автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.10, диссертация на тему:Создание сталеалюминиевых композиционных материалов повышенной термостабильности на основе исследования характера пластической деформации металла в околошовной зоне при сварке взрывом

На правах рукописи

004605719

Строков Олег Витальевич

СОЗДАНИЕ СТАЛЕАЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРА ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА В ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЕ ПРИ СВАРКЕ ВЗРЫВОМ

Специальность 05.02.10 — Сварка, родственные процессы и технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 I, ИЮН 2010

Волгоград - 2010

004605719

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

Научный руководитель заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор, ЛЫСАК Владимир Ильич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Защита состоится 01 июля 2010 г. в 1200 на заседании диссертационного совета Д 212.28.02 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 диссертации разослан « мая 2010 г.

Кобелев Анатолий Германович

доктор технических наук, доцент, Шморгун Виктор Георгиевич

Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский и

конструктско-технологический институт оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности»

диссертационного совета

Ученый секретарь

Кузьмин С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сталсалюминиевые композиционные материалы находят широкое применение в различных отраслях промышленности в качестве переходных элементов, деталей и узлов электрометаллургического оборудования. В сталсалюми-ниевых композитах сочетаются высокая прочность сталей с малой плотностью, электросопротивлением и высокой теплопроводностью алюминиевых сплавов. Сварка взрывом позволяет получать высококачественные сталсалюминиевые композиционные материалы больших толщин и размеров.

Во многих случаях композиционные материалы работают в условиях воздействия высоких температур, динамических нагрузок и агрессивной среды. Особенности физико-химического взаимодействия алюминия с железом накладывают определенные ограничения на максимально допустимые температуры нагрева сталеалюминие-вых композитов из-за образования на границе сварного соединения хрупких интерме-таллидных соединений, приводящих к резкому снижению прочности и росту переходного электросопротивления.

Радикальным приемом, расширяющим температурный диапазон эксплуатации биметаллических соединений, является создание диффузионных барьеров в виде дополнительных промежуточных (одной или несколько) прослоек между основными слоями композита, которые препятствуют протеканию реактивной диффузии и образованию интерметаллидов.

Вопросам изучения влияния температуры нагрева на свойства композиционных материалов посвящены работы многих известных ученых в области материаловедения: Ларикова Л. Н., Лайнера Д. Н., Рабкина Д. М., Рябова В. Р., Засухи П. Ф., Куракина А. К., Фальченко В. М., Макунина М. С., Карпиноса Д. М., Brautman L.J., Lubin J. и др.

Применению сварки взрывом для создания сталеадюминиевых композиционных материалов с высокими эксплуатационными свойствами посвящены работы Тры-кова Ю. П., Седыха В. С., Лысака В.И., Сахновской Е. Б., Беляева В. И., Демьяновича А. Б., Богунова А.З., Crossland В., NobiJi A., Banker J., Teruhiko В., Etsuji К. и др., в которых авторы предлагают применять в качестве диффузионного барьера промежуточные разделительные слои из серебра, титана и др., которые либо вводятся между алюминием и сталью как самостоятельные слои (серебро, титан), либо-формируются на поверхности стальной основы химико-термическими, гальваническими и др. методами (азотирование, хромирование). При этом открытым остается вопрос о влиянии параметров деформационно-энергетического воздействия при сварке взрывом на прочностные и эксплуатационные свойства получаемых композитов. Сведения о влиянии

Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук, доценту В.И. Кузьмину за участие в формировании направления работы и неоценимую помощь в анализе результатов исследований

температурно-времеииых условий на структуру и прочность композитов, содержащих хромовый подслой или азотированный слой, носят отрывочный характер, что требует проведения дополнительных системных исследований.

Актуальность выбранной темы диссертационного исследования подтверждается ее выполнением по госбюджетным программам Минобрнауки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы 2009-2010 г.», «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники 2005 г.», грант Минобрнауки «Инновационные проекты аспирантов и студентов 2005 г.» и др.

Цель и задачи работы. Целью диссертационного исследования является создание сталеалюминиевого композиционною материала повышенной термостабильности на основе изучения деформационно-энергетических условий формирования соединений при сварке взрывом и влияния температурно-временных условий на эксплуатационные свойства композита.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Исследовать влияние условий сварки взрывом на структуру и прочность стале-алюминиевого композита с различными диффузионными барьерами.

2. Изучить особенности деформирования металла в ОШЗ при сварке взрывом сталеалюминиевого композиционного материала с подслоем хрома, нанесенного гальваническим методом.

