиционной проволоки выявлена зависимость соотношений никеля и алюминия в оболочке и шихте, обеспечивающие получение в наплавленном металле сплава с матрицей на основе алюминида никеля М1зА1

5 Использование нового способа ЭШН в секционном кристаллизаторе дает возможность применять композиционные наплавочные материалы, содержащие туго- и легкоплавкие компоненты, и достигнуть их равномерного плавления

6 Установлено, что введение в наплавленный металл Та и 2л увеличивает его высокотемпературную твердость в диапазоне температур 950 1100 °С Благодаря высокодисперсной микроструктуре и наличию пластичной составляющей у-твердого раствора алюминия в никеле увеличивается стойкость на-

плавленного металла к термической усталости под влиянием ЦТСВ Оптимальное содержание тантала и циркония составляет 1,5 2 масс % каждого

7 Наплавленный на оправки металл на основе алюминида никеля y'-Ni3AI характеризуется повышенными свойствами при температуре до 1100 °С в сравнении с известными типами наплавочных сплавов, что позволяет рекомендовать его для упрочнения рабочих частей инструмента, подверженного ЦТСВ в диапозоне температур 1000 1100°С

В Научные и практические результаты диссертационной работы реализованы в технологии ЭШН носков оправок, позволяющей увеличить срок их службы в 1,3 1,5 раза, которая внедрена с экономическим эффектом 1,25 млн руб в производство ОАО "Волжский трубный завод"

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в работах:

1 Ремонтная наплавка малогабаритных торцов деталей сборочной и сварочной оснастки / Г Н Соколов, И В Зорин, С Н Цурихин, В И Лысак // Сборка в машиностроении, приборостроении - № 7 - 2003 - С 30-32

2 Технология ЭШН оправок трубопрокатного агрегата / Г Н Соколов, И В Зорин, С Н Цурихин,В И Лысак//Сварщик -№ 1 -2004 -С 15.

3 Электрошлаковая наплавка термостойкого сплава на основе Ni3Al на сталь с целью упрочнения инструмента для горячего деформирования сталей / Г Н Соколов, И В Зорин, С Н Цурихин и др // Вопросы материаловедения - № 2 -2004 - С 87-98

4 Теплофизические особенности ЭШН жаропрочного сплава на основе Ni3Al /ИВ Зорин, Г Н Соколов, В И Лысак, С Н Цурихин // Физика и химия обработки материалов - № 4 - 2004 - С 79-84

5 Особенности процесса ЭШН композиционным стержнем в малогабаритном секционном кристаллизаторе / Г Н Соколов, И В Зорин, С Н Цурихин, В. И Лысак//Автоматическая сварка -№ 10 -2004 - С 26-31

6 Восстановление рабочих поверхностей деталей и инструмента сборочно-сварочной оснастки электрошлаковым способом композиционными жаропрочными материалами / Зорин И В , Соколов Г Н , Цурихин С Н и др // Сборка в машиностроении, приборостроении -№5 -2005.-С 17-20

7 Исследование высокотемпературных свойств наплавленного металла методом склерометрии / Е И Лебедев, Г Н Соколов, И. В Зорин, В И Лысак, С Н Цурихин // Упрочняющие технологии и покрытия - № 1 — 2006 — С 40-44

8 Порошковая проволока для наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni3Ai / С Н Цурихин, Г Н Соколов, И В Зорин и др // Сварочное производство -№ 1 -2006.-С 17-22

9 Структура и износостойкость наплавленного металла на основе алюминида никеля у'-№зА1, обработанного лазерным излучением / Г Н Соколов, С Н, Цурихин, В И Лысак, Е И Тескер // Упрочняющие технологии и покрытия -№ 6 -2006 -С 24-27

10 Соколов, Г H Структура и свойства наплавленного металла для работы в условиях циклического темп ературно-с и л о во го воздействия при температурах свыше 1 ООО "С / Г H Соколов, В И Лысак, И В Зорин, С H Цурихин // Сварка на рубеже веков Всерос науч -техн конф - Москва, МГТУ, 2003 -С 101 -103

11 Соколов, Г H Исследование электрофизических и тепловых процессов при электрошлаковой нанлавке в малогабаритном секционном кристаллизаторе / Г H Соколов, В И Лысак, И В Зорин, С H Цурихин // МАТИ -Сварка XXI века / Доклады Всероссийской научно-технической конференции -Москва, 2003 -С 81-83

12 Цурихин, С H Композиционная порошковая проволока для наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni3Al / С H Цурихин, Г H Соколов, В И Лысак // Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2004 сб научных трудов международной научно-технической конференции - Волгоград, 2004 -TII - С 250-251

13 Соколов, Г H Исследование структуры и термомеханических свойств композиционного сплава Ni3Al / Г H Соколов, А H Михеев, С H Цурихин // Прогрессивные технологии в обучении и производстве (Матер Всерос-сийск конф ) Камышин, филиал ВолгГТУ, 2002 - С 110-111

14 Зорин, И В Новый тип наплавленного металла для службы в условиях циклического температуно-силового воздействия при температуре до 1200 °С / И В Зорин, С H Цурихин, Г H Соколов // Тез докл VII регион конфер молодых исследователей Волгоградской обл / ВолгГТУ - Волгоград, 2003 -С 140-143

15 Цурихин, С H Композиционный присадочный стержень для ЭШН сплава на основе никелида алюминия / С H Цурихин, Г H Соколов, И В Зорин // Сварка и контроль - 2004 сб докл Всерос с междунар Участием науч техн конфер посвященной 150-летию со дня рождения Славянова H Г / Перм гос тех ун-т Пермь -2004 -Т1 - С 221-222

16 Цурихин, С H Композиционная порошковая проволока для наплавки жаропрочного сплава на основе алюминида никеля Ni3Al / С H Цурихин, Г H Соколов, В И Лысак // Тез докл IX регион конфер молодых исследователей Волгоградской обл ВолгГТУ - Волгоград, 2005 - С 115-117

17 Цурихин, С H Композиционная порошковая проволока для наплавки жаропрочно! о сплава на основе алюминида никеля / С H Цурихин, И В Зорин, Г H Соколов // Инновационные технологии в обучении и производстве Доклады Всероссийской научно-технической конференции - Камышин, 2005 - С 71-72

18 Пат 2232669 Российская Федерация, МПК 7 В 23 К 25/00, С 22 В 9/18 Способ электрошлаковой наплавки малог абаритных торцов / Соколов Г H, Зорин И В , Лысак В И , Цурихин С H , заявитель и патентообладатель Волгоградский гос техн ун-т - заявл 11 11 02 - опубл 20 07 04, Бюл № 20 - 7 с

