автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.10, диссертация на тему:Разработка технологии электрошлаковой наплавки порошковой проволокой с упрочняющими частицами TiB2

10-7 3323

На правах рукописи

Артемьев Александр Алексеевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ С УПРОЧНЯЮЩИМИ ЧАСТИЦАМИ Т1В2

Специальность 05.02.10 - Сварка, родственные процессы и технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград-2010

Работа выполнена на кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» в Волгоградском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент, СОКОЛОВ Геннадий Николаевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

ЧУ ЛАРИС Александр Александрович доктор технических наук, доцент, ШМОРГУН Виктор Георгиевич

Ведущая организация ОАО «Всероссийский научно-исследовательский и конст-

Защита состоится 28 декабря 2010 г. в 12:00 на заседании диссертационного совета Д 212.028.02 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд. 210.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан « 26 » ноября 2010 г.

рукторско-технологический институт оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности», г. Волгоград.

/

Ученый секретарь

/

диссертационного совета

С. В. Кузьмин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблемы экономии материальных ресурсов в промышленности и других областях народного хозяйства напрямую связаны с износостойкостью деталей машин, инструмента и оборудования. Большой потенциал в повышении эксплуатационных свойств интенсивно изнашивающихся под влиянием абразивной среды деталей нефтегазодобывающей, дорожно-строительной, горнорудной и другой техники заложен в использовании эффективных процессов электрошлаковой наплавки износостойкими сплавами. Значимый вклад в разработку абразивностойких наплавочных материалов внесли исследования Е. И. Лей-начука, Н. А. Гринберг, В. С. Попова, В. Д. Орешкина, Ю. А. Юзвенко, Б. В. Данильченко, А. П. Жудры и многих других, оказавшие большое влияние на развитие теории и практики создания композиционных наплавочных сплавов, упрочненных частицами тугоплавких соединений.

Выполненные Д. А. Дудко, Г В. Ксендзыком, В. А. Быстровым, Ю. М. Кусковым, А. Я. Шварцером, Б. Нои1, и. Ракши!, А. ОНа\уагу, Б. Калувоп и др. глубокие исследования в области разработки материалов и технологий для упрочнения и восстановления с помощью электрошлаковой наплавки металлургического инструмента и других изделий поставили ЭШН в ряд технологических процессов, конкурирующих как по производительности, так и по качеству наплавленного металла с дуговой наплавкой. Вместе с тем возможности каждого способа наплавки, особенно с использованием кристаллизаторов, сравнительно ограничены минимально допустимой толщиной слоя наплавленного металла.

Востребованы новые технологии ЭШН, однако объем публикаций как отечественных, так и зарубежных авторов в области разработки новых процессов электрошлаковой наплавки невелик. Это объясняется сложностью формирования структуры и свойств наплавленного металла в тонком слое, а также необходимостью разработки новых специализированных для электрошлакового процесса наплавочных материалов, в том числе и наиболее эффективных порошковых проволок, обеспечивающих гарантированный переход тугоплавких микрочастиц в наплавленный металл. В этой связи разработка нового материала и создание технологического процесса ЭШН, позволяющего получить качественный наплавленный металл, упрочненный частицами диборида титана, представляет актуальную задачу сварочного производства.

Актуальность выбранной темы диссертационного исследования подтверждается выполнением его части в рамках государственного контракта Министерства образования и науки РФ № 16.740.11.0017 и гранта Президента РФ МК-3708.2009.8 для поддержки научно-исследовательской работы молодых ученых РФ.

Цель и задачи работы. Целью диссертационного исследования является повышение износостойкости тонких слоев наплавленного металла путем упрочнения его частицам ТШг при электрошлаковой наплавке порошковой проволокой.

Автор выражает глубокую благодарность заслуженному деятелю науки РФ, д-ру техн. наук, профессору В. И. Лысаку за формирование направления и анализ научной новизны диссертационного исследования.

Исходя из цели работы, были поставлены следующие научно-технические задачи, решение которых выносится на защиту:

1. На основе исследования электрофизических процессов в шлаковой ванне и установления взаимосвязи между ними и формированием наплавленного металла разработать конструкцию токоподводящего кристаллизатора и технологию ЭШН в горизонтальном положении тонких слоев (от 3 мм) металла на плоские поверхности деталей.

2. На основе исследования влияния количества и дисперсности частиц порошка диборида титана (ТШ2), введенного в состав шихты порошковой проволоки, на характер формирования композиционной структуры и эксплуатационные свойства абразивностойкого наплавленного металла разработать состав порошковой проволоки для ЭШН,

3. Установить влияние наноразмерных частиц карбонитрида титана ТЮК на структуру и износостойкость наплавленного металла.

4. На основе результатов склерометрических испытаний наплавленного металла уточнить критерий оценки стойкости его к абразивному изнашиванию для экстраполяции измеренной величины микрообъема деформированного при скра-бировании алмазным индентором наплавленного металла на значение относительной износостойкости.

Научная новизна работы заключается в установлении взаимосвязи между электрофизическими и технологическими параметрами процесса ЭШН и свойствами наплавленного металла со структурой искусственного композита, а именно:

1. Выявлен эффект перемещения зоны повышенного тепловыделения в шлаке к поверхности металлической ванны при размещении в токоподводящем кристаллизаторе диэлектрического элемента, что обусловливает снижение поверхностного натяжения металлического расплава и способствует качественному формированию тонкого слоя наплавленного металла на горизонтальной стальной поверхности.

2. Показано, что равномерное выделение тепла по ширине шлаковой ванны токоподводящего кристаллизатора достигается в результате введения в нее двух полых графитовых электродов, расположенных на расстоянии 1,7...2,4 от диаметра электродов й?э при ширине ванны (4...5,5)^ и заглубленных в шлак на величину, определяемую отношением с!э/(2,\.. .2,7).

3. Выявлено, что при содержании в порошковой проволоке тугоплавких частиц Т1В2 с фракцией не менее 30 мкм, а также наноразмерных частиц ПСЫ в процессе ЭШН обеспечивается формирование структуры искусственного композита, состоящей из введенных в металлический расплав частиц ТлВг, а также боридов, карбоборидов и карбонитридов других металлов, выделяющихся в матрице, что значительно повышает стойкость наплавленного металла к абразивному изнашиванию.

4. Установлено, что протекающие при ЭШН диффузионные процессы между микрочастицами Т1В2, матрицей сплава и выделившимися в процессе его кристаллизации железохромистыми боридами и карбоборидами, приводят к формированию прочных химических связей в образованном искусственном композите, модифицированном наноразмерными частицами ТлСЫ, что повышает его относительную (по сравнению с эталоном - отожженной сталью 45) износостойкость до 12,5.

Практическая значимость. Результаты исследований легли б основу разработанной технологии ЭШН деталей превенторов буровых установок. Новая технология внедрена б производство на ООО "ВМЗ Инжиниринг" с экономическим эффектом 300 тыс. руб. (доля автора 25 %). Разработаны способ ЭШН плоских поверхностей (патент РФ № 2397851), конструкции кристаллизаторов (патенты РФ № 82615, № 90727), наплавочная головка для ЭШН, состав порошковой проволоки (ТУ ВолгГТУ № 202 - 10), которые могут быть использованы для изготовления восстановления различных деталей машин, механизмов и инструмента.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных внутривузозских (2007-2010 гг.) ВолгГТУ и на 9 международных, всероссийских и региональных конференциях: всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии. НМТ-2008" (Москва 2008), международных научных конференциях "Новые перспективные материалы и технологии их получения. НПМ-2007" и "НПМ-2010" (Волгоград 2007, 2010), всероссийской научной студенческой конференции молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации" (Новосибирск, 2009), Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов" (Москва, 2010), XI, XIII, XIV и XIV региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 3 статьи в рекомендованных ВАК РФ центральных рецензируемых научно-технических журналах, 2 статьи в зарубежных научно-технических журналах, 9 статей в сборниках научных трудов и материалов конференций, 3 тезиса доклада на научно-практических конференциях, а также получено 4 патента РФ на изобретения и полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов и списка использованной литературы. Работа содержит 160 страниц, 70 рисунков, 11 таблиц. Список использованной литературы содержит 138 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ваедении обоснована актуальность работы, приведены цель и. задачи исследований, показана научная новизна, практическая значимость полученных результатов и их реализация.

В первой главе сделан анализ современных способов ЭШН плоских поверхностей. Обоснована перспектива разработки нового способа электрошлаковой наплавки, обеспечивающего формирование тонкого слоя наплавленного металла, упрочненного тугоплавкими компонентами, вводимыми з шлаковую ванну в составе наплавочных материалов,

Рассмотрены структура и свойства композиционных наплавочных сплавоз приведены материалы, предназначенные для восстановления и упрочнения деталей машин и инструмента, работающих в условиях абразивного изнашивания.

Обоснован выбор ТШ2 в качестве упрочняющей фазы композиционного наплавленного металла, обусловленный высокими физико-механическими свойствами этого боркда: температурой плавления Гпл (3193 °С), твердостью Д, (34,8 ГПа), модулем упругости Е (540 ГПа), достаточной термодинамической стабильностью

и стойкостью в расплавах сталей и чугунов, а также его сравнительно низкой стоимостью.

Во второй главе приведены используемые материалы, оборудование и методы экспериментальных исследований процесса ЭШН.

Влияние гранулометрического состар-я порошка TiB2 на характер формирования композиционной структуры наплавленного металла оценивали путем использования порошков со средним размером частиц 10 и 35 мкм.

Исследование электрошлакового процесса осуществляли на основе физического моделирования с последующей экстраполяцией полученных результатов на реальный процесс ЭШН. Модель реализована на экспериментальной установке, состоящей из элементов секций токоподводящего кристаллизатора, расположенных в емкости, имитирующей поперечный разрез шлаковой ванны, полых графитовых электродов, зондов, а также двух источников тока и измерительной аппаратуры. Шлаковую ванну имитировали водные растворы 26 % NaCi и 30 % H2SÓ4. Для стабильности измерений б исследуемых координатах на электролит подавали напряжение 1 В от каждого источника питания. Регистрировали значения потенциалов в сечении электролитической ванны, на основании которых рассчитывали плотность тока и объемных тепловых источников в модельной среде.

Изучение структуры и микроморфологии наплавленного металла проводили с помощью оптической (микроскоп Axiovert 40 МАТ с цифровой фотокамерой Canon) и электронной микроскопии (растровый электронно-ионный микроскоп Quanta 200 3D) при увеличениях 50...30000. Содержание и распределение легирующих элементов з структурных составляющих определяли при сканировании шлифов в локальном поверхностном объеме металла в режиме использования сигналов вторичных электронов и электронов обратного рассеяния (система энергодисперсионного анализа EDAX). Фазовый состав металла определяли рентгеноструктурным анализом в медном излучении на дифрактометре ДРОН-ЗМ.

Топографию поверхности микрошлифов изучали с помощью сканирующего зокдового микроскопа Solver Pro и программного комплекса Nova в режиме полуконтактной атомно-силовой микроскопии. Использовали сканеры с диапазонами областей сканирования 1x1, 10*10, 100x100 мкм и пространственным разрешением в горизонтальной плоскости не более 10 нм, вертикальной - не более 0,1 нм. В качестве зондов применяли кремниевые кантилеверы NSG01 с типичным радиусом заточки острия 10 нм. Анализ цифровых фотографий и топографий производили в программном модуле обработки изображений Image Analysis фирмы NT-MDT.