3. Исследовать влияние режима термообработки на структуру и эксплуатационные свойства сталеалюминиевого композита с диффузионными барьерами (азотированный слой, подслой хрома).

4. На базе анализа результатов проведенных исследований разработать новые высокоэффективные способы создания сталеалюминиевого композиционного материала с диффузионным барьером и технологический процесс изготовления с помощью сварки взрывом энергосберегающего композиционного токоподводящего узла алюминиевого электролизера.

Научная новизна работы заключается в выявлении закономерностей получения равнопрочного соединения при сварке взрывом стали с алюминием с тонкими промежуточными диффузионными барьерами и особенностей образования в зоне соединения таких композитов интерметаляидиых фаз и структур при повышенных температурах.

Впервые выявлен эффект значительного (более чем в 3 раза) повышения прочности соединения гальванически нанесенного на стальную основу тонкого подслоя хрома с последней за счет реализации в процессе сварки взрывом узколокаличованной сдвиговой пластической деформации на границе «хром-сталь», в результате чего композит А5+Сг+СтЗ становится равнопрочным, при этом существенно расширяется область сварки взрывом алюминия со статью. Показано, что при толщинах подслоя хрома менее 15 мкм значительные деформации его удлинения в процессе высокоскоростного нагружения приводят к разрушению и дроблению этого подслоя и, как следствие,

он перестает в полной мере выполнять роль диффузионного барьера. При толщинах подслоя более 80 мкм прочность его соединения со сталью падает до исходной (адгезионная прочность гальванического покрытия) прочности, что связано с существенным уменьшением доли работы деформации, затрачиваемой на сдвиг приконтактных объемов металла в околошовной зоне границы «хром-сталь».

Показано, что введение в сталеалюминиевый композит промежуточных диффузионных барьерных слоев (азотированный поверхностный слой стали или подслой хрома) повышает его эксплуатационные свойства за счет смещения начала образования и интенсивного роста диффузионных прослоек в область высоких температур. При этом композит А5+Сг+СтЗ сохраняет термостабильность до Т ~ 570 °С, соединение А5+СтЗ (азот.) до 7"= 610 °С, в то время как композит А5+СтЗ - до Т< 400 °С.

Практическая значимость. Проведенные исследования позволили решить задачу создания композиционного материала с антидиффузионным слоем и обоснованно подойти к назначению режимов сварки взрывом, обеспечивающих получение равнопрочного соединения в сварном шве с минимальным развитием структурной и химической неоднородностей. Полученные результаты исследований позволили дать практические рекомендации и разработать технологический процесс изготовления с помощью сварки взрывом композиционного токоподводящего анодного узла алюминиевого электролизера. Для ОАО «ВгАЗ-СУАЛ» изготовлена опытно-промышленная партия композиционного сталеалюминиевого переходника с диффузионным барьером, годовой экономический эффект от внедрения составил более 500 тыс. руб. (доля автора 25%). Разработки защищены тремя патентами Российской Федерации на изобретения.

Методы исследования. Экспериментальная часть работы выполнена с применением стандартных методов оптической микроскопии с помощью инвертированного микроскопа «Axiovert» 40 МАТ, сканирующего зондового микроскопа Solver Pro, механических испытаний на отрыв слоев (разрывная машина Р-500), рентгеноструктур-ного анализа (ДРОН-3). Расчет параметров соударения свариваемых элементов и математическая обработка полученных результатов осуществлялись с помощью общепринятых математических моделей и специализированных пакетов прикладных программ. Деформация в зоне соединения свариваемых материалов оценивалась методом слоистых модельных вставок и реперных линий.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международных и всероссийских конференциях: «Современные материалы и технологии - 2002» (Пенза 2002 г), «Сварка на рубеже веков» (Москва 2003 г), «Новые перспективные материалы и технологии» (Волгоград 2004, 2007 г), научно-техническая конференция, посвященная 150-летию Н. Г. Славянова (г. Пермь 2004 г), международный симпозиум (г. Лисе, Нидерланды 2008г.), VII междунар. Рос.-Казахстаа.-Японской науч. конф. «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов» (Москва 2009), «Наука. Технологии. Инновации» (г. Ново-

сибирск 2009 г), V Евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур ПРОСТ- 2010» (Москва 2010 г).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано б статей в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 9 статей в сборниках научных трудов, 8 тезисов докладов на научно-практических конференциях, получено 3 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и результатов работы, списка использованной литературы и приложения. Она изложена на 174 листах машинного текста, содержит 85 рисунков и 14 таблиц. Список литературы содержит 168 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована научная новизна, определены цели и задачи исследования, практическая значимость полученных результатов и их реализация.