19 Пат. 2254219 Российская Федерация, МПК 7 В 23 К 35/368 Порошковая проволока для наплавки / Соколов Г H, Цурихин С Н., Лысак В. И, Зорин И В , заявитель и патентообладатель Волгоградский гос техн ун-т - заявл 29 12 03 - опубл 20 06 05, Бюл № 17. - 7 с

20 Пат 2274536 Российская Федерация, МПК7 В23К 35/40 Способ изготовления композиционной порошковой проволоки для наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni3Al / Цурихин С H , Соколов Г H , Лысак В И, Зорин И В , заявитель и патентообладатель Волгоградский гос техн ун-т - заявл 28 06 2004 - опубл 20 04 06, Бюл № 11 . - 9 с

Личный вклад автора. В представленных работах, выполненных в соавторстве с другими исследователями, автором получены и проанализированы результаты исследований нового типа наплавленного метала на основе алюминида никеля [9, 13], разработаны технические решения по реализации способа ЭШН [18], расчета состава и изготовления композиционной проволоки [8, 12, 15, 16, 17, 19, 20], а также выполнены исследования процесса ЭШН с полым электродом [4, 5, 11] и определено влияние основных параметров процесса ЭШН на качество наплавленного металла [3, 4, 5, 6], разработаны технологические рекомендации по реализации ЭШН в СК [1, 2, 6], выполнены исследования горячей твердости и склерометрических испытаний наплавленного металла [7, 10, 14]

Подписано в печать УЗ. £>/ О У г Заказ № 6 99 Тираж /¿>¿7 экз Печ л.

1,0

Формат 60 х 84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная

Типография РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета

400131, г. Волгоград, ул Советская, 35

Введение.

1. Современные способы и материалы для наплавки носков оправок трубопрошивного стана.

1.1. Условия работы оправок прошивного стана и требования к наплавленному металлу.

1.2. Способы наплавки носка оправок трубопрошивного стана.

1.3. Современные наплавочные материалы для упрочнения инструмента, деформирующего нагретый до 950. 1100 °С металл.

1.4. Электродные материалы для дуговой и электрошлаковой наплавки.

Выводы к главе 1.

Цель и задачи исследований.

2. Методики исследований, материалы и оборудование.

2.1. Технологическое оборудование и материалы для изготовления композиционных проволок.

2.2. Методики электрошлаковой и дуговой наплавки.

2.3. Методики металлографических исследований наплавленного металла.

Выводы к главе 2.

3. Разработка композиционной проволоки и исследование свойств наплавленного маталла с матрицей на основе алюминида никеля.

3.1. Разработка композиционной проволоки для наплавки сплава с матрицей на основе №зА1.

3.1.1. Разработка конструкции композиционной проволоки.

3.1.2. Расчет состава композиционной проволоки.

3.2. Исследование структуры и технологических свойств наплавленного металла с матрицей на основе алюминида никеля.

3.2.1. Исследование структуры наплавленного металла, полученного ЭШН и дуговой наплавкой.

3.2.2. Исследование свойств переходной зоны между подложкой и наплавленным металлом.

3.2.3. Исследование технологических и эксплуатационных свойств наплавленного металла.

3.2.4. Влияние лазерного оплавления на свойства наплавленного металла с матрицей на основе Ni3Al.

Выводы к главе 3.

4. Разработка технологии эшн носков оправок трубопрошивного стана.

4.1. Разработка технологической схемы ЭШН.

4.2. Технология ЭШН носков оправок.

4.3. Технологические особенности изготовления композиционной проволоки с двухслойной Ni-Al оболочкой.

Выводы к главе 4.

Современный этап развития техники обусловливает повышение требования к быстроизнашивающемуся металлургическому инструменту, к которому относятся, в частности, оправки трубопрошивного стана. Циклическое температурно-силовое воздействие (ЦТСВ) на оправки приводит к быстрому износу наиболее нагруженной их части - носка. Кинетика износа оправки для деформирования нагретых до 1200 °С трубных заготовок зависит от многих факторов, из которых сопротивление металла носка оправки пластической деформации является определяющим. Применяемые в промышленности для наплавки оправок дорогостоящие никелевые суперсплавы типа "Хастеллой-С" эффективны лишь при температурах до 950 °С и не позволяют существенно повысить стойкость оправок.

Вопросам упрочнения наплавкой термо- и износостойкими сплавами инструмента горячего деформирования металла посвящены исследования многих известных ученых: И. И. Фрумина, JI. К. Лещинского, И. А. Рябцева, Орешкина В. Д., В. А. Короткова, Е. Н. Сафонова, Ф. Д. Кащенко, И. А. Кондратьева, а также A. Hickl, F. R. Nabarro, P. Murray, P. Crook, C. Evans и многих других. На основе выполненных с их участием фундаментальных исследований созданы и внедрены на многих предприятиях новые эффективные технологические процессы восстановления и упрочнения наплавкой различного металлургического инструмента и оборудования.

Благодаря выполненным в последние годы исследованиям Е. Н. Кабло-ва, В. П. Бунтушкина, К. Б. Поваровой, О. А. Скачкова, Б. А. Гринберг, М. А. Иванова, С. Т. Liu, Н. К. Kim, S. М. Codley, В. Н. Кеаг и других ученых получен методом литья новый тип конструкционных жаропрочных до 1200 °С сплавов на основе y'-Ni3Al.

В литературе прогнозируется эффективность применения для наплавки штампов горячего деформирования и металлургического инструмента сплаbob на основе интерметаллических соединений в условиях ЦТСВ. Вместе с тем на сегодняшний день еще не созданы материалы и технологические процессы наплавки сложнолегированных, содержащих туго- и легкоплавкие компоненты, сплавов на основе алюминида никеля у'-МзАЬ

Диссертационное исследование посвящено решению актуальных задач разработки нового наплавочного материала и технологии наплавки, обеспечивающих получение качественного наплавленного металла на основе у'-N13AI. Актуальность работы подтверждена выполнением ее части в рамках федеральной целевой научно-технической программы по направлению «Развитие научного потенциала высшей школы» и гранта А04-3.17-544 Федерального агентства по образованию РФ для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов.

Цель и задачи работы. Разработка и внедрение в промышленность нового наплавочного материала и технологии электрошлаковой наплавки термостойким сплавом на основе у'-№зА1, обеспечивающих повышение стойкости оправок трубопрошивного стана.

Для достижения поставленной цели, в работе решены следующие задачи:

1. Исследованы закономерности формирования структуры и свойства наплавленного металла на основе легированного алюминида никеля N13AI.

2. Разработан состав композиционной проволоки для наплавки термостойкого сплава на основе легированного алюминида никеля N13AI.

3. Разработана технология изготовления композиционной проволоки с двухслойной Ni-Al оболочкой и наполнителем из проволочных и порошковых компонентов.

4. Создана технология электрошлаковой наплавки оправок трубопрошивного стана композиционной проволокой.