Исследование процессов микропластического деформирования наплавленного металла проводили, моделируя воздействие абразивного контртела на поверхность образцов в процессе склерометрических испытаний при движении индентс-ра (пирамида Виккерса) ребром вперед. Нагрузка на индентор составляла 0,5 Н, а скорость его перемещения изменяли в пределах 0,3.. .0,9 мм/с.

В качестве критерия износостойкости предложен показатель, определяемый по формуле:

*=Ю-3/ (VB+ Vr), (1)

где VBi Ve - объемы выдавленного и смещенного в навалы по границам трека наплавленного металла соответственно, [мм3]; 10° - коэффициент, введенный для получения безразмеркости показателя к, [мм3]. Длина контрольного участка со-

ставляла 10 мм. Расчет объемов деформированного металла осуществляли на основании результатов измерений соответствующих площадей поперечных сечекий трека от индентора путем анализа профилограмм, полученных с использованием сканирующей зондовой микроскопии.

Показатель / учитывающий упругую составляющую деформации образцов, предложено определять по формуле:

/ = 5^5^.100%,

а

где агр - угол впадины профиля трека; аинд - угол между противоположными ребрами индентора (аинд = 148°).

Испытания экспериментальных образцов на абразивное изнашивание при трении о жестко закрепленный абразив проводили на экспериментальной установке - аналоге машины Х4-Б. Статическая нагрузка на образец, контактирующий с истирающей поверхностью в виде шлифовальной бумаги зернистостью РЮО, составляла 936 МПа. Потери массы испытуемых образцов и эталона (сталь 45 в отожженном состоянии) измеряли с точностью до 0,1 мг.

В третьей главе обоснован выбор химического и гранулометрического составов компонентов экспериментальных порошковых проволок (ПП) для ЭШН, представлены результаты исследования структуры и свойств наплавленного металла.

Компонентный состав ПП рассчитывали исходя из комплекса требований к свойствам разрабатываемого композиционного наплавленного металла, упрочненного частицами ПВг: обеспечение высокой износостойкости сплава при работе в условиях абразивного изнашивания без ударных нагрузок; активация поверхности упрочняющих частиц Т1В2, обеспечивающая их качественное сплавление с матрицей наплавленного металла. Исследовали 2 типа матриц композиционного сплава: 20Х7Г12Н2 и (Ю0...300)Х10Н4.

Исследованиями установлено, что в структуре наплавленного металла равномерно распределены включения, анализ карт распределения легирующих элементов в которых свидетельствует о совпадении локализации, титана и бора, а также о максимальной концентрации этих элементов в них относительно общего количества титана и бора в наплавленном металле (рис. 1). Совместный анализ результатов рентгеноструктурного. микрорентгеноспектрального анализов, измерений микротвердости, исследования кинетики растворения частиц ТШ2, оценка его термодинамической активности показали, что эти включения являются частицами Т1В2, перешедшими в наплавленный металл из шихты ПП.

Установлено, что размер включений Т1В2 в наплавленном металле изменяется от 2 до 30 мкм и зависит как от содержания тугоплавких частиц з шихте порошковой проволоки, так и от их среднего размера с1ср з используемом порошке Т1В2. При увеличении массовой доли порошка Т1В2 в шихте с 8 до 28 масс. % средний размер включений в наплавленном металле зозрастает почти в 3 раза. Это объясняется тем, что с увеличением количества диборида титана, обладающего большей удельной теплоемкостью (1168 Дж/кг-К при 1073 К), по сравнению с легированной хромокикелевой сталью (586 Дж/кг-К при 1373 К), увеличивается расход тепла на нагрев тугоплавких частиц. Таким образом, эти частицы служат микрохолодильниками, снижающими перегрев металлического расплава к степень растворения в кем порошка Т1В2.

а б в

Рис. 1. Карты распределения по поверхности микрошлифа наплавленного металла (а)

титана (б) и бора (в) (*3000).

Увеличение г/ср с 10 до 35 мкм также обусловило значительное снижение интенсивности растворения тугоплавких частиц в шлаковом и металлическом расплавах, которое определяется скоростью диффузии элементов, зависящей от температурных и концентрационных параметров взаимодействия твердой и жидкой фаз, а также площади межфазного взаимодействия, определяемой удельной поверхностью 5ул порошка. Это обеспечило переход в наплавленный металл не менее 50 % исходных частиц порошка Т1В2, введенных в шихту ПП в количестве 25 масс. %.

Анализ микроструктур наплавленного металла и результаты микрорентге-носпектральных исследований свидетельствуют о равномерном распределении и качественном сплавлении частиц Т1В2, служащих центрами кристаллизации, как с эвтектической матрицей, так и с крупными первичными боридами и карбоборида-ми, выделяющимися из расплава. Показано (рис. 3) распределение элементов в зоне взаимодействия частицы ТлВ2 с кристаллизовавшимся вокруг нее боридом (Ре, Сг)В, свидетельствующее о протекании диффузионных процессов, обеспечивающих образование химической связи между этими боридами.

.у.v.w „у ■,„,-,; -',;, 1ШШ;Ш ■;,„■„,'.—. и и.uat j.ro* l.iri ¿.jus

МКМ

Рис. 3. Распределение элементов в наплавленном металле (1Q0X10H4 с 25 масс. % ТШ2) по оси хх.

На границе частицы Т1В2 обнаружена переходная зона протяженностью около 800 км, в которой со стороны Т1В2 снижено содержание титана и увеличено содержание хрома и железа, что может приводить к образованию сложных химиче-

ских соединений с различным содержанием титана, хрома и железа. Титан диффундирует з противоположную сторону, частично замещая хром и железо в бори-де (Fe, Сг)В. Диффузия бора, вследствие его одинакового содержания по сечению боридов, практически отсутствует.

Таким образом, благодаря формированию прочных химических связей, частицы TÍB2 надежно закреплены в матрице сплава, а также в крупных упрочняющих фазах, выделяющихся в процессе кристаллизации сварочной ванны, что обеспечивает высокую износостойкость наплавленного металла.

Металлографический анализ показал, что фазовый состав композиционных сплавов с матрицей типа 20Х7Г12Н2 при разном содержании введенного в шихту ПП частиц TiB2 существенно отличается.

При содержании 28 масс. % Т1В2 в шихте ПП структура зазвтектическая (рис. 4, а). Боридная эвтектика на основе a-Fe с небольшой долей остаточного аустенита имеет микротвердость з пределах 12-15,5 ГПа. Результаты рентгеноструктурного анализа свидетельствуют, что з наплавленном металле, наряду с TiB2, присутствуют избыточные выделения Fe23(C, В)6. FeB в виде крупных и мелких светлых игл с микротвердостью 14,6-19,7 ГПа и TiB, входящего в состав эвтектики. Повышенная твердость (58-61 HRC) наплавленного металла (рис. 5) с-буслозлена высокой микротзердостью его матрицы.

а б в

Рис. 4. Микроструктуры и микротвердость (ГПа) металла с матрицей 20Х7Г12Н2 и содержанием Т1В2 з шихте ПП 8 масс. % (а), 18 масс. % (б) и 28 масс. % (в) (хЮОО).

Снижение массовой доли порошка Т1В2 до 18 масс. % приводит к формированию эвтектической структуры, характеризующейся пониженной микротвердостью (6,4-7,7 ГПа) и значительной дисперсностью (рис. 4, б). Твердость наплавленного металла также понижена и составляет 45-48 НЯС. |

При уменьшении содержания Т1В2 з шихте ПП до 8 масс. % структура на- ; плавленного металла представляет собой зерна легированного аустенита с микро- | твердостью 4-5 ГПа, окруженные раздробленной боридной эвтектикой (рис. 4, в). Твердость наплавленного металла очень низкая (17-20 НЯС), вследствие небольшого количества эвтектики в мягкой и пластичной аустенитной матрице.

Испытания на абразивное изнашивание показали (рис. 5), что увеличение в 3,5 раза содержания Т1В2 в шихте ПП приводит только к 2,5-кратному повышению относительной износостойкости наплавленного металла. Это объясняется небольшой (до 24 %) объемной долей упрочняющей фазы и высокой хрупкость наплавленного металла, вследствие выделения боридоз пластинчатой и иглообразной формы.

£

2,5 2

1,5 1

0,5 0

170 не Я| | Н 1 1

масс.% Ш,

С целью увеличения объемной доли упрочняющей твердой фазы и связывания титана, выделяющегося при растворении в металлическом расплаве частиц ТлВ2, изменяли содержание графита в шихте проволоки в диапазоне 1...3 масс. % при постоянном количестве в ней ~ПВ2 -25 масс. %. Установлено, что повышение содержания углерода способствует увеличению количества твердых фаз в наплавленном металле, объемная доля которых, включая искусственно введенные частицы Т1В2, составляет 60, 74 и 92 об. % при содержании углерода 1, 2 к 3 масс. % соответственно. Структура наплавленного металла во всем диапазоне изменения содержания углерода заэвтектическая с различным количеством крупных первичных боридов (Ре, Сг)В и карбоборидов (Ре, Сг}(С, В). Микротвердость железохромистых боридов и карбоборидов в металле, наплавленном ПП 100Х10Н4 с содержанием 25 масс. % ТИ32, изменяется в пределах 13,8-16,5 ГПа, эвтектики - 12-13 ГПа (рис. 6, а).

□ - твердость, НР.С

- относительней износостойкость, с (зтелом сталь 45, отож.)

Рис. 5. Зависимости твердости Ш1С и относительной износостойкости е наплазленно-го металла от количества Т1В2 в шихте ПП 20Х7П2Н2.

а б в

Рис. 6. Микроструктуры и микротвердость (ГПа) металла с матрицей Х10Н4 и содержанием графита в шихте ПП, масс. %: 1 (а), 2 (б) и 3 (в) (хЮОО).

Включения Т1В2 располагаются как в кристаллах карбоборидов, так и в эвтектической матрице сплава. В наплавленном металле также присутствуют (рис, 7) мелкие (2-5 мкм) карбиды ТЮ и карбобориды (~П, Ре)(С,В) глобулярной формы, выделившиеся из расплава. Твердость наплавленного металла составляет 49-51 ИКС.

При повышении содержания графита в шихте проволоки до 2 масс. % отмечается увеличение микротвердости крупных кристаллов упрочняющей фазы до 2123 ГПа (рис. 6, б). Микротвердость эвтектики при этом снижается до 6,5-8,5 ГПа, а твердость наплавленного металла возрастает до 53 КИС. С увеличением содержания графита до 3 масс. % микротвердость кристаллов (Ре, Сг)(С,В) и (Ре, Сг)В несколько уменьшается до 17,5-20 ГПа (рис. 6, в). При этом они расположены очень плотно в металле, твердость которого достигает 53-54 ИКС, и окружены тонкой сеткой карбоборидной эвтектики с микротвердостью 16-19 ГПа.

Рис. 7. Электронное изображение (х5400) структуры наплавленного металла и диаграмма содержания элементов в точке "А".

Установлено, что использование в качестве матрицы композиционного сплава высокоуглеродистого металла обеспечивает рост износостойкости за счет формирования большого количества железохромистых карбоборидов (Ре, Сг)(С, 3), которые обладают повышенной стойкостью к воздействию абразиза по сравнению с РеВ и Ре2з(С, В)б и служат матрицей для высокотвердых частиц Т1В2, ТЮ и (Т1, Ре)(С, В), равномерно распределенных в объеме наплавленного металла. Показано (ркс. 8), что формирование сложной композиционной структуры при увеличении содержания графита в шихте ГШ до 3 масс. % повышает относительную

Исследовали влияние на-норазмерного порошка ИСМ, введенного в шихту ГШ, на структуру и механические свойства базового наплавленного металла, упрочненного частицами Т1В2, в качестве которого выбрали сплав 200X10Н4 с 25 масс. % "ПВ2. Ультрадисперсный (размер менее 80 нм) порошок карбокитрида титана Т1СМ вводили в зкде механической смеси с микропорошком никеля электролитического (70 % от массы смеси). Массовая доля Т1СЫ составляла 0,6 % от массы ПП и установлена исходя из максимального содержания в стали модификаторов, применяемого на практике (около 0,5 масс. %).