В первой главе проанализированы особенности взаимодействия и способы соединения алюминия со сталью. Показано, что алюминий со сталью относится к трудно свариваемой паре металлов. Это определяется, прежде всего, физико-химическими свойствами соединяемых металлов.

Анализ способов создания композиционного материала алюминий - стань показал, что наиболее рациональным, а иногда и единственно возможным, является сварка взрывом. Она позволяет получать равнопрочные сталеалюминевые соединения по всей площади композиционного материала, обеспечивает отсутствие интерметаллидов в зоне сварки, не требует затрат па дорогостоящее оборудование.

Проведенный анализ условий эксплуатации композиционного сталеалюминие-вого переходника в условиях электролизного производства показал, что в процессе монтажа и пуска анодного узла алюминиевого электролизера сталеалюминиевый композит нагревается до температур 400...500 °С, вследствие чего в зоне соединения образуются интерметаллиды, резко снижающие его прочность и повышающие переход-нос электросопротивление. Одним из наиболее перспективных способов, позволяющих воспрепятствовать или замедлить диффузию находящихся в контакте металлов, является создание диффузионных барьеров в виде одной или нескольких прослоек между основными слоями. Вопросам создания диффузионных барьерных слоев между сталью и алюминием посвящены работы Рябова В.Р., Ларикова Л.Н., Фальченко В.М., Рабкина Д.М., Brautman L.J., Lubin J., анализ которых показал, что при использовании, например, прослойки серебра температурный интервал образования интерметаллидов смещается в область более высоких температур. В работах Трыкова IO. П., Сах-новской Е. Б., Беляева В. И., Демьяновича А. Б., Куракина А.К. показана возможность повышения эксплуатационных свойств сталеалюминиевого композита путем введения при сварке взрывом между основными слоями металлов подслоя стали, легированной

никелем, медью и др. элементами, легирование алюминия кремнием и др. В исследованиях Nobili A., Banker J., Teruhiko В., Etsuji К. показано, что введение подслоя титана позволяет сместить температуру начала образования интерметаллидов в сталеалю-миниевом композите. Возможности повышения температуры эксплуатации сталеалю-миниевого композита при прокатке с применением в качестве диффузионного барьера гальванических покрытий на стали посвящены исследования Рябова В.Р., Nobili А., Banker J.

На основе проведенного анализа были сформулированы основные требования к способам получения композиционного сталеалюминиевого материала с диффузионным барьером.

Во второй главе приведены свойства используемых материалов, выбраны схемы и технологические режимы процесса получения сталеалюминиевых композитов сваркой взрывом, описана методика проводимых экспериментов и способов обработки полученных опытных данных.

Для изучения и сравнительного анализа свойств полученных новых композиционных материалов были выбраны традиционно используемые критерии оценки качества: прочность на отрыв слоев, количество оплавленного металла в ОШЗ, удельное переходное электросопротивление в зоне контакта, микротвердость и микроструктура зоны соединения.

Оценку скорости детонации ВВ проводили во взрывной камере с использованием электроконтактных датчиков и современной регистрирующей аппаратуры (цифровые осциллографы, частотомеры).

Сдвиговую остаточную деформацию металла ОШЗ изучали с помощью метода слоистых моделей. В неподвижной стальной и метаемой алюминиевой пластинах выфрезеровывали специальное окно-колодец со стенками, строго перпендикулярными её поверхностям, в которое без зазоров устанавливали поперечную (перпендикулярную) слоистую модельную вставку. Из сваренных взрывом сталалюминиевых заготовок с перпендикулярными моделями изготавливали микрошлифы, на которых с помощью оптического микроскопа исследовались границы соединения композита. Построение эпюр деформации выполняли с помощью пакета прикладных программ, разработанных на кафедре сварочного производства ВолгГТУ. Изучение механизма образования соединения в композите А5-Сг-СтЗ проводили с помощью рсперных линий, нанесенных на боковые поверхности образцов-вставок.

Измерение переходного электросопротивления осуществляли по методике, заключающейся в непосредственном измерении падения напряжения в сталеалюминиевых образцах при пропускании через них постоянного тока известной величины. Z-образные образцы содержали биметаллическую часть и выводы для крепления токо-подвода со строго фиксированными размерами, контролируемыми измерением с помощью инвертированного микроскопа «Axiovert» 40 МАТ.

При проведении качественного фазового анализа рентгеновские съемки выполняли на дифрактометре ДРОН-3 в интервале углов от 20 до 110 град при скорости движения счетчика 1 град/мин и скорости движения диаграммной ленты 720 мм/час с шагом отметки углов 1 град. Для идентификации диффузионных прослоек у исследованных образцов проводили послойную рентгеновскую съемку от поверхности сваренных металлов до зоны соединения.