Введение

Предмет исследования - технологии ЭШН носков оправок и изготовления композиционной проволоки, обеспечивающей термостойкий наплавленный металл с матрицей на основе легированного алюминида Ni3Al.

Объект исследования - сварочно-технологические свойства композиционной наплавочной проволоки, структура и свойства наплавленного металла на основе легированного алюминида Ni3Al.

Научная новизна работы. Новым научным положением работы является раскрытие механизма формирования в процессе электрошлаковой наплавки термически стабильной, гетерофазной композиционной структуры наплавленного металла на основе y'-Ni3Al и определении совокупного влияния па его свойства при температурах до 1100 °С двух выявленных видов упрочнения, обеспечивающих создание наплавленного металла со структурой естественного композита, за счет направленно расположенных твердых эвтектических фаз и пластичного матричного металла первичных дендритов, а также стабильности объемной доли, размера распределения и морфологии упрочняющих фаз.

Установлено, что при ЭШН в секционном токоподводящем кристаллизаторе с полым неплавящимся электродом композиционной присадочной проволокой, содержащей двухслойную никель-алюминиевую оболочку и наполнитель из дискретных тугоплавких компонентов, под влиянием электро- и теплофизических процессов, протекающих в шлаковой ванне, формируется направленно кристаллизованный металл со структурой естественного композита, функцию прочного каркаса в котором выполняет эвтектическая фаза у'эв, карбиды Сг7С3 и М02С, а пластичной составляющей является совокупность двух фаз: дендритов y'-Ni3Al и у-фазы - твердого раствора алюминия в никеле.

Выявлено, что в условиях термоциклирования высокая стабильность структуры и свойств наплавленного ЭШН металла с матрицей на основе у'-Ni3Al обеспечивается за счет образования в нем термодинамически устойчивых иптерметаллидов у' различного происхождения, а также построения ге6 терофазной структуры, обусловленной перераспределением легирующих элементов в объемах дендритов алюминида никеля с образованием в них областей концентрационной неоднородности при выделении микрочастиц ин-терметаллидов у'вт, к-фаз CrNiMoTiZr и монокарбидов тугоплавких металлов, имеющих стабильные размер, морфологию и распределение.

Показано, что за счет рационального соотношения фаз в структуре наплавленного ЭШН металла с матрицей на основе алюминида никеля (объемн. %: алюминиды никеля у' различного происхождения 50.70; к-фазы 15.20; у-фазы 5.7; карбиды - остальное) обеспечивается его повышенное сопротивление пластической деформации при температурах до 1100 °С по сравнению с известными типами жаропрочных наплавочных сплавов.

Достоверность результатов проведенных исследований, объекты и методы исследования. Основные задачи решались расчетными и экспериментальными методами, базирующимися как на стандартных, так и на вновь разработанных оригинальных методиках. Достоверность, полученных в работе результатов подтверждается воспроизводимостью всех основных положений другими исследователями и непротиворечивостью полученных результатов существующим научным положениям.

Практическая ценность. Результаты научных исследований легли в основу разработки технологии электрошлаковой наплавки, состава и способа изготовления композиционной проволоки, обеспечивающих в наплавленном металле жаропрочный сплав на основе алюминида никеля y'-Ni3Al. Как составная часть других технологических решений новая технология электрошлаковой наплавки композиционной проволокой внедрена в производство на ОАО "Волжский трубный завод" с экономическим эффектом 1,25 млн. руб. (доля автора 25 %). Разработки защищены тремя патентами Российской Федерации на изобретения.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 8 статей в периодических рецензируемых научно-технических журналах, 1 статья в международном информационно-техническом журнале, 2 статьи в сборниках научных трудов международных научно-технических конференциях, 6 тезисов докладов на всероссийских и региональных научно-практических конференциях, а также получено 3 патента РФ на изобретения.

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в работах:

1. Ремонтная наплавка малогабаритных торцов деталей сборочной и сварочной оснастки / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, В. И. Лысак // Сборка в машиностроении, приборостроении. - № 7. - 2003. - С. 30 - 32.

2. Технология ЭШН оправок трубопрокатного агрегата / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, В. И. Лысак // Сварщик. - № 1. - 2004. - С. 15.

3. Электрошлаковая наплавка термостойкого сплава на основе Ni3Al на сталь с целью упрочнения инструмента для горячего деформирования сталей / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин и др. // Вопросы материаловедения.-№2.-2004.-С. 87-98.

4. Теплофизические особенности ЭШН жаропрочного сплава на основе Ni3Al / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак, С. Н. Цурихин // Физика и химия обработки материалов. - № 4. - 2004. - С. 79 - 84.

5. Особенности процесса ЭШН композиционным стержнем в малогабаритном секционном кристаллизаторе / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, В. И. Лысак // Автоматическая сварка. - № 10. - 2004. - С. 26 - 31.

6. Восстановление рабочих поверхностей деталей и инструмента сбо-рочно-сварочной оснастки электрошлаковым способом композиционными жаропрочными материалами / Зорин И. В., Соколов Г. Н., Цурихин С. Н. и др. // Сборка в машиностроении, приборостроении. - № 5. - 2005. - С. 17 -20.

7. Исследование высокотемпературных свойств наплавленного металла методом склерометрии / Е. И. Лебедев, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, В. И. Лысак, С. Н. Цурихин // Упрочняющие технологии и покрытия. - № 1. - 2006. -С. 40-44.

8. Порошковая проволока для наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni3AI / С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин и др. // Сварочное производство. - № 1. - 2006. - С. 17 - 22.

9. Структура и износостойкость наплавленного металла на основе алюминида никеля y'-Ni3Al, обработанного лазерным излучением / Г. Н. Соколов, С. Н., Цурихин, В. И. Лысак, Е. И. Тескер // Упрочняющие технологии и покрытия. - № 6. - 2006. - С. 24 - 27.

10. Соколов, Г. Н. Структура и свойства наплавленного металла для работы в условиях циклического температурно-силового воздействия при температурах свыше 1000 °С / Г. Н. Соколов, В. И. Лысак, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин // Сварка на рубеже веков: Всерос. науч.-техн. конф. - Москва, МГТУ, 2003.-С. 101 -103.

11. Соколов, Г. Н. Исследование электрофизических и тепловых процессов при электрошлаковой наплавке в малогабаритном секционном кристаллизаторе / Г.Н. Соколов, В. И. Лысак, И. В. Зорин, С.Н. Цурихин // МАТИ - Сварка XXI века / Доклады Всероссийской научно-технической конференции. - Москва, 2003. - С. 81 - 83.

12. Цурихин, С. Н. Композиционная порошковая проволока для наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni3AI / С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2004: сб. научных трудов международной научно-технической конференции. - Волгоград, 2004. - Т.П. - С. 250 - 251.