Влияя на кинетику кристаллизации наплавленного металла, накоразмерные частицы ТПСН обусловили изменение состава, морфологии, распределения и размеров избыточных фаз. Отмечен значительный рост количества мелких (до 6 мкм) включений, представляющих собой ТЮ, ПСЫ и ТИМ, при снижении количества и уменьшении размера кристаллов (Ре, Сг)(С, В) и (Ре, Сг)В в совокупности с увеличением объема, занимаемого эвтектикой (рис. 9).

износостойкость наплавленного металла до 9,3.

О - твердость, ННС

Щ- относительная износостойкость, с (эталон сталь 45, отож.)

Рис. 8. Зависимости твердости НКС и относительной износостойкости е наплавленного металла от содержания графита в шихте проволоки 1, 2 и 3 масс. % соответственно (содержание Т1В2 -25 масс. %).

5 -' S^fe HB

■»"Äi'^is® •'PS- ,

а б

Рис. 9. Микроструктура металла, наплавленного ГШ 200X10Н4, содержащей 25 масс. % Т1В2 и 0,6 масс. % каноразмерных частиц Т1СМ, (а) и без них (б) (*500).

Относительная износостойкость модифицированного частицами TiCN наплавленного металла возросла по сравнению с базовым (200X10Н4 с 25 масс. % TiB2) сплавом более чем в 2 раза (е = 12,6).

Установлено, что в процессе ЭШН происходит растворение и коагуляция наноразмерных частиц TiCN с последующим образованием колоний укрупненных (1-3 мкм) частиц карбонитрида титана неправильной формы (рис. 10). Более крупные частицы TiN с размерами 3-10 мкм имеют правильную форму в виде трапеций и квадратов и представляют собой первичные кристаллы, выделившиеся при кристаллизации из расплава. С использованием атомнс-силовой микроскопии выявлено присутствие в наплавленном металле включений размером 15-50 нм (рис. 10, в), что позволяет предположить возможность сохранения в нерастворенном состоянии некоторого количества частиц TiCN.

а б в

Рис. 10. Электронное изображение (а) (><26000) колонии частиц Т1СИ и диаграмма содержания элементов в точке "А" (б), а также топография поверхности

образца (в).

Анализ профилограмм треков на микрошлифах, полученных при склерометрических испытаниях, позволил уточнить критерий сопротивляемости композиционного наплавленного металла к абразивному изнашиванию. Показатель износостойкости к (формула 1) учитывает объемы выдавленного и смещенного в навалы по границам трека металла. Сопоставление расчетных значений к с коэффициентами относительной износостойкости £ наплавленного металла, опреде-

ленными испытаниями ка абразивное изнашивание при трении о закрепленный абразив, показали хорошую сходимость результатов (рис. 11, а).

Высокая износостойкость металла, наплавленного ГШ (100...300)Х10Н4 с 25 масс. % TiB2, обусловлена большим содержанием в структуре первичных карбо-боридов и боридов, а также высокотвердых включений TiB2 и TIC, армирующих матрицу. Причем как кристаллы упрочняющей фазы, так и эвтектическая матрица деформируются индентором с образованием невысоких и гладких наплывов без следов их повреждения, что снижает вероятность их срезания при повторных проходах абразива.

Рис. 11. Показатели износостойкости к и коэффициенты относительной износостойкости е (а), а также упругой составляющей деформации / (б) экспериментальных типов наплавленного металла: 1. 2, 3 - металл, наплавленный ПИ 20Х7П2Н2 с содержанием 8, 18 и 28 масс. % Т1В2 соответственно; 4. 5, 6 - металл, наплавленный ПП Х10Н4 с 25 масс. % Т1В2, содержащими соответственно 1, 2 и 3 масс. % графита.

б 1 2 3 4 5 6

Для определения упругой составляющей деформации наплавленного металла, определяющей его способность сопротивляться внедрению абразива без остаточных повреждений, предложено учитывать разницу между углом при вершине трека и углом при вершине алмазной пирамиды Виккерса. Показатель /, учитывающий упругую составляющую деформации образцов, определяли по формуле (2). Неоднозначный характер зависимости к(/) свидетельствует о существовании факторов, вносящих более значительный вклад в повышение износостойкости, чем упругие свойства структурных составляющих сплавов (рис. 11,6).

Исследование последствий столкновения индентора с частицей Т1В2, перешедшей в наплавленный металл из шихты ПП показало (рис. 12), что она служит серьезным препятствием для абразивных частиц. Следов выкрашивания и растрескивания на поверхности частиц Т!В2, а также выдирания их из матрицы не обнаружено.

В четвертой главе изложены результаты исследования на физической модели электро- и теплофизических условий при ЭШН в токоподзодящем кристаллизаторе (ТПК) с полыми электродами, а также показано влияние технологических параметров режимов наплавки на формирование тонкого (от 3 мм) слоя наплавленного металла. Оценка топологии плотности тока показывает, что ее распределение существенно зазисит от глубины погружения полого электрода в модельную с^аду (электролит). На основе физического моделирования установлено, что электрод необходимо погружать в шлак на величину г = с1э /(2,1 ...2,7), где (1Э - диаметр электрода. В этом случае в ходе реального процесса ЭШН в приэлектродном объеме шлака, ограниченном полусферой с диаметром (1,5...1,8)й?з, обеспечиваются значения плотности тока к температуры, достаточные для плавления ГШ, подаваемой через полость электрода. При г> /2,7 наблюдается чрезмерное повышение плотности тока на кромках полого электрода, приводящее к вскипанию шлака. При г < ¿гэ/2,1 увеличение площади поверхности электрода, контактирующей со шлаком, ведет к перераспределению тепловыделения в приэлектродной области шлака, что снижает эффективность образованного теплового центра в зоне плавления проволоки.

Исследовали кинетику плавления в шлаке электродных и присадочных ПП. Установлено, что проволоку с большим (до 28 масс. %) содержанием порошка Т1В? в шихте, обусловливающим повышенный (0,5-0,6) коэффициент ее заполнения и использование тонкостенных оболочек, необходимо подавать з шлак через полость яеплавящегося электрода б качестве электронейтральной присадки. При этом обеспечивается равномерность плавления оболочки и шихты с образованием капель металлического расплава, в котором достаточно равномерно распределены тугоплавкие частицы, что предопределяет структурную однородность наплавленного металла. Выявлено, что активное взаимодействие частиц Т1В2 с металлическим расплавом начинается уже на стадии формирования капли, характеризуемой максимальной температурой расплава и величиной свободной энергии ПВ2, приводя к растворению наиболее мелкой фракции порошка. При переходе капель в металлическую ванну, с понижением температуры и интенсивности движения расплава в ней, скорость растворения частиц ТлВ2 существенно замедляется, приводя к их фиксации в структуре при кристаллизации наплавленного металла.

Для создания разномерно распределенного теплового поля в шлаковой ванне и формирования при ЭШН з ТПК тонкого слоя металла в горизонтальном положении необходимо использовать дза неплавящихся полых электрода. Результаты исследования топологии полей тока и напряжения, а также распределения плотности тока в модельной среде с размещением в ее объеме двух полых электродов по-

Рис. 12. Топография скрабированной поверхности металла, наплавленного ПП 20Х7Г12Н2, содержащей 28 масс. % ПВ2.

к аз ал и (рис. 13, а), что электроды необходимо размещать в полости кристаллизатора на расстоянии между их центрами, равном / = (1,7...2,5) г/э.

При этом вокруг электродов в электролите формируются частично перекрывающиеся зоны с повышенной плотностью тока, что способствует созданию в шлаковой ванне единой высокотемпературной области. При циркуляции шлака под действием электромагнитных сил тепловое поле в поперечном сечении шлаковой ванны становится более однородным, что позволяет обеспечить равномерную глубину проплавлекия основного металла.

В конструкции ТПК предложено использовать диэлектрический огнеупорный элемент. Это оказывает влияние на характер растекания тока в шлаке с токоподводящей секции кристаллизатора и минимальное его шунтирование на формирующую секцию кристаллизатора. Показано (рис 13), что данный прием позволяет переместить высокотемпературную область в шлаке, сформированную вблизи поверхности токоподводящей секции кристаллизатора, непосредственно к металлическому расплаву. Плотность тока в этой области в 2,5-3 раза выше, чем в остальном объеме шлака. Это приводит к повышению температуры расплава и уменьшению поверхностного натяжения на межфазных границах шлак - расплав и расплав - медь кристаллизатора. В результате увеличивается текучесть сварочной ванны, что способствует качественному формированию тонкого слоя наплавленного металла.

Глубина металлической ванны /?м влияет на характер распределения тока в шлаковой ванне, определяя расположение области повышенного тепловыделения в ней относительно зоны формирования слоя наплавленного металла. Экспериментально установлено, что величина ку_ при наплавке слоев толщиной 5 = 3-6 мм должна находиться в пределах (2...3)6. Увеличение км свыше 35 призодит к нарушению формирования наплавленного металла, подрезам, несплавлениям и шлаковым включениям. Равномерное и небольшое (до 1 мм) проплавление основного

Рис. 13. Распределение электрических полей (а) и плотности тока (б) в сечении электролитической ванны при использовании двух полых электродов, расположенных в ТПК и подключенных по двухконтурной

схеме электропитания.;--линии равного

потенциала, а также плотности тока; - - -линии тока.

металла обеспечивается при соотношении токов с кристаллизатора и электродов 1кр/1зл =!...!,4.

\ V ©^ \5_ \1_ \7. а б

Рис. 14. Схема процесса ЭШН в горизонтальном положении плоских поверхностей изделий (а) и макросечение наплавленного металла (б): 1 - водоохлаждаемый кристаллизатор; 2 - присадочная ПП; 3 - графитовый электрод; 4 - изделие; 5 - шлаковая ванна; 6 - металлическая ванна; 7 - наплавленный металл.

С использованием результатов выполненных исследований разработан новый способ ЭШН (рис. 14, а), оборудование и технология наплавки в горизонтальном положении плоских поверхностей изделий с формированием тонкого (от 3 мм) и широкого (до 55 мм) слоя наплавленного металла (рис. 14, б) с направленной к поверхности изнашивания кристаллизацией, что дополнительно повышает его износостойкость

Практическая реализация результатов диссертационного исследования осуществлена на ООО :'ВМЗ Инжиниринг" путем внедрения технологии ЭШН деталей превенторов буровых установок. Экономический эффект от внедрения технологии составляет 300 тыс. руб. (доля автора 25 %).

Обшие выводы

1. При размещении з ТПК диэлектрического элемента и введении в шлаковую ванну двух полых графитовых электродов на расстоянии между их центрами равном 1,7...2,5 от их диаметра формируется тепловой центр в шлаке вблизи фронта кристаллизации металлического расплава, а также выравнивается температурное поле в осевом сечении шлаковой ванны, что приводит к качественному формированию тонкого слоя наплавленного металла при минимальной и равномерной глубине проплавлекия изделия.