В третьей главе представлены результаты исследования условий формирования соединения при сварке взрывом сталеалюминиевых композитов с диффузионными барьерами. В качестве диффузионного барьера между алюминием и сталыо применяли подслой хрома и азотированный слой на поверхности стали.

Создание на поверхности стали химико-термической обработкой тонкого (0,4...0.6 мм) азотированного слоя, как следует из анализа литературных данных, позволяет реализовать условия для замедления протекания диффузионных процессов в полученном сваркой взрывом сталеалюминиевом композите, т. е. сместить температурный интервал начала образования в зоне соединения хрупких интермегаллидов в область более высоких температур. Исследование влияния кинематических параметров на свойства сваренного взрывом сталеалюминиевого соединения показало, что для композита с азотированным поверхностным слоем на стали (именуемого в дальнейшем А5+СтЗ(азот.) диапазон скорости соударения, обеспечивающий получение равнопрочного соединения, составляет V-350...450 м/с (рис. 1). Следует отметить, что наличие тонкого азотированного слоя на поверхности стальной заготовки не оказывает существенного влияния на диапазон свариваемости алюминия со сталыо.

В отличие от предыдущего случая при использовании подслоя хрома, предварительно нанесенного на поверхность стальной основы гальваническим методом, прочность его соединения со сталью не превышает (по литературным данным) 30...40 МПа, что. естественно, служит препятствием получению равнопрочного композита А5+Сг+СтЗ. Однако в опытах по сварке взрывом такого материала при определенных

Рис. 1. Влияние скорости соударения Ус на прочность а„ш/, соединения А5 + СтЗ (азот.) при Ук= 2200 м/с

Фугр.

МПа 125 100 75 50 25

0

100 $СГ! МКМ

Рис. 2. Влияние толщины подслои хрома ¿¡о па прочность <готр соединения стаиеалюми-ниевого композиционного материала,: I -А5 + СтЗ; 2 - А5+Сг+ СтЗ; прочность соединения подслоя хрома со сталью (Ус=300 м/с, К„.=2000 м/с)

У-0,8

0,6 0,4

0,2 0 0,2

0,4 0.6

Рис. 3. Эпюры сдвиговой деформации металла в OI1I3 сваренного взрывом сталеалюми-ниевого композита при различных толщинах подслоя хрома Scr (Vc=300 м/с, К„=2000 м/с): а - Scr= 10 мкм, б - Scr = 50 мкм; в - Se, = SO мкм.

условиях удалось достичь уровня равнопрочности. Экспериментально установлено, что при тол-шине подслоя хрома <54>=10...80 мкм и скорости соударения Кс.=270...350 м/с прочность сваренного взрывом композита лежит в диапазоне !20... 130 МПа, а разрушение образцов происходит по алюминию (рис. 2). При 5„ > 80 мкм прочность композита резко снижается с разрушением по границе Сг-СтЗ.

Очевидно выявленный эффект существенного повышения прочности соединения Сг-СтЗ связан с особенностями протекания деформационно-энергетических процессов в зоне соединения.

С целью выявления основных закономерностей пластического деформирования металла околошовной зоны о условиях высокоскоростного косого соударения разнородных металлических пластин (алюминия и стали с подслоем хрома) проводили опыты, в каждой серии которых для фиксированных значений скорости точки контакта V\ и скорости соударения Ус варьировали толщину подслоя хрома <5с,. Установлено, что при <5о~Ю мкм максимальная сдвиговая деформация gmax, измеренная в непосредственной близости от границы раздела слоев, в алюминии составляет около 170 %, а в стали - около 110 %. Граница соединения имеет неравномерный волнообразный профиль с отдель-

ными участками без слоя хрома (рис. 3, а). С увеличением дсг до 40...50 мкм максимальная сдвиговая деформация в стальном слое уменьшается и составляет gmax = 70...80 % (рис. 3, б). Глубина продеформированного металла со стороны стали уменьшается в 2 раза, и составляет 0,25...0,30 мм. При дальнейшем увеличении SCr деформация gmax в стали продолжает снижаться и при толщинах свыше 100 мкм практически отсутствует.

Экспериментально установлено, что с увеличением скорости соударения Vc наблюдается существенный рост значений gmt¡x и глубины продеформированного металла у как со стороны алюминия, так и со стороны стали (рис. 4).