13. Соколов, Г. Н. Исследование структуры и термомеханических свойств композиционного сплава Ni3Al / Г. Н. Соколов, А. Н. Михеев, С. Н. Цурихин // Прогрессивные технологии в обучении и производстве (Матер. Всероссийск. конф.) Камышин, филиал ВолгГТУ, 2002. - С. 110-111.

14. Зорин, И. В. Новый тип наплавленного металла для службы в условиях циклического температуно-силового воздействия при температуре до 1200 °С / И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов // Тез. докл. VII регион. конфер. молодых исследователей Волгоградской обл. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2003.-С. 140- 143.

15. Цурихин, С. Н. Композиционный присадочный стержень для ЭШН сплава на основе никелида алюминия / С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин // Сварка и контроль. - 2004: сб. докл. Всерос. с междунар. Участием науч. техн. конфер. посвященной 150-летию со дня рождения Славяно-ва Н. Г. / Перм. гос. тех. ун-т. Пермь. - 2004. - Т1. - С. 221 - 222.

16. Цурихин, С.Н. Композиционная порошковая проволока для наплавки жаропрочного сплава на основе алюминида никеля N13AI / С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Тез. докл. IX регион, конфер. молодых исследователей Волгоградской обл. ВолгГТУ. - Волгоград, 2005. - С. 115 -117.

17. Цурихин, С. Н. Композиционная порошковая проволока для наплавки жаропрочного сплава на основе алюминида никеля / С.Н. Цурихин, И. В. Зорин, Г. Н. Соколов // Инновационные технологии в обучении и производстве. Доклады Всероссийской научно-технической конференции - Камышин, 2005.-С. 71-72.

18. Пат. 2232669 Российская Федерация, МПК 7 В 23 К 25/00, С 22 В 9/18. Способ электрошлаковой наплавки малогабаритных торцов / Соколов Г. Н., Зорин И. В., Лысак В. И., Цурихин С. Н.; заявитель и патентообладатель Волгоградский гос. техн. ун-т. - заявл. 11.11.02. - опубл. 20.07.04, Бюл. № 20. -7 с.

19. Пат. 2254219 Российская Федерация, МПК 7 В 23 К 35/368. Порошковая проволока для наплавки / Соколов Г. Н., Цурихин С. Н., Лысак В. И., Зорин И. В.; заявитель и патентообладатель Волгоградский гос. техн. ун-т. - заявл. 29.12.03. - опубл. 20.06.05, Бюл. № 17. - 7 с.

20. Пат. 2274536 Российская Федерация, МПК7 В23К 35/40. Способ изготовления композиционной порошковой проволоки для наплавки сплава на основе алюминида никеля N13AI / Цурихин С. Н., Соколов Г. Н., Лысак

В. И., Зорин И. В.; заявитель и патентообладатель Волгоградский гос. техн. ун-т. - заявл. 28.06.2004. - опубл. 20.04.06, Бюл. № 11 . - 9 с.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: «Современные материалы и технологии - 2002» (Пенза 2002), «Сварка на рубеже веков» (Москва 2003), «МАТИ - Сварка XXI века» (Москва 2003), а также на VII и IV региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области, ежегодных внутривузов-ских (2002-2005 гг.) ВолгГТУ и научных семинарах кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ВолгГТУ, г. Волгоград.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа содержит 148 страниц, 77 рисунков и 17 таблиц. Список литературы содержит 139 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что при ЭШН в секционном токоподводящем кристаллизаторе с полым неплавящимся электродом композиционной присадочной проволокой, содержащей двухслойную никель-алюминиевую оболочку и наполнитель из дискретных тугоплавких компонентов, под влиянием электро- и теплофизических процессов, протекающих в шлаковой ванне, формируется направленно кристаллизованный металл со структурой естественного композита, функцию прочного каркаса в котором выполняет эвтектическая фаза: у'вт, карбиды Сг7Сз и М02С, а пластичной составляющей в нем является совокупность двух фаз: дендритов y'-Ni3Al и у-фаз - твердого раствора алюминия в никеле.

2. Выявлено, что в условиях термоциклирования высокая стабильность структуры и свойств наплавленного ЭШН металла с матрицей на основе у'-Ni3Al обеспечивается за счет образования в нем термодинамически устойчивых интерметаллидов у' различного происхождения, а также построения ге-терофазной структуры, обусловленной перераспределением легирующих элементов в объемах дендритов алюминида никеля с образованием в них областей концентрационной неоднородности при выделении микрочастиц интерметаллидов у'вт, к-фаз и монокарбидов тугоплавких металлов, имеющих стабильный размер, морфологию и распределение.

3. Показано, что за счет рационального соотношения фаз в структуре наплавленного ЭШН металла с матрицей на основе алюминида никеля (объ-емн. %: алюминиды никеля у' различного происхождения 50.70; к-фазы 15.20; у-фазы 5.7; карбиды - остальное) обеспечивается повышенное его сопротивление пластической деформации при температурах до 1100 °С по сравнению с известными типами жаропрочных наплавочных сплавов.

4. На основании разработанного алгоритма и методики расчета состава композиционной проволоки выявлена зависимость соотношений никеля и алюминия в оболочке и шихте, обеспечивающие получение в наплавленном металле сплава с матрицей на основе алюминида никеля №зА1.

5. Использование нового способа ЭШН в секционном кристаллизаторе дает возможность применять композиционные наплавочные материалы, содержащие туго- и легкоплавкие компоненты, и достигнуть их равномерного плавления.

6. Установлено, что введение в наплавленный металл Та и Zr увеличивает его высокотемпературную твердость в диапазоне температур 950. 1100 °С. Благодаря высокодисперсной микроструктуре и наличию пластичной составляющей у-твердого раствора алюминия в никеле увеличивается стойкость наплавленного металла к термической усталости под влиянием ЦТСВ. Оптимальное содержание тантала и циркония составляет 1,5.2 масс. % каждого.

7. Наплавленный на оправки металл на основе алюминида никеля у'-№зА1 характеризуется повышенными свойствами при температуре до 1100 °С в сравнении с известными типами наплавочных сплавов, что позволяет рекомендовать его для упрочнения рабочих частей инструмента, подверженного ЦТСВ в диапозоне температур 1000. 1100 °С.

8. Научные и практические результаты диссертационной работы реализованы в технологии ЭШН носков оправок, позволяющей увеличить срок их службы в 1,3. 1,5 раза, которая внедрена с экономическим эффектом 1,25 млн. руб. в производство ОАО "Волжский трубный завод".

1. А. с. 1292358. Сплав на основе никеля / А. Ф. Гочаров, В. X. Кнопов, В. Т. Ланынин (СССР); опубл. 1984.