2. При погружении в шлак полых электродов на величину г = иЭ /(2,1...2,7), где й'з - радиус электрода, в процессе ЭШН в приэлектродном объеме шлака, ограниченном полусферой с диаметром (1,5..Л,8)гзэ» обеспечиваются значения плотности тока и температуры достаточные для плавления подаваемых через полости электродов электронейтральных порошковых проволок, содержащих порошок Т1В2 в составе шихты.

Содержание в составе шихты ПП для ЭШН не менее 25 масс. % частиц Т1В2 с размером не менее 30 мкм обеспечивает их гарантированный переход б на-

плавленный металл с формированием в нем структуры искусственного композита.

5. Выявлено, что диффузионные процессы между частицами ТШ2, матрицей наплавленного металла и выделившимися в процессе его кристаллизации железо-хромистыми боридами и карбоборидами приводят к формированию прочных химических связей в образованном искусственном композите, что обеспечивает его относительную (к износостойкости отожженной стали 45) износостойкость до 9,3.

6. Установлено, что при введении в состав шихты ГШ наноразмерных частиц карбонитрида титана ТЮК в количестве 0,6 масс. % изменяются морфология и состав упрочняющих фаз, увеличивается объемная доля мелких высокотвердых включений ТЮ, ТЮК, ТЮК (Л, Ре)(С, В) в эвтектической матрице сплава, что позволяет в 2 раза повысить относительную износостойкость композиционного наплавленного металла (е 12,6), по сравнению с износостойкостью не модифицированного ТЮК металла (е = 6).

7. Разработанный показатель износостойкости коррелирует с результатами испытаний наплавленного металла на стойкость к абразивному изнашиванию, что позволяет с достаточной достоверностью оценить его эксплуатационные свойства.

8. Основанная на результатах диссертационного исследования и 4 патентах на изобретения и полезные модели технология ЭШН деталей превенторов буровых установок внедрена в производство ООО "ВМЗ Инжиниринг" с экономическим эффектом 300 т. р. Разработаны ТУ на изготовление ПП, которая может быть использована для восстановления и изготовления различных деталей машин и инструмента, а также биметаллических заготовок для последующего технологического передела.

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в работах;

1. Артемьев, А. А. Физическое моделирование процесса электрошлаковой наплавки в токоподводящем кристаллизаторе с полым катодом / А. А. Артемьев, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, В. И. Лысак // Известия вузов. Черная металлургия. - 2008. - № 1. - С. 32-35.

2. Зорин, И. В. Электрошлаковая наплавка торцовых поверхностей изделий с использованием двухконтурной схемы питания шлаковой ванны / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, А. А. Артемьев, В. И. Лысак // Автоматическая сварка. 2008.-№ 1.-С. 12-16.

3. Зорин, И. В. Формирование высокотемпературных областей в шлаке при электрошлаковой наплавке / И. В. Зорин, Г Н. Соколов, А. А. Артемьев, В. И. Лысак // Сварка и диагностика. - 2009. - № 3. - С. 39-43.

4. Артемьев, А. А. Исследование структуры и износостойкости наплавленного металла, упрочненного гранулами диборида титана / А. А. Артемьев, Ю. Н. Дубцов, Г. Н. Соколов // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. научн. ст. № 4(4). - Волгоград: ИУИЛ ВолгГТУ, 2010. - (Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. Вып. 4). - С. 34-36.

5. Патент № 82615 РФ МПК7 В 23К 25/00. Устройство для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей / Артемьев А. А., Соколов Г. Н., Зорин И. В. Потапов А. Н., Лысак В. И.; заявитель и патентообладатель Волгоград, гос.

техн. ун-т. -№ 82615; заявл. 17.12.08; опубл. 10.05.09.

6. Патент № 2376117 РФ МПК7 В 23К 25/00, С 22В 9/18. Устройство для электрошлаковой наплавки / Артемьев А. А., Соколов Г Н., Зорин И. В., Лысак

B. И.; заявитель и патентообладатель Волгоград, гос. техн. ун-т. № 2376117; заявл. 09.01.08; опубл. 20.12.09.

7. Патент № 90727 РФ МГЖ7 В 23К 25/00. Устройство с прижимом для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей / Артемьев А. А., Соколов Г. Н., Зорин И. В., Лысак В. И.; заявитель и патентообладатель Волгоград, гос. техн. ун-т. - № 90727; заявл. 27.07.09; опубл. 20.01.10.

8. Патент № 2397851 РФ МПК7 В 23К 25/00. Способ электрошлаковой наплавки плоских поверхностей / Соколов Г. Н., Артемьев А. А., Зорин И. В. Трошков А. С., Лысак В. И.; заявитель и патентообладатель Волгоград, гос. техн. ун-т. 2397851; заявл. 17.12.08; опубл. 27.08.10.

9. Electroslag cladding of end surfaces of parts by using slag pool double-loop power circuit / И. В. Зорин, Г. H. Соколов, А. А. Артемьев, В. И. Лысак // Patón Welding Journal. - 2008. - № 1. - С. 9 - 12. - Англ.

Ю.Артемьев, А. А Физическое моделирование процесса электрошлаковой наплавки в секционном кристаллизаторе с полым электродом / A.A. Артемьев, Г Н. Соколов, В. И. Лысак // Новые перспективные материалы и технологии их получения. НПМ-2007: сб. науч. тр. междунар. конф., Волгоград, 9-12 окт. 2007 г.-ВолгГТУ [и др.].-Волгоград, 2007.-С. 109-110.

11 .Артемьев, А. А. Исследование электрофизичеких явлений на основе физического моделирования процесса электрошлаковой наплавки в секционном кристаллизаторе / А. А. Артемьев, И. В. Зорин, Г Н. Соколов // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: материалы IV Всерос. конф., г. Камышин, 18-20 октября 2006 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ и др. - Камышин, 2006. -Т.1. - С. 10.

12.Артемьев, А. А. Физическая модель и исследование электрошлакового процесса при двухконтурной схеме питания шлаковой ванны постоянным током / Артемьев А. А., Соколов Г Н. // XI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов, г. Волгоград, 8-10 ноября 2006 г.: тез. докл. / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2007. - С. 166-167.

1 З.Артемьев, А. А. Моделирование процесса электрошлаковой наплавки в секционном кристаллизаторе с полым электродом / А. А. Артемьев, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Городу Камышину - творческую молодежь: матер, первой регион, науч.-практ. студ. конф., г. Камышин, 26-27 апреля 2007 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2007. -Т.1. -С. 157-159.

Н.Артемьев, А. А. Электрошлаковая наплавка плоских поверхностей в токо-подводящем кристаллизаторе / А. А. Артемьев, И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Новые материалы и технологии. НМТ-2008: матер. Всерос. науч.-техн. конф., г. Москва, 11-12 ноября 2008 г. / МАТИ. - Москва, 2008. - Т.1.

C. 28-29.

15.Зорин, И. В. Распределение тепловой мощности в процессе электрошлаковой наплавки при использовании двухконтурной схемы электропитания шлаковой ванны / И. В. Зорин, Г Н. Соколов, А. А. Артемьев, А. С. Трошков // Новые материалы и технологии. НМТ-2008: матер. Всерос. науч.-техн. конф., г.

Москва, 11-12 ноября 2008 г. / МАТИ. - Москва, 2008. - Т.1. - С. 34-35.

16.Артемьев, А. А. Разработка оборудования для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей изделий / А. А. Артемьев, А. С. Трошков // XIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов / Волгоградский гос. техн. ун-т; Редкол.: В.И. Лысак (отв. ред.) [и др.]. - Волгоград, 2009. - С. 154-155.

17.Артемьев А. А. Технология электрошлаковой наплавки износостойких сплавов на плоские поверхности изделий / А. А. Артемьев, Ю. Н. Дубцов, Г Н. Соколов // Наука. Технологии. Инновации: матер, всерос. науч. студенч. конф. молодых ученых (Новосибирск, 4-5 дек. 2009 г.). В 7 ч. Ч. 2 / ГОУ ВПО «Новосибир. гос. тех. ун-т». - Новосибирск, 2009. - С. 159-161.

18.Артемьев А. А. Электрошлаковая наплавка износостойких сплавов на плоские поверхности изделий / А. А. Артемьев, Г Н. Соколов, В. И. Лысак // XIV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов / Волгоградский гос. техн. ун-т; Редкол.: В.И. Лысак (отв. ред.) [и др.]. - Волгоград, 2010. - С. 115-119.

19.Артемьев А. А. Влияние микрочастиц TiB2 на структуру и свойства абразив-ностойкого наплавленного металла / А. А. Артемьев, Г Н. Соколов, В. И. Лысак // Новые перспективные материалы и технологии их получения. НПМ-2010: сб. науч. тр. V междунар. конф., Волгоград, 14-16 сен. 2010 г. ВолгГТУ [и др.].-Волгоград, 2010.-С. 109-110.

20. Артемьев А. А. Материалы и технология дуговой наплавки деталей бурового оборудования / С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, А. А. Артемьев // Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ-2010) сб. науч. тр. V междунар. конф., Волгоград, 14-16 сент. 2010 г. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2010. - С. 216-217.

21.Артемьев, А. А. Формирование композиционного износостойкого покрытия, упрочненного диборидом титана // Физико-химия и технология неорганических материалов: сб. статей VII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов, Москва, 8-11 ноября 2010 г. - М.: Интерконтакт Наука, 2010. - С. 482-484.

Личный вклад автора в представленных работах, выполненных в соавторстве с другими исследователями: автором получены и проанализированы научные результаты исследований электро- и теплофизических особенностей процесса ЭШН с полыми электродами [1-3, 9-13, 15]; определено влияние основных параметров процесса ЭШН на качество формирования тонкого слоя наплавленного металла [8, 14, 17, 18, 21]; разработаны устройства и предложены технические решения по реализации способа ЭШН плоских поверхностей [5-8, 16, 18, 20]; разработаны наплавочные материалы, исследованы структура и свойства наплавленного металла [4, 18-21].

1 и - 1 8 8 Ь О

/

Подписано в печать 25.11.2010 г. Заказ № Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400131, г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. №7

2010182276

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОЦЕССЫ ЭШН И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ИНСТРУМЕНТА, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ АБРАЗИВНОГО ИЗНАШИВАНИЯ.

1.1. Современные способы ЭШН плоских поверхностей изделий.

1.2. Анализ абразивностойких сплавов и наплавочных материалов для восстановления и упрочнения деталей машин и инструмента.

1.2.1. Наплавочные абразивностойкие сплавы с карбидным, боридным и карбоборидным упрочнениями.

1.2.2. Способы формирования упрочняющих фаз в наплавленном металле.

1.2.3. Порошковые проволоки для получения композиционных абразивностойких сплавов.

Выводы по 1 главе.

2. МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Технологическое оборудование и материалы для изготовления порошковых проволок.

2.2. Методика ЭШН в токоподводящем кристаллизаторе.

2.3. Методики моделирования и исследования процесса ЭШН в токоподводящем кристаллизаторе.

2.4. Методики металлографических и дюрометрических исследований наплавленного металла.

2.5. Методика испытаний наплавленного металла на абразивное изнашивание.

2.6. Методика исследования наплавленного металла способом склерометрии.

2.7. Методики рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов.

3. РАЗРАБОТКА ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА, УПРОЧНЕННОГО ЧАСТИЦАМИ ДИБОРИДА ТИТАНА.

3.1. Разработка порошковой проволоки для наплавки абразивностойкого композиционного сплава, упрочненного частицами ТШг.

3.2. Исследование характера формирования композиционной структуры» наплавленного металла и влияния на него гранулометрического состава и количества порошка TiB2.