Показано, что степень сдвиговой пластической деформации glmix в алюминии в непосредственной близости от границы раздела А5-Сг зависит только от скорости соударения Vc, которая функционально определяет величину удельной энергии, затрачиваемой на пластическую деформацию металла W2 (рис. 5). В стали реализованные значения gmax вблизи линии контакта зависят не только от К„ но и от толщины подслоя хрома 5Сг. При этом установлено, что подслой хрома в процессе соударения подвергается двум видам деформации: сдвига вблизи контактных границ с алюминием и сталью и растяжения в макрообъеме. По мере увеличения 8Сг уровень сдвиговых деформаций вблизи линии соединения Сг-С.тЗ, ответственных за активацию контактных поверхностей, уменьшается, стремясь к нулю при ¿„.=100 мкм (рис. 5). При этом практически вся работа деформации как доля всей приходящаяся . на пластическое деформирование системы «подслой Сг-еталь», затрачивается на удлинение прочного подслоя хрома (рис. б, 7); что обуславливает резкое снижение прочности данного композита.

Рис. 4. Влияние скорости соударения Ус на распределение gmax в металле ОШЗ сваренного взрывом композита А5+Сг +СтЗ: 1 - У^ЗОО м/с; 2 -К~400 м/с: 3 - Уе~500 м/с

нет сварки

нет сварки

IÍPT

сварка^-;

сварки

нет

сварки

V, м/с

Рис. 5. Области сварки взрывом композита А5+С?'+СтЗ: значения максимальных сдвиговых деформаций в алюминии (1) и в стали (2)

Рис.6. Баланс энергии на межслойных границах в композите А5+Сг+СтЗ при варьировании толщины подслоя хрома: а - ¿сг=50 мкм, б - д„-](Ю мкм

а б в

Рис. 7. Микроструктура зоны соединения А5+Сг+СтЗ с реперпыми линиями до (а) и после (б, в) сварки взрывом (х200): а, б ~öcr=50 мкм, в - öа= 70 мкм

С увеличением толщины подслоя хрома Sc, от 50 до 100 мкм, доля энергии, расходуемой на его деформацию удлинения WCr, увеличивается с 27 % до 44 %, при этом энергия Wc„ß.cr, затрачиваемая на сдвиговую деформацию на границе Сг-СтЗ, уменьшается более чем в б раз.

Установлено, что в композите А5+Сг+СтЗ в процессе сварки его взрывом первоначально сварное соединение формируется на границе А5-Сг, достигая равнопроч-ности алюминия при значениях скорости соударения Ус=220 м/с (рис. 8). При этом в целом прочность композита близка к прочности адгезионного соединения подслоя хрома со сталью (ö =0,4aAt). по границе раздела которых происходит разрушение композита при испытаниях. При увеличении Vc наблюдается резкое нарастание прочности на обеих границах (А5-Сг и Сг-СтЗ) за счет активации деформационных процессов и роста уровня сдвиговой деформации gmax на границе Сг-СтЗ (рис. 8). В этом случае разрушение образцов композита происходит по алюминию.

Чрезмерное же увеличение Ус > 450 м/с приводит к снижению прочности композита вследствие образования трещин в хрупком подслое хрома из-за больших деформаций растяжения и исчерпания им запаса пластичности (рис. 8).

Четвертая глава посвящена исследованию влияния темпе-ратурно-времениых условий на структуру и свойства созданных новых сталеалюми-пиевых композитов.

Для оценки эксплуатационных свойств сталеапюминиевых композитов с диффузионными барьерами производили нагрев образцов в интервале температур 250...640 "С с выдержкой 1.. .10 час (рис. 9). Результаты испытаний показали, что при нагреве до 570 °С и т=1 ч наибольшей прочностью соединения а„т,,-96 МПа обладает сталеалюминиевый композиционный материал с подслоем хрома, при этом прочность соединения у стадеадюминиевых образцов с азотированным поверхностным слоем была несколько ниже и составляла 82 МПа (рис. 9).

МПа 120

1 100 80 60 40 20

0 Т. °С

Рис.9. Влияние режимов термообработки на прочность сталеапюмгшиевого композита с диффузионным барьером (1...4) и без него (5, 6): 1 Л5+Сг *-СтЗ, 1-1 ч; 2 -А5+:Сг+СтЗ. х - 10 ч; 3 - АЗ+СтЗ (азот.), т 1 ч; 4 - А5+СтЗ (азот.), т = 10 ч; 5 -А.5+СтЗ. т = / ч: 6 - А5+СтЗ. т = 10 ч.