2. А. с. 1389147, МКИ 3 В 23 К 35/368. Порошковая проволока длянаплавки / Г. Н. Соколов, С. В. Товкес (СССР). № 3971084 /31— 27; заявл. 29.10.85; опубл. 20.12.02; Бюл. № 24.-4 с.

3. А. с. 1722756, МКИ 3 В 23 К 35/40. Способ изготовления порошковой проволоки для сварки и наплавки / Г. Н. Соколов, Б. В. Маркин, Н. 10. Тарасова (СССР). № 4784748/27; заявл. 23.01.90; опубл. 30.03.92; Бюл. № 12.-4 с.

4. А. с. СССР № 1499956. Сплав на основе никеля / Качанов Е. Б.,

5. Чубаров В. М., Портной К. И. и др. (СССР); опубл. 1986.

6. А. с. СССР № 1570325. Сплав на основе никеля / Ефимов А. Н.,

7. Бунтушкин В. П., Ефимов В. Е. и др. (СССР); опубл. 1988.

8. А. с. СССР № 1750259. Дисперсно-упрочненный порошковыйсплав на основе никеля / Борзов А. Б., Боровиков С. Н., Гинжул А. В. и др. (СССР); опубл. 1990.

9. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1976. - 280 с.

10. Банных О. А., Лякишев Н. П., Поварова К. Б. Принципы созданияновых материалов на основе алюминидов для работ при высоких температурах // Перспективные материалы. 1995. - № 3. - С. 69-80.

11. Бармин, Л. Н. Разработка износостойких наплавочных материалови процессов их наплавки / Л. Н. Бармин, В. П. Гусев // Довременные способы наплавки и их применение: Сб. науч. тр., Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1982. С. 40 - 47.

12. Список использованной литературы

13. Блочно-модульная установка для испытаний наплавленного металла / И. И. Рябцев, Я. П. Черняк, В. В. Осин // Сварщик. 2004. -№ 1.-С. 18-19.

14. Бунтушкин, В. П. Механические и эксплуатационные свойства литейного жаропрочного сплава на основе интерметаллида N13AI /

15. B. П. Бунтушкин, Е. Н. Каблов, О. А. Базылева // Металлы. -1995. -№3.- С. 70 -73.

16. Быстров В. А. Исследование свойств композиционных сплавов,наплавленных ЭШН / В. А. Быстров, А. В. Быстров // Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавочные материалы: Сб. науч. тр., Киев: ИЭС им Е.О. Патона. 1978. - С. 98 - 104

17. Вайнерман, А. Е. Плазменная наплавка металлов /А. Е. Вайнерман, М. X. Шоршоров, В. Д. Веселков, В. С. Новосадов. М.: Машиностроение, 1969,- 192 с.

18. Верин, А. С. Интерметаллид Ni3Al как основа жаропрочного сплава /А. С. Верин // МиТОМ. 1997. - № 5. - С. 26 - 28.

19. Верин, А. С. Некоторые особенности структуры и анизотропии вмонокристаллах Ni3Al / А. С. Верин // МиТОМ. 1994. - № 2. 1. C. 25-27.

20. Влияние легирования и структуры отливок на жаропрочность интерметаллида Ni3Al при высокой температуре / В. П. Бунтушкин, М. Б. Бронфин, О. А. Базылева, О. Б. Тимофеева // Металлы. -2004,-№2.-С. 107-110.

21. Влияние легирования на параметры самодиффузии никеля в интерметаллиде Ni3Al / С. 3. Бокштейн, И. Т. Ганчо, Е. Б. Чабина, Д. 10. Школьников//Металлы.-1994.-№ 1.-С. 130-134

22. Влияние степени дальнего порядка на механические свойства легированного бором интерметаллида Ni3Al / А. В. Корзиков, С. Р. Идрисова, И. 10. Пышминцев и др. // Металлы. 2000. - № 2. -С. 83-86.

23. Влияние структуры на механические свойства легированного интерметаллида Ni3Al / В. П. Бунтушкин, О. А. Базылева, Е. Н. Каблов и др. // Металлы. 1995. - № 3. - С. 33-41.

24. Влияние структуры на механические свойства легированного интерметаллида Ni3Al / В. П. Бунтушкин, О. А. Базылева, К. Б. По-варова и др. // Металлы. 1995. - № 3. - С. 74 - 80.

25. Выделение у'-фазы в никелевом сплаве в условиях статическогобарометрического воздействия / А. Г. Падалко, С. П. Авдюхин, А. Н. Веселов и др. // Металлы. 2006. - № 1. - С. 80 - 88.

26. Высокотемпературное рентгеновское исследование монокристаллов <001 > жаропрочного сплава на основе интерметаллида Ni3Al / Н. Н. Степанова, В. А. Сазонова, Д. П. Родионов и др. // Физика металлов и металловедение. 1997 (95). -№ 6. - С. 74 - 81.

27. Геллер, 10. А. Инструментальные стали. 5-е изд. перераб. и доп.

28. М.: Металлургия, 1983, 528 с.

29. Гладкий, П. В. Наплавочные сплавы на основе никеля и кобальта /

30. П. В. Гладкий // Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавленный металл: Сб. науч. тр., Киев: ИЭС им. Е.О.Патона, 1977. С. 119 - 130.

31. Григорьянц, А. Г. Основы лазерной обработки материалов / А. Г.

32. Григорьянц. М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

33. Гринберг, Б. А. Интерметаллиды Ni3Al и Ni3Ti. Микроструктура,деформационное поведение / Б. А. Гринберг, М. А. Иванов. -Екатеринбург: УрОРАН, 2002. 358 с.

34. Список использованной литературы

35. Гринберг, Б. А. Новые методы упрочнения упорядоченных сплавов/ Б. А. Гринберг, В. М. Сюткина. М.: Металлургия. 1985, С. 136- 167.

36. Деградация и восстановление у'-фазы в жаропрочных никелевыхсплавах / Г. И. Морозова, JI. П. Сорокина, Н. X. Богина // Металловедение и термическая обработка металлов. 1995. - № 4. - С. 29-32.

37. Диаграммы состояния металлических систем. Под ред. A. JI. Петровой. М.: ВИНИТИ, 1988. - С. 37 - 38.

38. Ершов, Г. С. Физико-химические основы рационального легирования сталей и сплавов / Г. С. Ершов, 10. В. Бычков. М.: Металлургия,- 1982.-360 с.

39. Жаростойкие сплавы для наплавки клапанов легковых автомобилей / В. К. Каленский, П. В. Гладкий, И. И. Фрумин // Автоматическая сварка. 1963. -№ 8 - С. 12 - 18.

40. Иванов, А. И. Универсальная установка для испытаний на термомеханическую усталость / А. И. Иванов, Ю. М. Береснев // В сб.: Порошковая металлургия. Вып. 1. Куйбыешв. КуАИ, 1974.