3.3. Исследование структуры и износостойкости наплавленного металла с низко

I и высокоуглеродистыми матрицами, упрочненными частицами TiB2.

3.3.1. Исследование влияния количества вводимого в шихту ТТВ2на структуру и свойства наплавленного металла.

3.3.2. Исследование влияния количества углерода на структуру и свойства наплавленного металла, упрочненного частицами TiB2.

3.3.3. Исследование влияния наноразмерного порошка TiCN на структуру и износостойкость композиционного наплавленного металла.

3.4. Исследование процессов микропластического деформирования металла методом склерометрирования.

Выводы к 3 главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭШН ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ.

4.1. Исследование электро- и теплофизических условий при ЭШН в токоподводящем кристаллизаторе с полыми электродами.

4.2. Конструктивно-технологические особенности установки для ЭШН плоских поверхностей изделий.

4.3. Разработка способа ЭШН плоских поверхностей в горизонтальном положении с использованием токоподводящего кристаллизатора.

4.4. Кинетика перехода частиц TiB2 в наплавленный металл из шихты порошковой проволоки в процессе ее расплавления в шлаке.

4.5. Технология ЭШН тонкого (3 мм) слоя металла шириной 54 мм на плоскую поверхность.

4.5.1. Основные технологические параметры режима ЭШН.

4.5.2. Технология наплавки поверхности стальных пластин толщиной 9 мм.

Выводы к главе 4.

Одним из эффективных методов изготовления новых и восстановления изношенных изделий является электрошлаковая наплавка (ЭШН). Технические особенности и преимущества ЭШН позволяют прставить ее в один ряд с самыми распространенными способами наплавки, а разнообразие форм применения дают возможность использовать ЭШН в тех случаях, когда другие способы использовать трудно или невозможно. Современные способы ЭШН позволяют с высокой производительностью обеспечить высококачественный литой наплавленный металл с выраженной ориентацией кристаллитов, обладающий повышенными служебными свойствами. Заложенные известными учеными в области'металлургии сварки и наплавки специальных сталей и сплавов И. К. Походней, Б. И. Медоваром, Ю. В. Латашом, Д. А. Дудко, И. И. Сущук-Слюсаренко научные1, основы, теории электрошлакового процесса способствовали интенсивному развитию ЭШН.

Выполненные Д. А, Дудко, Г. В- Ксендзыком, В. А. Быстровым, Ю. М. Кусковым, А. Я. Шварцером, Б: Нои1, и. БакиоЛ, А. В11а\уа1у, Б) Калкой и др. глубокие исследования- в области разработки материалов и технологий для упрочнения и восстановления с помощью электрошлаковой* наплавки металлургического инструмента и других, изделий поставили ЭШН в ряд технологических процессов, конкурирующих как по производительности, так и по качеству наплавленного металла с дуговой наплавкой. Вместе с тем возможности каждого способа наплавки, особенно с использованием кристаллизаторов, сравнительно ограничены минимально допустимой толщиной слоя наплавленного металла.

Многие детали различного оборудования, машин, а также инструмент эксплуатирующиеся в условиях значительного абразивного изнашивания, имеют небольшой ресурс, что требует применения для их восстановления и упрочнения новых способов наплавки, обеспечивающих получение тонких слоев из более эффективных типов наплавленного металла, чем современные абразивностойкие наплавочные сплавы. В этих условиях предпочтительны новые композиционные материалы, в качестве упрочняющих компонентов в которых применяют порошки различных твердых тугоплавких соединений, что обеспечивает получение в наплавленном- металле структуры-искусственного композита.

Значимый вклад в разработку абразивностойких наплавочных материалов внесли исследования Е. И. Лейначука, Н. А. Гринберг, В. С. Попова, В. Д. Орешкина, Ю. А. Юзвенко, Б. В. Данильченко, А. П. Жудры, А. И. Белого и многих других, оказавшие большое влияние на развитие теории и практики создания композиционных наплавочных сплавов, упрочненных частицами тугоплавких соединений.

Востребованы новые технологии ЭШН; однако объем публикаций как отечественных, так и зарубежных авторов в области разработки новых процессов электрошлаковой наплавки невелик. Это объясняется сложностью формирования структуры и свойств наплавленного металла в тонком слое, что обусловлено неоднородностью теплового поля в шлаковой ванне и пониженной жидкотекучестью малых объемов?! металлического расплава сварочной ванны, а также необходимостью разработки^ новых специализированных для электрошлакового процесса наплавочных материалов, в том числе и наиболее эффективных — порошковых проволок, обеспечивающих гарантированный переход тугоплавких микрочастиц в наплавленный металл. В этой связи разработка1 нового материала и создание технологического процесса ЭШН, позволяющего получить качественный наплавленный металл, упрочненный частицами диборида титана^ СПВ2), представляет актуальную задачу сварочного производства.

Цель работы: повышение износостойкости тонких слоев наплавленного металла путем упрочнения его частицам Т1В2 при электрошлаковой наплавке порошковой проволокой.

Исходя из цели работы были поставлены следующие научно-технические задачи, решение которых выносится на защиту:

1. На основе исследования электрофизических процессов в шлаковой ванне и установления взаимосвязи между ними и формированием наплавленного металла разработать конструкцию токоподводящего кристаллизатора и технологию ЭШН в горизонтальном положении тонких слоев (от 3 мм) металла на плоские поверхности деталей.

2. На основе исследования влияния количества и дисперсности частиц порошка диборида титана (ПВ2), введенного в состав шихты порошковой проволоки, на характер формирования композиционной структуры и эксплуатационные свойства абразивностойкого наплавленного металла разработать состав порошковой проволоки для ЭШН.

3. Установить влияние наноразмерных частиц карбонитрида титана ТлСИ на структуру и износостойкость наплавленного металла.

4. На основе результатов склерометрических испытаний наплавленного металла уточнить критерий оценки стойкости его к абразивному изнашиванию для экстраполяции измеренной величины микрообъема деформированного при скрабировании алмазным индентором наплавленного металла на значение относительной износостойкости.

Научная новизна полученных результатов заключается в установлении взаимосвязи^ между электрофизическими и технологическими параметрами процесса ЭШН и свойствами наплавленного металла со структурой искусственного композита, а именно:

1. Выявлен эффект перемещения зоны повышенного тепловыделения в шлаке к поверхности металлической ванны при размещении в токоподводящем кристаллизаторе диэлектрического элемента, что обусловливает снижение поверхностного натяжения металлического расплава и способствует качественному формированию тонкого слоя наплавленного металла на горизонтальной стальной поверхности.

2. Показано, что равномерное выделение тепла по ширине шлаковой ванны токоподводящего кристаллизатора достигается в результате введения в нее двух полых графитовых электродов, расположенных на расстоянии

1,7.2,4 от диаметра электродов ¿/э при ширине ванны (4.5,5)с/э и заглубленных в шлак на величину, определяемую отношением ¿/э/(2,1. .2,7).

3. Выявлено, что при содержании в порошковой проволоке тугоплавких частиц ТлВг с фракцией не менее 30 мкм, а также наноразмерных частиц ПСЫ в процессе ЭШН обеспечивается формирование структуры искусственного композита, состоящей из введенных в металлический расплав частиц ТлВ2, а также боридов, карбоборидов и карбонитридов других металлов, выделяющихся в матрице, что значительно повышает стойкость наплавленного металла к абразивному изнашиванию.

4. Установлено, что протекающие при ЭШН диффузионные процессы между микрочастицами ТлВ2, матрицей сплава и выделившимися в процессе его кристаллизации железохромистыми боридами и карбоборидами, приводят к формированию прочных химических связей в образованном искусственном композите, модифицированном наноразмерными частицами ТлСЫ, что повышает его относительную (по сравнению с эталоном- -отожженной сталью 45) износостойкость до 12,5.

Практическая ценность результатов работы:

Результаты исследований легли в основу разработанной технологии ЭШН деталей превенторов буровых установок. Новая технология внедрена в производство на ООО "ВМЗ Инжиниринг" с экономическим эффектом 300 тыс. руб. (доля автора 25 %). Разработаны способ ЭШН плоских поверхностей (патент РФ № 2397851), конструкции кристаллизаторов (патенты РФ № 82615, № 90727), наплавочная головка для ЭШН, состав порошковой проволоки (ТУ ВолгГТУ № 202 - 10), которые могут быть использованы для изготовления и восстановления различных деталей машин, механизмов и инструмента.

Публикации:

По результатам диссертационной работы опубликовано 3 статьи в рекомендованных ВАК РФ центральных рецензируемых научно-технических журналах, 2 статьи в зарубежных научно-технических журналах, 9 статей в сборниках научных трудов и материалах конференций, 3 тезиса докладов-на научно-практических конференциях, а также получены 4 патента РФ на изобретения и полезные модели.

1. Артемьев, А. А. Физическое моделирование процесса электрошлаковой наплавки в токоподводящем кристаллизаторе с полым катодом / А. А. Артемьев, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, В. И. Лысак // Известия вузов. Черная металлургия. - 2008. - № 1. - С. 32-35.

2. Зорин, И. В. Электрошлаковая наплавка торцовых поверхностей изделий с использованием двухконтурной схемы питания шлаковой ванны / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, А. А. Артемьев, В. И. Лысак // Автоматическая сварка. - 2008. - № 1. — С. 12-16.

3. Зорин, И. В. Формирование высокотемпературных областей в шлаке при электрошлаковой наплавке /И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, А. А. Артемьев, В. И. Лысак // Сварка и,диагностика. - 2009'. - № 3. - С. 39-43.

4. Артемьев, А. А. Исследование структуры и износостойкости наплавленного металла, упрочненного гранулами'диборида титана / А. А. Артемьев, Ю. Н. Дубцов, Г. Н. Соколов // Известия Волгоградского государственного * технического университета: межвуз. сб. научн. ст. № 4(4). - Волгоград: ИУИЛ ВолгГТУ, 2010. - (Сер. Проблемы материаловедения, сварки № прочности в машиностроении. Вып. 4). - С. 34-36.

5. Патент № 82615 РФ МПК7 В 23К 25/00. Устройство для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей / Артемьев А. А., Соколов Г. Н., Зорин И. В., Потапов А. Н., Лысак В. И.; заявитель и патентообладатель Волгоград, гос. техн. ун-т. - № 82615; заявл. 17.12.08; опубл. 10.05.09.

6. Патент № 2376117 РФ МПК7 В 23К-25/00, С 22В 9/18. Устройство для электрошлаковой наплавки / Артемьев А. А., Соколов Г. Н., Зорин И. В., Лысак В. И.; заявитель и патентообладатель Волгоград, гос. техн. ун-т. — № 2376117; заявл. 09.01.08; опубл. 20.12.09.

7. Патент № 90727 РФМПК7 В 23К 25/00. Устройство с прижимом для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей / Артемьев А. А., Соколов Г. Н., Зорин И. В., Лысак В. И.; заявитель и патентообладатель Волгоград, гос. техн. ун-т. -№ 90727; заявл. 27.07.09; опубл. 20.01.10.

8. Патент № 2397851 РФ МПК7 В 23К 25/00. Способ электрошлаковой наплавки плоских поверхностей / Соколов Г. Н., Артемьев А. А., Зорин И. В., Трошков А. С., Лысак В. И.; заявитель и патентообладатель Волгоград, гос. техн. ун-т. -№ 2397851; заявл. 17.12.08; опубл. 27.08.10.