С'г+СтЗ

Ус, м/с

Рис. 8. Влияние скорости соударения Ус на относительную прочность аотр на границах А5-Сг, Сг-СтЗ и композита в целом

При дальнейшем увеличении температуры нагрева до 600 °С и выдержке т=1 ч наблюдалось резкое падение прочности сталеалюминисвого композита с диффузионным барьером из подслоя хрома вплоть до полного расслоения образцов по границе А5-Сг, в то время как в сталсалюминиевых образцах с диффузионным барьером в виде азотированной поверхности на стали сохранялось равнопрочное соединение (рис. 9). Столь резкое падение прочности у сталеалюминисвых образцов с подслоем хрома объясняется образованием интерметаллидов типа СгА17 и РеСг в зоне соединения.

Анализ результатов проведенных исследований показал, что при температурах нагрева свыше 570 °С большей термостабильностью обладает сталсалюминиевый композиционный материал с азотированной стальной поверхностью, у которого расслоение образцов наблюдается при 7"=620...630 °С, что на 40...50 °С выше по сравнению с образцами из сталсалюминиевого композита с подслоем хрома. Однако стоит' отметить, что в процессе эксплуатации композиционный сталсалюминиевый узел подвергается нагревам не более 250 "С, а максимальные температуры до 400...500 °С он испытывает при монтаже анодного узла (сварка плавлением) и пуске алюминиевого электролизера. Поэтому композиционный материал с подслоем хрома за счет отсутствия в зоне соединения хрупких оплавов, по границам которых происходит начальный рост интерметаллидов, обладает более высокими эксплуатационными свойствами.

Исследования влияния температурно-временных условий па структуру и свойства сталеалюминиевого композиционного материала с промежуточными антидиффузионными слоями (азотированный поверхностный слой стали или подслой хрома) показало, что температура эксплуатации повышается за счет смещения начала образования и интенсивного роста диффузионных прослоек в область более высоких температур, причем композит А5+Сг+СтЗ сохраняет термостабильность до Т ~ 570 °С, а соединение А5+СтЗ (азот.) до Г~ 610,°С, в то время как композит А5+СтЗ - не более Т< 400 °С. ^

В пятой главе приведены результаты электрофизических исследований и эксплуатационных испытаний полученных новых композиционных сталеапюминиевых переходников с диффузионным барьером. Полученные результаты исследований позволили сделать практические рекомендации и разработать научно-обоснованный технологический процесс изготовления с помощью сварки взрывом энергосберегающего композиционного токоподводящего узла для электрометаллургического оборудования.

Исследование влияния темпёратуры нагрева композита на изменение удельного переходного электросопротивления р/ показало, что электрофизические свойства сталеалюминиевого композита с азотированным слоем значительно превышают свойства композита без диффузионного барьера. Так, после нагревов при Г=500 °С у сталеалю-миниевых образцов с азотированным слоем удельное переходное электросопротивление не превышало 28...30 мкОм*мм2, а в образцах без диффузионного барьера р1 по-

высилось более чем в 2 раза и составило 62...64 мкОмхмм2. На величину удельного переходного электросопротивления р1 сталеалюминиевого композита без диффузионного барьера существенное влияние оказывает количество оплавленного металла Когт. Так при содержании в сварном соединении до 50% оплавов р1 возрастает более чем в 2 раза, что соответственно приводит к значительным потерям электроэнергии в процессе эксплуатации такого композиционного переходника. Причем, наименьшая величина удельного переходного электросопротивления наблюдается у сталеалюминиевого композита с подслоем хрома, что связано с отсутствием в зоне соединения хрупких оплавов.

Для ОАО «ВгАЗ-СУАЛ» изготовлена и внедрена опытно-промышленная партия композиционных сталеалюминиевых переходников с диффузионным барьером для то-коподводящего анодного узла алюминиевого электролизера, что позволило повысить долговечность и уменьшить потери электроэнергии более чем в 2 раза по сравнению с базовой конструкцией узла за счет снижения перепада напряжения. При этом потери электроэнергии непосредственно на границе сваренного взрывом соединения алюминия со сталью не превышают 3% от общих потерь в контакте «штырь-штанга» (рис. 10).

Ш - новая конструкция ■ - базовая конструкция

Рис. 10. Схема замера и сравнительные данные измерения перепада напряжения ЛИ на ОАО «ВгАЗ-СУЛЛ» в анодном узле алюминиевого электролизера: 1 - стальной штырь; 2 - сварной шов; 3 - стальной слой переходника; 4 - азотированный слой; 5 - алюминиевый слой переходника; 6 - алюминиевая штанга

Новые разработки защищены патентами РФ №2194600, 2270742, 84386 и внедрены на ОАО «ВгАЗ-СУАЛ». Годовой экономический эффект от внедрения разработок составил более 500 тыс. руб (доля автора 25%).