41. Интерметаллиды новый класс легких жаропрочных и жаростойких материалов / О. А. Банных, К. Б. Поварова // Технология легких сплавов. 1992. - № 5. - С. 26-32

42. Использование микроЭВМ для расчета структурных составляющих полиметаллических проволок / О. А. Александров, В. О. Костенко, С. В. Масловец и др. // Сварочное производство. -1986.-№ 12.-С. 7-8.

43. Список использованной литературы

44. Исследование высокотемпературных свойств наплавленного металла методом склерометрии / Е. И. Лебедев, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, В. И. Лысак, С. Н. Цурихин // Упрочняющие технологии и покрытия. № 1. - 2006. - С. 40 - 44.

45. Исследование свариваемости никелевых суперсплавов и разработка технологии ремонта лопаток газовых турбин / К. А. Ющенко, В. С. Савченко, Л. В. Червякова, С. Девид, Дж. Витек // Автоматическая сварка. № 6. - 2005. - С. 3 - 6.

46. Исследование эволюции структуры нанокристаллического Ni3Al впроцессе термической обработки / А. В. Корзников, С. Р. Идри-сова // Металлы. 1999. - № 3. - С. 75 - 78.

47. К вопросу выбора конструкции сечения порошковой проволоки /

48. И. С. Иоффе, В. И. Зеленова // Сварочное производство. 1986. -№ 12.-С.2-3.

49. Коваленко, В. С. Упрочнение деталей лучом лазера / В. С. Коваленко, Л. Ф. Головко, Г. В. Меркулов и др. Киев: Техника, 1981. - 132 с.

50. Композиционные полиметаллические электродные материалы всварочном производстве / Е. В. Гавров // Сварочное производство,-1986.-№2.-С. 30-31.

51. Корнилов, И. И. Влияние хрома, молибдена и вольфрама на упрочнение никеля при высоких температурах / И. И. Корнилов, И. Г. Домотенко // Исследования по жаропрочным сплавам: Сб. науч. тр. Т. 5, АН СССР, М.: Наука, 1959. С. 3 - 8.

52. Корнилов, И. И. Металлохимические свойства элементов периодической системы / И. И. Корнилов, Н. М. Матвеев, А. И. Пряхина, Р. С. Полякова. М.: Наука, 1966. - 352 с.

53. Кречмар, Э. Методы испытаний наплавленного металла / Э. Кречмар // Теоретические и технологические основы наплавки. Свойства и испытания наплавленного металла: Сб. науч. тр., Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1979. С. 3 - 22.

54. Ламзин, А. Г. Метод испытания материалов, работающих притрении в условиях циклических теплосмен / А. Г. Ламзин // Трение и изнашивание при высоких температурах: Сб. науч. тр. М.: Наука, 1973.-С. 15-16.

55. Лариков, Л. Н. Диффузия в металлах и сплавах. Справочник. АН

56. УССР. Ин-т металлофизики, 1987. 509 с.

57. Лейначук, Е. И. Электродуговая наплавка деталей при абразивноми гидроабразивном износе. Киев: Наук. Думка, 1985. - 160 с.

58. Лякишев, И. П. Конструкционные и некоторые функциональныематериалы. Настоящее и бедующее / И. П. Лякишев // Сварка и родственные технологии в XXI век: Сб. тр. международ, конф. // НАИ Украины Ин-т электросварки им. Е. О. Патона. - Киев, 1998.-294 с.

59. Малолегированные легкие жаропрочные высокотемпературныематериалы на основе интерметаллида №зА1 / Е. Н. Каблов, В. П. Бунтушкин, К. Б. Поварова и др. // Металлы. 1999. - № 1. - С. 58-65.

60. Меськин, В. С. Основы легирования стали. Изд. 2-е, перераб. Идоп. М.: Металлургия, 1964. - 684 с.

61. Механические свойства жаропрочного сплава ЖС32 при1150. 1250 °С / Ю. Г. Быков, Т. П. Захарова, Е. В. Монастырская И др. // Металловедение и термическая обработка металлов. -2006.-№ 1.-С. 38-40.

62. Микроструктура и свойства наплавленных лазером поверхностныхслоев / Е. И. Тескер, В. А. Гурьев, С. Е. Тескер // Физика и химия обработки материалов. 2004. - № 1. - С. 38 - 42.

63. Список использованной литературы

64. Миркин, JI. И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961. - 803 с.

65. Мискин, В. А. Промышленные испытания штампованных оправокпрошивного стана / В. А. Мискин // Современная технология производства трубопрокатного и трубоволочильного инструмента: Сб. науч. тр., 1974. № 3. - С. 55 - 56.

66. Морфологические изменения карбидных фаз в никелевом металлепри баротермическом воздействии / А. Г. Падалко, А. Н. Авдю-хин, С. П. Веселов и др. // Металлы. -2004. -№ 3. С. 117 - 122.

67. Наплавочные материалы стран членов СЭВ; под ред. И. И. Фрумина. Киев Москва, 1979. - 620 с.

68. Нейтроноструктурный анализ положений легирующих атомов винтерметаллидах на основе Ni3Al / В. И. Гоманьков, С. М. Третьякова, JI. Е. Фыкин, В. А. Чевычелов // Металлы. 2001. - № 4. -С. 92 - 96.

69. Никитин, В. И. Расчет жаростойкости металлов / В. И. Никитин.

70. М.: Металлургия, 1976. 207 с.

71. Новые термостойкие композиционные материалы для наплавки напрессовый инструмент / Г. Н. Соколов // Вопросы материаловедения. 2004. - № 4. - С. 51 - 59.

72. Обработка поверхности металлических материалов лазерным излучением /B.C. Крапошин // Поверхность. Физика, химия, механика. 1982.-№ 3.-С. 1 - 12.

73. Образование твердых растворов Ni(Al, Mo) методом механического легирования и их упорядочения при нагреве / В. К. Портной, А. М. Блинов, И. А. Томилин, Т. Кулик // Металлы. 2002. - № 4. -С. 105- 109.

74. Окисляемость некоторых литых и спеченных сплавов на основеинтерметаллидов TiAl, NiAl и Ni3Al / С. М. Баринов, 3. И. Кор132нилова, Ю. Л. Красулин и др. // Порошковая металлургия. 1987. -№ 12.-С. 61-65.

75. Особенности изготовления и расчета состава полиметаллическойпроволоки / Е. В. Гавров, О.Г. Быковский, С. JT. Шолохов // Цветные металлы. 1987. - № 5. - С. 62 - 64.

76. Особенности легирования металла шва при наплавке алюминиевых бронз двумя разнородными проволоками в защитных газах / Г. Г. Псарас, И. П. Серебряник // Сварочное производство. -1975.-№ 1.-С. 20-21.