9. Electroslag cladding of end surfaces of parts by using slag pool double-loop power circuit / И. В. Зорин, Г. H. Соколов, А. А. Артемьев, В. И. Лысак // Paton Welding Journal. - 2008. - № 1. - С. 9 - 12. - Англ.

10. Артемьев, А. А Физическое моделирование процесса электрошлаковой наплавки в секционном кристаллизаторе с полым электродом / А. А. Артемьев, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Новые перспективные материалы и технологии их получения. НПМ-2007: сб. науч. тр. междунар. конф., Волгоград, 9-12 окт. 2007 г. - ВолгГТУ [и др.]. — Волгоград, 2007. - С. 109-110.

П.Артемьев, А. А. Исследование электрофизичеких явлений'на основе физического моделирования процесса электрошлаковой наплавки в секционном кристаллизаторе / А. А. Артемьев, И. В. Зорин, Г. Н. Соколов // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: материалы IV Всерос. конф., г. Камышин, 18-20 октября 2006 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ и др. - Камышин, 2006. - Т.1. - С. 10.

12. Артемьев, А. А. Физическая модель и исследование электрошлакового процесса при двухконтурной схеме питания шлаковой ванны постоянным током / Артемьев А. А., Соколов Г. Н. // XI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов, г. Волгоград, 8-10 ноября 2006 г.: тез. докл. / ВолгГТУ и др. -Волгоград, 2007. - С. 166-167.

13. Артемьев, А. А. Моделирование процесса электрошлаковой наплавки в секционном кристаллизаторе с полым электродом / А. А. Артемьев,

Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Городу Камышину - творческую молодежь: матер, первой регион, науч.-практ. студ. конф., г. Камышин, 26-27 апреля 2007 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2007. -Т.1.-С. 157-159.

14. Артемьев, А. А. Электрошлаковая наплавка плоских поверхностей в токоподводящем кристаллизаторе / А. А. Артемьев, И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Новые материалы и технологии. НМТ-2008: матер. Всерос. науч.-техн. конф., г. Москва, 11-12 ноября 2008 г. / МАТИ. - Москва, 2008. - Т. 1. - С. 28-29.

15. Зорин, И. В. Распределение тепловой мощности в процессе электрошлаковой наплавки при использовании двухконтурной схемы электропитания шлаковой ванны / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, А. А. Артемьев, А. С. Трошков // Новые материалы и технологии. НМТ-2008: матер. Всерос. науч.-техн. конф., г. Москва, 11-12 ноября 2008 г. / МАТИ. - Москва, 2008. - Т. 1. - С. 34-35.

16. Артемьев, А. А. Разработка оборудования для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей изделий / А. А. Артемьев,

A. С. Трошков // XIII Региональная конференция, молодых исследователей Волгоградской области: тезисы, докладов / Волгоградский гос. техн. ун-т; Редкол.: В.И. Лысак (отв. ред.) [и др.]. -Волгоград, 2009. - С. 154-155.

17. Артемьев, А. А. Технология электрошлаковой наплавки износостойких сплавов на плоские поверхности изделий / А. А. Артемьев, Ю. Н. Дубцов, Г. Н. Соколов // Наука. Технологии. Инновации: матер, всерос. науч. студенч. конф. молодых ученых (Новосибирск, 4-5 дек. 2009 г.). В 7 ч. Ч. 2 / ГОУ ВПО «Новосибир. гос. тех. ун-т». -Новосибирск, 2009. - С. 159-161.

18. Артемьев, А. А. Электрошлаковая наплавка износостойких сплавов, на плоские поверхности изделий / А. А. Артемьев, Г. Н. Соколов,

B. И. Лысак // XIV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов / Волгоградский гос. техн. унт; Редкол.: В.И. Лысак (отв. ред.) [и др.]. - Волгоград, 2010. - С. 115119.

19. Артемьев, А. А. Влияние микрочастиц ТТВ2 на структуру и свойства абразивностойкого наплавленного металла / А. А. Артемьев, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак // Новые перспективные материалы и технологии их получения. НПМ-2010: сб. науч. тр. V междунар. конф., Волгоград, 14-16 сен. 2010 г. - ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2010. - С. 109-110.

20. Цурихин, С. Н. Материалы и технология дуговой наплавки деталей бурового оборудования / С. Н. Цурихин, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, А. А. Артемьев // Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ-2010) : сб. науч. тр. V междунар. конф., Волгоград, 1416 сент. 2010 г. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2010. - С. 216-217.

21. Артемьев, А. А. Формирование композиционного износостойкого покрытия, упрочненного диборидом титана // Физико-химия и технология неорганических материалов: сб. статей VII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников« и аспирантов, Москва, 8-11 ноября 2010 г. - М.: Интерконтакт Наука, 2010. - С. 482484.

Апробация работы:

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных внутривузовских (2007-2010 гг.) ВолгГТУ и на 9 международных, всероссийских и региональных конференциях: всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии. НМТ-2008" (Москва 2008), международных научных конференциях "Новые перспективные материалы и технологии их получения. НПМ-2007" и "НПМ-2010" (Волгоград 2007, 2010), всероссийской научной студенческой конференции молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации" (Новосибирск 2009), Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов" (Москва, 2010), XI, XIII, XIV и XIV региональных конференциях молодых исследователей, Волгоградской области«*

Структура и объем диссертации:

Диссертационная работа состоит из введения,- 4 глав,' общих выводов и списка использованной литературы. Работа, содержит 160 страниц; 70' рисунков, 11 таблиц. Список использованной литературы содержит 138 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. При размещении в ТПК диэлектрического элемента и введении в шлаковую ванну двух полых графитовых электродов на расстоянии между их центрами равном 1,7.2,5 от их диаметра формируется тепловой центр в-шлаке вблизи фронта кристаллизации металлического расплава, а также выравнивается температурное поле в осевом сечении шлаковой ванны, что приводит к качественному формированию тонкого слоя наплавленного металла при минимальной и равномерной глубине проплавления изделия.

2. При погружении в шлак полых электродов на величину z = db/(2,1.2,7), где с/э - диаметр электродов, в процессе ЭШН в приэлектродном объеме шлака, ограниченном полусферой с диаметром (1,5.1,8)а?э, обеспечиваются значения плотности тока и температуры достаточные для плавления подаваемых через полости электродов электронейтральных порошковых проволок, содержащих порошок TiB2 в составе шихты.

4. Содержание в составе шихты ПП для ЭШН не менее 25 масс. частиц TiB2 со средним- размером не менее 35* мкм обеспечивает их гарантированный переход в наплавленный металл с формированием в нем структуры искусственного-композита.

5. Выявлено, что диффузионные процессы между частицами TiB2, матрицей наплавленного металла и выделившимися в процессе его кристаллизации железохромистыми боридами и карбоборидами приводят к формированию прочных химических связей в образованном искусственном композите, что обеспечивает его относительную (к износостойкости отожженной стали 45) износостойкость до 9,3.

6. Установлено, что при введении в состав шихты 1111 наноразмерных частиц карбонитрида титана TiCN в количестве 0,6 масс. % изменяются морфология и состав упрочняющих фаз, увеличивается объемная доля мелких высокотвердых включений TiC, TiCN, TiN (Ti, Fe)(C, В)- в эвтектической матрице сплава, что позволяет в 2 раза повысить относительную износостойкость композиционного наплавленного металла (е = 12,6), по сравнению с износостойкостью не модифицированного ТЮК металла (е — 6).

7. Разработанный показатель износостойкости коррелирует с результатами испытаний наплавленного металла на стойкость к абразивному изнашиванию, что позволяет с достаточной достоверностью оценить его эксплуатационные свойства.

8. Основанная на результатах диссертационного исследования и 4 патентах на изобретения и полезные модели технология ЭШН деталей превенторов буровых установок внедрена в производство ООО "ВМЗ Инжиниринг" с экономическим эффектом 300 т. р. Разработаны ТУ на изготовление 1111, которая может быть использована для восстановления и изготовления различных деталей машин и инструмента, а также биметаллических заготовок для последующего технологического передела.

1. Абразивная износостойкость металла электрошлаковой наплавки / Ю.*Н. Сараев и др. // Сварочное производство. -2006. — № 8. —С. 3 — 8.

2. Аргонодуговая наплавка износостойких композиционных покрытий / Н. В. Коберник, Г. Г. Чернышов, Р. С. Михеев, Т. А. Чернышева // Физика и химия обработки материалов. 2009. - № 11. - С. 51 - 55.

3. Артемьев, А. А. Разработка оборудования для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей изделий / А. А. Артемьев, А. С. Трошков // XIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов /

4. Волгоградский гос. техн. ун-т; Редкол.: В.И. Лысак (отв. ред.) и др.. -Волгоград, 2009. С. 154 - 155.

5. B. А. Багров, В: Н. Кальянов // Автоматическая сварка. — 20001 № 11.1. C. 44 47.

6. Белый, А. И. Влияние легирующих, элементов, на» структуру композиционного сплава на основе карбидов вольфрама / И. А. Белый;

7. A. И. Жудра, В. И. Дзыкович // Автоматическая сварка. 2002. - № 11.-с;.18—п.

8. Белый, А. И. Материалы и технология наплавки композиционным сплавом элементов бурильной колонны: автореф. дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. Киев. -2006. - 18 с.

9. Борд, Ю. Н. Специальные боросодержащие лигатуры для наплавочных материалов / Ю. Н. Борд // Ремонт, восстановление, модернизация. -2006. -№ 12.-С. 14 15.

10. Бороненков, В. Н. Методика расчета равновесного количества фаз, выделяющихся из многокомпонентных расплавов на; основе железа /

11. B. Н. Бороненков, Н. В. Королев, О. В; Пименова //

12. Ресурсосберегающие технологии в машиностроении: Сб. научн. тр., Екатеринбург: УГТУ, 1997.- С. 15-20.

13. Быстров, В. А. Исследование процессов на поверхности раздела.КМ на основе карбидов титана / В. А. Быстров // Изв. вузов. Черн. Металлургия. 2002. - № 8. - С. 38 - 37.

14. Быстров, В. А. Основы электрошлаковых технологий упрочнения композиционными сплавами деталей, работающих при высокотемпературном износе: автореф. дис. на соискание ученой степени докт. техн. наук по специальности 05.03.06. — Барнаул, 2003. — 35 с.

15. Веревкин, В. И. Воздействие режима электрошлаковой наплавки на кинетику нагрева твердых частиц / В. И. Веревкин, Ростовцев А. Н., Сакун А. Ф. // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 2004. - № 8. - С. 39 -40.

16. Веревкин, В. И. Моделирование температурных полей шлаковой ванны при' электрошлаковой наплавке / В. И. Веревкин, В. А. Быстров, П. Г. Белоусов // Изв. вузов. Черная металлургия. 2004. - № 6. - С. 52 — 55.

17. Вышегородцева, В. И. Прогнозирование структурно-фазового состава карбидо содержащих наплавленных износостойких слоев деталей газопромыслового оборудования: автореф. дис. на соискание уч. степени канд. техн. Наук. Москва, 2001. - 22 с.

18. Герасимов, В. Н. Зависимость электрических параметров от режима при многоэлектродной электрошлаковой наплавке / В. Н. Герасимов, В. В. Меликов, А. В. Якимов // Автоматическая сварка. 1979. - № 11. -С. 37-38.

19. Гринберг, Н. А. Износостойкие наплавочные и композиционные материалы для упрочнения трущихся поверхностей в условиях абразивного и гидроабразивного изнашивания / Н. А. Гринберг, А. Б. Арабей // Сварочное производство. 1992. — № 5: -С. 7-9.