Общие выводы

1: Разработаны новые высокоэффективные способы получения с помошыо сварки взрывом композиционного сталеалюминиевого материала повышенной термо-стабилышсти. основанные на создании между алюминием и сталыо диффузионного барьера, роль которого может выполнять либо тонкий азотированный слой на поверхности стали, либо тонкий подслой хрома. Установлено, что толщины азотированного слоя на стали в диапазоне 0,4...0,6 мм, а для подслоя хрома - 0,03...0,07 мм обеспечивают торможение диффузионных процессов на границе соединения алюмншщ-сталь и, тем самым, позволяет сместить температурный интервал образования хрупких интср-маталлидов в область более высоких температур.

2. Впервые выявлен эффект значительного (более чем в 3 раза) повышения прочности соединения гальванически нанесенного на стальную основу тонкого подслоя хрома с последней за счет реализации в процессе сварки взрывом узколокализо-ванной сдвиговой пластической деформации на границе «хром-сталь», в результате чего композит А5+Сг+СтЗ становится равнопрочным, при этом существенно расширяется область оптимальных параметров сварки взрывом алюминия со сталыо из-за отсутствия возможности образования в зоне соединения хрупких оплавов. Показано, что при толщинах подслоя хрома менее 15 мкм значительные деформации его удлинения в процессе высокоскоростного нагружения приводят к разрушению и дроблению данного подслоя и, как следствие, он перестает в полной мерс выполнять роль диффузионного барьера. При толщинах подслоя более 80 мкм прочность его соединения со сталью падает до исходной (адгезионная прочность гальванического покрытия) прочности, что связано с существенным уменьшением доли работы деформации, затрачиваемой на сдвиг приконтактпых объемов металла в околошовной зоне границы «хром-сталь».

3. Показано, что наибольшее влияние на величину и характер распределения сдвиговой пластической деформации сваренного взрывом композита алюмшшй-хром-сталь оказывает скорость соударения Кс и толщина диффузионного барьера дСг Установлено, что с увеличением скорости соударения Ус при постоянной величине скорости контакта К„. наблюдается существенный рост максимальных сдвигов g„„,v и глубины продеформированного металла у как со стороны алюминия, так и со стороны стали. Увеличение толщины подслоя хрома при идентичных режимах сварки приводит, наоборот, к уменьшению §тах и у со стороны стали, в то время как максимальная сдвиговая деформация со стороны алюминия остается неизменной.

4. Показано, что введение в сталеалюминиевый композит промежуточных диффузионных барьерных слоев (азотированный поверхностный слой стали или подслой хрома) повышает его эксплуатационные свойства за счет смещения начала образования и интенсивного роста диффузионных прослоек в область высоких температур. При этом композит А5+Сг+СтЗ сохраняет термосТабильность до Т~ 570 °С, соединение А5+СтЗ (азот.) до Т ~ 610 °С, в то время как композит А5+СтЗ - до Т< 400 °С.

5. В процессе эксплуатации композиционный сталеалюминиевый узел подвергается нагревам не более 250 °С, а максимальные температуры до 400...500 °С он испытывает при монтаже (сварка плавлением) и пуске алюминиевого электролизера, поэтому композиционный материал с подслоем хрома за счет отсутствия в зоне соединения хрупких оплавов, по границам которых происходит начальный рост интерметал-лидов, обладает более высокими эксплуатационными свойствами по сравнению с композитом А5+СтЗ (азот).

6. Экспериментально установлено, что на величину удельного переходного электросопротивления pi сталеалюминиевого композита существенное влияние оказывает количество оплавленного металла Кот. Так при содержании в сварном соединении до 50% оплавов pi возрастает более чем в 2 раза, что соответственно приводит к значительным потерям электроэнергии в процессе эксплуатации такого композиционного переходника. Причем, наименьшая величина удельного переходного электросопротивления наблюдается у сталеалюминиевого композита с подслоем хрома, что связано с отсутствием в зоне соединения хрупких оплавов.

7. На базе проведенных исследований сформулированы практические рекомендации и разработана технология изготовления с помощью сварки взрывом токоподво-дящего анодного узла алюминиевого электролизера с композиционным сталеалюми-ниевым переходником (с диффузионным барьером) для ОАО «ВгАЗ-СУАЛ», что позволило повысить надежность, увеличить срок службы анодного узла и снизить потери электроэнергии более чем в 2 раза. Экономический эффект от внедрения новых разработок составил более 500 тыс. руб (доля автора 25%).