77. Особенности плавления проволочных электродов при электрошлаковой наплавке / Н. В. Королев, А. Г. Платонов, Д. В. Мухин // Сварочное производство. 1992. - №3. - с. 26 - 28.

78. Особенности процесса ЭШН композиционным стержнем в малогабаритном секционном кристаллизаторе / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, В. И. Лысак // Автоматическая сварка. -№ 10.-2004.-С. 26-31.

79. Панченко, Е. В. Лаборатория металлографии / Е. В. Панченко, 10.

80. А. Скаков. М.: Металлургия, 1965. - 440 с.

81. Подгаецкий, В. В. Сварочные шлаки. Справочное пособие / В. В.

82. Подгаецкий, В. Г. Кузьменко. Киев: Наук, думка, 1988. - 256 с.

83. Патент Германии № 195234006, В 23 К 35/40. Способ изготовления фитильной электродной проволоки для дуговой сварки и изготовления таким способом проволоки / заявл. 28.06.1995, опубл. 02.01.1997.

84. Патент Германии № 9532314. Сплавы на основе интерметаллического соединения никеля и алюминия / Саутов Г., Зуммер Б. 1994. Изобретения стран мира. вып. 048. 1996. -№ 10

85. Патент РФ № 2145175, МКИ6 В 23 К 35/18. Композиционный порошковый электрод / Соколов Г.Н., Вариводский АЛО., заявл. 14.05.2000, опубл. 10.09.2001.

86. Патент США № 9527803. Модифицированный сплав никеля, хрома, железа и алюминия / Холл Б. Ф., Валикео С. Д. 1994. Изобретения стран мира. вып. 048, 1996, - № 9

87. Патент Япония № 02255053, В 23 К 35/02, В 23 К 35/30. Порошковая проволока / заявл. 18.07.2002, опубл. 22.01.2003.

88. Пацекин, В. П. Производство порошковой проволоки / В. П. Пацекин, К. 3. Рахимов. М.: Металлургия, 1979. - 80 с.

89. Список использованной литературы

90. Перспективные жаростойкие и жаропрочные сплавы на основе интерметаллидов NiAl и Ni3Al / О. А. Скачков // Сталь. 2002. - № 2.-С. 74-77.

91. Перспективы применения лазерных технологий для повышенияэксплуатационных свойств деталей машин и оборудования / Е. И. Тескер, В. А. Гурьев, С. Е. Тескер, Е. Н. Кондратьев // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. - № 1. - С. 35 - 38,

92. Петров, Г. JI. Сварочные материалы / Г. JI. Петров. JL: Машиностроение, 1972. 280 с.

93. Поиск обратной связи между технологическими параметрами направленной кристаллизации и структурой монокристаллов Ni3Al / А. С. Верин // Металловедение и термическая обработка металлов.-1994,-№ 11.-С. 26-30.

94. Порошковая проволока для наплавки сплава на основе алюминиданикеля Ni3Al / С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин и др. // Сварочное производство. № 1. - 2006. - С. 17 - 22.

95. Потапов, Н. Н. Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие В 2т. Под ред. общ. Н. Н. Потапова. М.: Машиностроение, 1989. - Т2: Сварочные проволоки и электроды, 1993.-763 с.

96. Походня, И. К. Металлургия сварки, состояние и проблемы / Походня И. К. // Сварка и родственные технологии в XXI век: Сб. науч. тр. междунар. науч. техн. конф., Киев: ИЭС им. Е. О. Пато-на, 1998.-С. 227-245.

97. Походня, И. К. Производство порошковой проволоки / И. К. Походня, В. Ф. Альтер, В. Н. Шлепаков. Киев: Высшая школа, 1980.-230 с.

98. Походня, И. К. Сварка порошковой проволокой / И. К. Походня, А.

99. М. Суптель, В. Н. Шлепаков. Киев: Наукова думка, 1972. - 223 с.

100. Список использованной литературы

101. Пацекин, В. П. Производство порошковой проволоки / В. П. Пацекин, К. 3. Рахимов. М.: Металлургия, 1979. - 80 с.

102. Прогнозирование влияния структурных факторов на механическиесвойства жаропрочных сплавов / А. В. Логунов, Н. В. Петрушин, Н. М. Должанский, Е. А. Кулешова // МиТОМ. 1981. - № 6. - С. 16.

103. Прошивка заготовок с применением водоохлаждаемых оправок /

104. М. М. Кауфман // Сталь. 1958. - № 2. - С. 25 - 27.

105. Пряхин, А. В. Новые сплавы для наплавки штампов горячей штамповки / А. В. Пряхин, М. И. Разиков // Сб. научн. тр. Челябинского политехнического института. № 82. Челябинск, 1969. - С. 137- 139.

106. Ремонтная наплавка малогабаритных торцов деталей сборочной исварочной оснастки / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, В. И. Лысак // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 7.-2003.-С. 30-32.

107. Ростовая структура монокристаллов Ni3Al, легированных третьимэлементом / Ю. Н. Акшенцев, Н. Н. Степанова, В. А. Сазонова, Д. П. Родионов // Физика металлов и металловедение. 1997. -№ 3. -С. 71-78.

108. Рябцев, И. А. Механизированная электродуговая наплавка деталейметаллургического оборудования / И. А. Рябцев, И. А. Кондратьев. Киев: Экотехнология, 1999. - 62 с.

109. Рябцев, И. А. Свойства сплавов на основе Fe, Ni, Со, наплавленных лазерно-порошковым методом / И. А. Рябцев, // Наплавленный металл. Состав, структура, свойства. Сб. научн. тр. Киев ИЭС им. Е. О. Патона, 1992. С. 23 - 25.

110. Силуянов, В. П. Прогрессивные способы восстановления деталеймашин / В. П. Силуянов, В. А. Надольский, П. И. Лужков. Мн.: Ураджай, 1988.- 120 с.

111. Симе, Ч. Т. Суперсплавы II: Жаропрочные сплавы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Кн.1 и 2 / Под ред. Ч. Т. Симса, Н. С. Столоффа, У. К. Хагеля: Пер. с англ. Под ред. Р. Е. Шалина. М.: Металлургия, 1995. - 384 с.

112. Соколов, Г. Н. Наплавка износостойких сплавов на прессовыештампы и инструмент для горячего деформирования сталей / Г. Н. Соколов., В. И. Лысак // ВолгГТУ, Волгоград, 2003. 92 с.

113. Список использованной литературы

114. Специальные границы в интерметаллиде Ni3Al, полученном различными способами / О. Б. Перевалова // Физика и химия обработки материалов. 2003. - № 5. - С. 77 - 83.

115. Сплав на основе интерметаллида Ni3Al перспективный материалдля лопаток турбин / Е. Н. Каблов, Б. С. Ломберг, В. П. Бунтуш-кин // МиТОМ. 2002. - № 7. - С. 16 - 19.