20. Данильченко, Б. В. Износостойкий наплавленный металл системы С-Сг-Ре / Б. В. Данильченко // Сварочное производство. 1992. - № 1. -С. 22.

21. Данильченко, Б. В. Моделирование взаимодействия тугоплавких компонентов шихты наплавочных порошковых лент с расплавом сварочной ванны / Б. В. Данильченко // Сварочное производство. — 1991.-№ 12.-С. 32-34.

22. Данильченко, В. Б. Выбор износостойкого наплавленного металла для работы в условиях абразивного изнашивания / В. Б. Данильченко // Сварочное производство. 1992. - № 5. - С. 31 - 32.

23. Дорохов, В. В. Анизотропия абразивной износостойкости монокристаллов и текстурованных наплавочных сплавов / В. В. Дорохов, А. Я. Шварцер // Теоретические и технологические основы наплавки : сб. науч. тр. / Наукова думка. Киев, 1977. - С. 32 - 37.

24. Дудко, Д. А. К вопросу о физической природе движения расплава при электрошлаковом процессе / Д. А. Дудко, Я. Ю. .Компан, Э. В. Щербинин // Сварочное производство. — 1990. № 6. - С. 38 - 39.

25. Жудра, А. П. Новые композиционные сплавы и- результаты исследования их свойств / А. П. Жудра, А. И. Белый // Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавленный металл: Сб. науч. тр., Киев: ИЭС им. ЕО Патона, 1977. С. 151 - 157.

26. Ибатуллин, И. Д. Кинетика усталостной повреждаемости и разрушения поверхностных слоев: монография / И. Д. Ибатуллин. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2008. 387 с.

27. Каковкин, О. С. Особенности легирования наплавленного металла карбидом титана при дуговой износостойкой наплавке/ О. С. Каковкин, Ю. Д. Дарахвелидзе, Г. Г. Старченко // Технология металлов. — 2009. — № 1.-С. 33-34.

28. Кальянов, В. Н. Износостойкость наплавленного металла с повышенной долей карбидов титана / В. Н. Кальянов, А. Н. Петренко // Автоматическая сварка.-2004. -№ 12. С. 59-60.

29. Кусков, Ю. М. .Наплавка в токоподводящем кристаллизаторе -перспективное направление электрошлаковой технологии. / Ю. М. Кусков // Автоматическая сварка. — 1999!. № 9. - С. 76 - 80;

30. Кусков, Ю. М. Опыт электрошлаковой> наплавки плоских заготовок, в токоподводящем кристаллизаторе / Ю. М. Кусков // Автоматическая сварка. — 1996. № 7 . — С.54 - 55.

31. Кусков, Ю. М. Разработка конструкции токоподводящего кристаллизатора- для электрошлаковой наплавки плоских заготовок / Ю. М. Кусков, К. А. Цыкуленко // Сталь. -2009. -№ 1. -С. 41 -46.

32. Кусков, Ю. М. Электрошлаковая наплавка в токоподводящем кристаллизаторе: — эффективный способ изготовления и восстановления деталей / Ю. М. Кусков, И. А. Рябцев // Сварщик. -2006.-№3.-С. 18 -20.

33. Кусков, Ю. М. Электрошлаковый процесс и технология наплавки« дискретными материалами в токоподводящем кристаллизаторе:автореф. дис. на соискание ученой степени докт. техн. наук: — 05.03.06. -Киев, 2005.-33 с.

34. Кязымов, Ф. А. Взаимозависимость между износостойкостью карбоборидных покрытий и их физико-механическими свойствами / Ф. А. Кязымов, В. Д. Орешкин, Е. Т. Лобанова // Металловедение и прочность материалов. Волгоград: Изд. ВолгГТУ, 2001. - С. 47 — 53.

35. Лейначук, Е. И. Электродуговая наплавка деталей при абразивном и гидроабразивном износе / Е. И. Лейначук. Киев: Наук, думка, 1985.-160 с.

36. Лившиц, Л. С. Металловедение для сварщиков / Л. С. Лившиц. М.: Машиностроение, 1979.-253 с.

37. Лившиц, Л. С. Наплавочные материалы и технология наплавки для повышения износостойкости и восстановления деталей машин / Л. С. Лившиц // Сварочное производство. 1991. - № 1. — С. 15 — 17.

38. Лившиц, Л. С. Основы легирования наплавленного металла / Л. С. Лившиц, Н. А. Гринберг, Э. Г. Куркумелли. М.: Машиностроение, 1968. - 186 с.

39. Луняка, В. Л. Разработка электродных материалов, содержащих карбид и нитрид бора / В. Л. Луняка // Оборудование и материалы для наплавки. Сб. науч. трудов. - Киев: ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. -1990.-С. 79-81.

40. Любич, А. И. Порошковые проволоки для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания / А. И. Любич // Сварочное производство. 1992. - № 3. - С. 15-17.

41. Мазель, Ю. А. Классификация сплавов на основе железа для восстановительной и упрочняющей наплавки / Ю. А. Мазель, Ю. В. Кусков, Г.Н. Полищук // Сварочное производство. 1999. — № 4. -С. 35-38.

42. Миличенко, С. Л. Влияние бора на кавитационно эрозионную стойкость наплавленного металла типа высокохромистой стали /

43. С. Л. Миличенко, А. Г. Александров; И. В. Пиньковский // Автоматическая сварка. 1974. - № 5. - С. 22 - 24.

44. Миннеханов, Г. Н. Влияние модифицирования наночастицами карбонитрида титана на кристаллизацию жаропрочного никелевого сплава ЖС-32 / Г. Н. Миннеханов, Р. Г. Миннеханов, Е. Н. Еремин // Омский научный вестник. 2009. - № 1. - С. 39 - 42.

45. Миннеханов, Г. Н. Влияние модифицирования наночастицами карбонитрида титана и легирования титаном на структуру и свойства доэвтектических чугунов / Г. Н. Миннеханова, О. А. Шуйкин, Р. Г. Миннеханов // Омский научный вестник. — 2009. — №1. — С. 22 — 25.

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

47. Мойсов, Л. П. Порошковая проволока сварочный материал ХХГвека / Л. П. Мойсов // Монтажные и специальные работы в строительстве. — 2002. -№91 -С. 7-10.

48. Мочалина, Н. С. Упрочнение стали наноразмерными выделениями карбонитридов титана и ниобия: автореф. дис. на соискание уч. степени канд. техн. Наук. — Новосибирск, 2010. — 19 с.

49. Наплавка тонких слоев износостойких композиционных сплавов / Ю. А. Юзвенко, М. А. Пащенко, А. И. Белый, Е. И. Фрумин // Автоматическая сварка. 1974. — № 7. - С. 71 - 72.

50. Наплавочные материалы стран членов СЭВ / под ред. И. И. Фрумина. -Киев-М., 1979.-620 с.

51. Наплавочные сплавы для повышения износостойкости рабочих поверхностей / А. К. Прыгаев и др. // Вестник машиностроения. — 2006.-№9.-С. 46-29.

52. Новые наплавочные сплавы на основе тугоплавких соединений / В. Д. Орешкин, В. И Светлополянский, А. А. Данькин // Теоретическиеи технологические основы наплавки. Наплавленный металл: Сб. науч. тр., Киев: ИЭС им. ЕО Патона, 1977. С. 157 - 161.

53. Орешин, В. Д. Износостойкие композиционные карбоборидные покрытия / В. Д. Орешин, В. А. Луговая // Вестник ВолгГАСА. -2001. -№1(4). С. 119-122.

54. Особенности легирования металла карбидами титана в процессе наплавки под керамическим флюсом / А. Г. Пархоменко, Н. Н. Потапов, С. А. Курланов, В. С. Степин // Сварочное производство. -1989.-№4. -С. 34-36.

55. Особенности процесса ЭШН композиционным стержнем в малогабаритном секционном кристаллизаторе / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, В. И. Лысак // Автоматическая сварка. 2004. — № 10.-С. 26-30.

56. Особенности формирования структуры и свойства порошковых покрытий, содержащих карбид титана, при дуговой наплавке / Ю. Н. Сараев и др. // Сварочное производство. 1999. - № 8. - С. 19 -23.

57. Пальти, А. М. Влияние электромагнитных сил на течение шлака у поверхности плавящегося электрода при электрошлаковом процессе / А. М. Пальти, В. Л. Шевцов // Сварочное производство. 2002. - № 4. -С. 17-19. 17

58. Пат. 2093329 РФ МПК7 В 23К 25/00. Способ электрошлаковой наплавки и устройство для его осуществления / Забаровский В. X.; Забаровский В. X. -№ 93018090; заявл. 07.04.1993.

59. Пат. 2290288 РФ МПК7 В 23К 35/36. Износостойкий наплавочный материал / Орешкин В. Д., Попов П. В.; заявитель и патентообладатель ВолгГАСУ. -№ 2004126303; заявл. 30.08.2004.

60. Пат. 2321482 РФ МПК7 В23К 25/00 Способ электрошлаковой наплавки / Вашковец В. В., Вашковец В. В.; заявитель патентообладатель Тихоокеан. гос. у-нт, ООО НП Гефест. № 2321482; заявл. 13.03.2006; опубл. 10.04.08.

61. Пат. 2339496 РФ МПК7 В 23К 35/368. Порошковая проволока для наплавки деталей / Фомин А. Г., Шарапов М. Г., Беляев Н. В., Левченко- А. М.; заявитель.и патентообладатель AHO "РСЗ МАЦ". -№ 2007107233; заявл. 26.0212007.

62. Пат. 2350448 РФ МПК7 В 23К 35/368. Порошковая проволока / Еремин Е. Н., Лосев А. С., Филиппов Ю. О., Еремин А. Е. № 2350448;.заявл. 20.09.2008.

63. Пат. 2376117 РФ МПК7 В 23К 25/00, С 22В 9/18. Устройство для электрошлаковой наплавки / А. А. Артемьев, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, В. И. Лысак; заявитель и патентообладатель Волгоград, гос. техн. ун-т. № 2376117; заявл. 09.01.08; опубл. 20.12.09.

64. Пат. 2397851 РФ МПК7 В 23К 25/00. Способ электрошлаковой наплавки плоских поверхностей / Г. Н. Соколов, А. А. Артемьев,

65. И. В. Зорин, А. С. Трошков, В. И. Лысак; заявитель и патентообладатель Волгоград, гос. техн. ун-т. № 2397851; заявл. 17.12.08; опубл. 27.08.10.

66. Патон, Б. Е. Новые электрошлаковые технологии и< материалы / Б. Е. Патон, Л. Б. Медовар // Автоматическая сварка. 2003. - № 10. -С. 188- 193.

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

68. Пащенко, М. А. Наплавка породоразрушающего бурового инструмента / М. А. Пащенко, Е. И. Фрумин // Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавка в машиностроении и ремонте: Сб. науч. тр., Киев: ИЭС им Е.О. Патона, 1981. С. 65 - 76.

69. Пименова, О. П. Разработка методов прогноза структуры и фазового состава износостойких наплавочных сплавов с карбидным и карбоборидным упрочнением: автореф. дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук: Екатеринбург. — 1999. — 24 с.

70. Подгаецкий, В. В. Сварочные шлаки. Справочное пособие / В. В. Подгаецкий, В. Г. Кузьменко. Киев: Наук, думка, 1988. - 256 с.

71. Полетика, И. М. Формирование структуры металла электрошлаковой наплавкой при легировании карбидами бора и хрома / И. М. Полетика и др. // Перспективные материалы. 2005. - № 4. - С. 78 - 81.