116. Сплавы на основе алюминидов никеля / В. П. Бунтушкин, Е. Н.

117. Каблов, О. А. Базылева, Г. И. Морозова // МиТОМ. 1999. - № 1. -С. 32-34.

118. Сравнительный анализ принципов создания жаропрочных никелевых суперсплавов на основе Ni3Al (у'-фаза) / К. Б. Поварова, В. П. Бунтушкин, Н. К. Казанская, А. А. Дроздов // Перспективные материалы.-2005.-№2.-С. 10-19.

119. Структура и износостойкость наплавленного металла на основеалюминида никеля y'-Ni3Al, обработанного лазерным излучением / Г. Н. Соколов, С. Н., Цурихин, В. И. Лысак, Е. И. Тескер // Упрочняющие технологии и покрытия. № 6. - 2006. - С. 24 - 27.

120. Теплофизические особенности ЭШН жаропрочного сплава на основе Ni3Al / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак, С.Н. Цурихин // Физика и химия обработки материалов. № 4. - 2004. - С. 79-84.

121. Технология ЭШН оправок трубопрокатного агрегата / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, В. И. Лысак // Сварщик. -№ 1. -2004.-С. 15.

122. Тройные диаграммы состояния Al-Ti(Ni, Ru)-Me как основа выбора слоистых композитов на основе алюминидов, содержащих вязкую составляющую / К. Б. Поварова, А. В. Антонова, В. И. Бурмистров, О. А. Скачков // Металлы. 2005. - № 3. - С. 75 -82.

123. Уманский, Я. С. Кристаллография, рентгенография и электроннаямикроскопия / Я. С. Уманский, Ю. А. Скаков, А. Н. Иванов, JI. Н. Расторгуев. М.: Металлургия, 1982. - 632 с.

124. Фрумин, И. И. Современные типы наплавленного металла и ихклассификация. В кн. Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавленный металл. Под. ред. И. И. Фрумина. Киев: ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР, 1977. С. 3 - 11.

125. Фрумин, И. И. Технология механизированной наплавки / И. И.

126. Фрумин, 10. А. Юзвенко, Е. И. Лейначук. М.: Высшая школа, 1964.-304 с.

127. Хансен, М. Структура двойных сплавов / М. Хансен, К. Андерко.

128. М.: Металургиздат, 1962, 1488 с.

129. Хасуи, А. Наплавка и напыление / А. Хасуи, О. Моригаки // Пер. сяп. В. Н. Попова; Под ред. В. С. Степина и Н. Г. Шестеркина. -М.: Машиностроение, 1985. 240 с.

130. Хрущев, М. М. Износостойкость и структура твердых наплавок /

131. М. М. Хрущев, М. А. Бабичев, Е. С. Беркович и др. М.: Машиностроение, 1971. - 96 с.

132. Хрущев, М. М. Склерометрия / М. М. Хрущев. М.: Наука, 1968.205 с.

133. Цурихин, С. Н. Композиционный присадочный стержень для ЭШНсплава на основе никелида алюминия / С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин // Сварка и контроль. 2004: сб. докл. Всерос. с междунар. Участием науч. техн. конфер. посвященной 150139

134. Список использованной литературылетию со дня рождения Славянова Н. Г. / Перм. гос. тех. ун-т. Пермь. 2004.-Т1.-С. 221 - 222.

135. Цурихин, С.Н. Композиционная порошковая проволока для наплавки жаропрочного сплава на основе алюминида никеля Ni3Al /

136. C. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Тез. докл. IX регион. конфер. молодых исследователей Волгоградской обл. ВолгГ-ТУ.-Волгоград, 2005.-С. 115-117.

137. Шиняев, А. Я. Диффузионные процессы в сплавах / А. Я. Шиняев.- М.: Наука, 1975.-226 с. Наверно где диффузия никеля

138. Электрошлаковая наплавка термостойкого сплава на основе Ni3Alна сталь с целью упрочнения инструмента для горячего деформирования сталей / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин и др. // Вопросы материаловедения. № 2. - 2004. - С. 87 - 98.

139. Alexander, D. J. Mechanical properties of advanced nicel aluminides /

140. D. J. Alexander, V. K. Sicca // Material, science, engineering. 1992. -A 152. - P. 114-119.

141. Codley, S. M. Temperature and orientation dependence of the Flowstrees in off stoichiometric Ni3Al (y'-phase) / S. M. Codley, В. H. Kear // Transactions of the Metallurgical society of A.I.M.E. - 1967. V. 239. №6.-P. 977-984.

142. Hickl, A. An alternate to cobalt base hard-facing alloys / A. Hickl //

143. Journal of metals. 1980. - 32. - № 3. - P. 6 - 12.

144. High technology welding filler metals for the Aerospace industry. USA:

145. Houston, Texas. Universal wire works inc, 1996. 22 p.

146. Список использованной литературы

147. Kadan, D. Alloy for welding rods and the lick / D. Kadan, S. Barkovich

148. United States patent № 425911.

149. Kim, H. K. High temperature deformation and fracture mechanisms in adendrite Ni3Al alloys / H. K. Kim, J. C. Earthman // Acta metal material. 1994. - 42. - № 3. - P. 679 - 687.

150. Liu, С. T. Ni3Al aluminide alloys / С. T. Liu // Structural Intermetallics.

151. Ed. Darolia R. etal. The Miner., Met and Mater. Soc., 1993. P. 365 -377.

152. Miracle, D. B. The physical and mechanical properties of NiAl / D. B.

153. Miracle // Acta Metallurgica et Materialia. 1993. - V. 41, No. 3. - P. 949-985.

154. Nabarro, F. R. The superiority of super alloys / F. R. Nabarro // Material, science, engineering. 1994. -184 A. - P. 167 - 171.

155. Padalko, A. G. Differential barothermal analysis (DBA) of Ni-base alloys / A. G. Padalko, A. N. Veselov, S. P. Avduhin et al // Proc.8th Eu-rop. Symp. Therm. Anal. Cal. Barcelona, 2000. Book 3. P. 791 -799.

156. Welding materials. Germany: Thyssen Schweistechnik GmbH.2000.-32 p.

157. Westerlung, J. Four decades of HIP progress / J. Westerlung, A. Vimercati // Metal. Powder Reviews. 2000. February. - P. 14.

158. Whelan, E. Hardness and abrasive wear resistance of Ni-Cr-Mo-C hardfacing alloys / E. Whelan // Journal of metals. 31. - № 1. - 1979. -P. 15-19.

159. Cored wirer electrodes for surfacing. Germany, Edtlstahl: Omnitrode.- 1995.-88 p.139. 100 Practical solutions for economically mastering your welding problems. UTP schweissmaterial GmbH and Co. КВ., BUD Krozingen, Germany. - 1993. - 82 p.