72. Попов, В. С. Износостойкость пресс-форм огнеупорного производства/

73. B. С. Попов, Н. Н. Брыков, Н. С. Дмитриченко. М.: Металлургия, 1971.-220 с.

74. Попов, С. Н. Влияние азота на структуру и свойства высокобороуглеродистых износостойких наплавочных материалов / С. Н. Попов, А. Д. Антонюк // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. — 2009. — № 2. — С. 31 — 36.

75. Попов, С. Н. Оптимизация износостойкого наплавочного сплава системы Бе-С-П-В для условий изнашивания закрепленным абразивом

76. C. Н. Попов, А. Д. Антонюк // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. 2009. - № 1. — С. 93 - 99.

77. Походня, И. К. Производство порошковой проволоки / И. К. Походня, В. Ф. Альтер, В. Н. Шлепаков. — Киев: Высшая школа, 1980. 230 с. 22

78. Походня, И. К. Сварка порошковой проволокой / И. К. Походня,

79. A. М. Суптель, В. Н." Шлепаков. — Киев: Наукова думка, 1972. 224 с.

80. Разработка процесса и исследование некоторых технологических особенностей электрошлаковой наплавки лентами / И. И. Фрумин,

81. B. К. Каленский, Ю. А: Панчишин и др. // Теоретические и технологические основы наплавки. Новые процессы механизированной наплавки: Сб. науч. тр., Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1977. С. 83 - 89.

82. Рентгеноструктурное исследование покрытий, полученных электродуговой наплавкой композиционного порошка на основе карбида титана / Л. И. Сараев и др. // Сварочное производство. —2000: -№8. -С.21-23.

83. Рябцев, И. А. Высокопроизводительная широкослойная наплавка электродными проволоками и лентами: Обзор / И. А. Рябцев // Автоматическая сварка. 2006. - № 7. - С. 28 - 32.

84. Рябцев, И. А. Износостойкость наплавленного металла системы легирования Ре-С-Сг-ТьМо / И. А Рябцев, И. А. Кондратьев, В. Г. Васильев // Автоматическая сварка. -2002. —№4. —С. 48-51.

85. Рябцев, И. А. Электродные материалы для механизированных способов дуговой наплавки / И. А. Рябцев // Автоматическая сварка. 2005. -№8.-С. 55-59.

86. Самсонов, Н. Г. Температурный режим при электрошлаковой наплавке порошковой проволокой / Н. Г. Самсонов, Н. В. Королев, Л. Н. Бармин / Автоматическая сварка. 1981. - № 1. — С. 34 - 38.

87. Свойства композиционных материалов, полученных дуговой наплавкой / А. В. Арабей, Н. А. Гринберг, И: Б. Лужанский, В. И. Юхвид // Наплавленный металл. Состав, структура, свойства: Сб. науч. трудов. Киев: ИЭС им Е. О. Патона НАНУ, 1992: - С. 88 - 89.

88. Серебрякова; Т. И. Высокотемпературные бориды / Под ред. Трефилова В. И. М.: Металлургия, 1991. - 367 с.

89. Соколов, Г. Н. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей / Г. Н. Соколов, В. И.'Лысак / ВолгГТУ. Волгоград, 2005. - 284 с.

90. Соколов, Г. Н. Новые термостойкие композиционные материалы для наплавки на прессовый инструмент / Г. Н. Соколов // Вопросы материаловедения. 2004. - № 4. - С. 51 - 59.

91. Соколов, Г. Н. Совершенствование состава наплавленного металла системы Ре-Сг-Мо-С для дуговой и электрошлаковой наплавки / Г. Н. Соколов // Наплавленный металл. Состав, структура, свойства: Сб. науч. тр., Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1992. С. 49 - 51.

92. Сорокин, Г. М. Методы выбора износостойких наплавочных сплавов / • Г. М. Сорокин // Вестник машиностроения. 2005. - № 4. - С. 25 - 29.

93. Степанов, Б. В. Высокопроизводительные методы наплавки / Б. В. Степанов. -М.: Машиностроение, 1977. 77 с.

94. Уманский, А. П. Контактное взаимодействие двойного диборида титана и хрома со сплавами Fe-Cr / А. П. Уманский, В. П. Коновалов, А. Д. Панасюк, Е. П. Дворник // Порошковая металлургия. 2007. - № 1/2.-С. 109-115.

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

96. Усовершенствование способа электрошлаковой наплавки с обеспечением высокой твердости наплавленного слоя / Я. Ю. Компан, А. Н. Сафонников, А. Н. Петров, Э. А. Свирский // Сварочное производство. 1994. - № 4. - С. 17 - 19.

97. Феоктистов, А. В. Модифицирование белых износостойких чугунов бором / А. В. Феоктистов, И. Ф. Селянин, А. В. Быстров // Изв. вузов Черн. металлургия. 2001. -№ 10. - С. 62 - 63.

98. Физическое моделирование процесса электрошлаковой наплавки в токоподводящем кристаллизаторе с полым катодом / А. А. Артемьев, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, В. И. Лысак // Изв. вузов. Черная металлургия.-2008.-№1.-С. 32-35.

99. Формирование высокотемпературных областей в шлаке при электрошлаковой наплавке / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, А. А. Артемьев, В. И. Лысак // Сварка и диагностика. 2009. - №3. — С. 39- 43.

100. Хрущев, М. М. Износостойкость и структура твердых наплавок / М. М. Хрущев, М. А. Бабичев, Е. С. Беркович и др. М.: Машиностроение, 1971. - 96 с.

101. Хрущев, М. М. Склерометрия / М. М. Хрущев. М.: Наука, 1968.-205 с.

102. Хрущов, М. М. Абразивное изнашивание / М. М. Хрущов, М. А. Бабичев. М.: Наука, 1970. - 251 с.

103. Цикуленко, А. К. Некоторые аспекты формирования наплавленного слоя при порционной электрошлаковой наплавке с применением жидкого присадочного металла / А. К. Цикуленко // Современная электрометаллургия, 2007. - № 2. - С. 7 - 11.

104. Шеенко, И. Н. Современные наплавочные материалы / И. Н. Шеенко, В. Д. Орешкин, Ю. Д. Репкин. Киев: Наук, думка, 1970. - 238 с.

105. Электрошлаковая наплавка жидким присадочным металлом штамповых кубиков / В. А. Носатов, Т. X. Овчинникова, О. Г. Кузьменко // Наплавка при изготовлении деталей машин и оборудования: Сб науч. тр., Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1986. С. 75 -77.

106. Электрошлаковая наплавка термостойкого сплава на основе №зА1 на сталь с целью упрочнения инструмента для горячего деформирования сталей / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин и др. // Вопросы материаловедения. 2004. - № 2. - С. 87 - 98.

107. Электрошлаковая наплавка торцовых поверхностей изделий с использованием двухконтурной схемы питания шлаковой ванны / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, A.A. Артемьев, В. И. Лысак // Автоматическая сварка.-2008.-№1.-С. 12-16.

108. Электрошлаковая сварка и наплавка / под ред. Б. Е. Патона. М.: Машиностроение, 1980.— 511 с.

109. Юзвенко, Ю. А. Легирование наплавленного металла бором / Ю. А. Юзвенко, В. М. Мозок, Т. А. Павлова // Автоматическая сварка. 1973.-№6.-С. 51-53.

110. Dallaire, S. Development of Cored Wires for Improving the Abrasion Wear Resistance of Austenitic Stainless Steel / S. Dallaire and H. Levert // Journal of Thermal Spray Technology. 1997. - № 6(4). - P. 456 - 462.

111. Dilawary, A. An analysis of heat and fluid flow phenomena in electroslag welding / A. Dilawary // Welding journal. 1978. - № 1. - P. 116 - 122.

112. Dilthey, U. Modification of the electroslag process opens us possibilities with regard to weld surfacing / U. Dilthey, K. Woeste, I. Aretov// Welding and Cutting. 2006. - №4. - P. 215 - 220.

113. Electroslag cladding of end surfaces of parts by using slag pool double-loop power circuit / И. В. Зорин, Г. H. Соколов, А. А. Артемьев, В. И. Лысак // Paton Welding Journal. 2008. - № 1. - С. 9 - 12. - Англ.

114. Filler materials for manual and automatic welding // ESAB welding handbook. Goteborg: ESAB AB. - 2002. - 282 p.

115. Galazzi, G. Practical application of ESAB strip cladding technology / G. Galazzi, S. Rigdal, M. Kubenka // Svetsaren. 2007. - № 1. - P. 17 - 22.

116. Hoyle, G. Electroslag Processes Principles and Practice / G. Hoyle // Applied Science Publishes, 1983.-251 p.

117. Hubert, D. Development and optimization of iron chromium-boron-carbon alloys for metal-arc welding of hard-facings with flux-cored electrodes / D. Hubert, K. Granat, E. Ludscheider // Schweissen und scheiden. - 1989. -№ 12.- P. 212-215.

118. Jardy, J. Magnetogydrodynamic and termal behavior of electroslag remelting slags / J. Jardy, D.Ablitzer, J; F. Wadier // Metal Trans. B, 1991. -22(B) P. 111-120.

119. Kawasaki, H. Develops electroslag welding technology // Iron and Steel Engenearing. 1981. — 58, № 2. — P. 109-110.

120. Kivineva, T. I. Particulate reinforced metal matrix composite as a weld deposit / T. I. Kivineva, D. L. Olson, D. K Matlock // Welding journal. -1995. -№3.- P. 83-92.

121. Munro, R. G. Material properties of titanium diboride / R. G. Munro // Journal of research of the National institute of standards and technology. -2000. № 5(105). - P. 709 - 720.

122. Oh, Y. Low-dilution electroslag cladding for schipbuilding / Y. Oh, J. Devletian, S. Chen // Welding Journal. 1990. - № 8. - P. 37 - 44.

123. Pat. 101658980 CN B 23K 35/22, 35/36 Open arc overlaying wire material with strong abrasive resistance for grinding roller and grinding disk / Huarong Zhou, Xiaohai Hu. -publ. 27.08.2008.

124. Pat. 55136566 JP Horizontal electroslag buildup welding method / Nakano Shiyouzaburou, Kou Noriji, Nishiyama Noboru, Akusa Kazuo, Furuo. Masaaki. publ. 24.10.80.

125. Pat. CA2201969A1 C 23C 4/10 Thermally sprayed metal-based composite coatings. National reaseach consil of Canada / Dallaire S., Eevert H. publ. 03.06.97.

126. Podchernyaeva, I. A. Structure and properties of TiB2 A1N coatings made by spark and laser methods / I. A. Podchernyaeva, A. D. Panasyuk, V. P. Katashinskii, M. A. Teplenko // Powder metallurgy and metal ceramics. -2000. - № 39. - P. 554 - 559.

127. Review of welding in Japan // Journal of the Japan Welding Society. 1993. -№ 5.-P. 5-82.

128. Schick, W. R. Vertical strip cladding: process control / Welding Journal. — 1988, 67, №3.-P. 17-22.

129. Scott, L. Electroslag process clads ship shafts / L. Scott, R. Andreini. // Welding Journal. 2003, № 11. - P. 41 - 42.

130. Seidel, C. Untersuchungen zum electroschlake-schweissen mit Bandelektrode / C. Seidel, H. Hess // Schw. Sehn. 1971, 23, № 10. - S. 410-411.

131. Soudometal welding consumables for joining, surfacing and hardfacing. — UK, Manchester: Soudoinfor. 1995. - 155 p.

132. Spezial legierungen for reparatur und Instandhaltung. Frankfurt am Main, Germany: Messergriesheim GmbH. - 2001. - 65 p.

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