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в работах:

Статьи в журналах, входящих в перечень ВАК

1. Особенности создания и свойства сталеалюминиевого композита с диффузионным барьером / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, А.Н. Кривенцов // Перспективные материалы. - 2005. - №6. - С. 65-69.

2. Исследование термостойкости композиционного сталеалюминиевого материала и пути её повышения / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, В.В. Литвинов // Перспективные материалы. - 2007. - № 5. - С. 78-81.

3. Особенности пластического деформирования металла при сварке взрывом композита сталь-алюминий с прослойкой хрома / О.В. Строков, В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, В.В. Литвинов // Физика и химия обработки материалов. - 2008, №4, с. 18-25.

4. Оценка работоспособности композиционного сталеалюминиевого материала с диффузионным барьером, полученного сваркой взрывом / В.И. Кузьмин, О.В. Строков, В.И. Лысак, А.Н. Кривенцов // Изв. ВолгГТУ. Сер. Сварка взрывом и свойства свар-

ных соединений: Межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГГУ. - Волгоград, 2004. - Вып.), №6. - С. 73-77.

5. Исследование возможности повышения работоспособности сваренного взрывом сталеалгоминиевого композита / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, В.В. Литвинов // Известия ВолгГТУ. Серия "Сварка взрывом и свойства сварных соединений": межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2006. - Вып.2, №9. - С. 64-70.

6. Закономерности пластического деформирования металла при сварке взрывом ста-леалюмшшевого композита с прослойкой хрома / О.В. Строков, В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, В.В. Литвинов // Изв. ВолгГТУ. Серия «Сварка взрывом и свойства сварных соединений»: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волпнрад, 2008. - Вып. 3, № 3. - С. 2430.

Изобретения

7. Пат. 2194600 РФ, M ПК 7 В 23 К 20/08 Способ получения композиционного стале-алюминиевого переходника сваркой взрывом / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, А.Н. Кри-венцов, М.А. Яковлев, О.В. Строков; ВолгГТУ. - 2002.

8. Пат. 2270742 РФ, МПК В 23 К 20/08 Способ получения композиционного сталеалгоминиевого переходника сваркой взрывом / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, А.Н. Кри-венцов, О.В. Строков; ВолгГТУ. - 2006.

9. Пат. 84386 РФ, МПК С 25 С 3/16. Анодное устройство алюминиевого электролизёра / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, В.В. Литвинов, Е.А. Никуличев; ВолгГТУ. -2009.

Другие публикации

10. Explosive welding of steel-aluminum composites with an antidiffusion chromium layer/ В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, В.В. Литвинов // Shock-Assisted Materials Synthesis and Processing: Science, Innovations, and Industrial Implementation: [но матер. IX междунар. симпозиума EPNM-2008, проходившего 6-9 мая 2008 года в г. Lisse (Нидерланды)].- М, 2008.-С. 91.-Англ.

11. Кузьмин, В.И. Antidiffusion Barrier in Explosion-Welded Clad Metals / В.И. Кузьмин, О.В. Строков, В.И. Лысак II Shock-Assisted Synthesis and Modification of Materials: [сб. науч. тр.]. -M., 2006.-C. 72,-Англ.

12. Исследование и разработка технологии изготовления сваркой взрывом композиционного материала с диффузионным барьером / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, А.Н. Кри-венцов, М.А. Яковлев, О.В. Строков // МАТИ - сварка XXI века. Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве: Сб. докл. Всерос, науч.-техн. конф., 20-21 нояб. 2003 г. / МАТИ - Рос. гос. технол. ун-т им. К.Э.Циолковского. - М., 2003.-С. 165-168.

13. Исследование и разработка технологии изготовления сваркой взрывом новых то-конодводящих узлов алюминиевого электролизера / М.А. Яковлев, О.В. CipoicoB, В.И. Лысак, В.И. Кузьмин //VII Региональная конференция молодых исследователей Вод-

гоградской области, г.Волгоград, 12-15 ноября 2002 г.: Тезисы докладов / Волгогр. гос. технич. ун-т и др. - Волгоград, 2003. - С. 98-100.

14. Влияние азота на протекание диффузионных процессов в сваренных взрывом сталеалюминиевых композитах / О.В. Строков, В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, А.Н. Кри-венцов // Сварка XXI век. Славяновские чтения: Сборник научных трудов /Липецк, гос. техн. ун-т. - Липецк, 2004. -Кн.1. - С. 376-380.

15. Изготовление сваркой взрывом биметаллических медно-алюминиевых колодок для алюминиевого электролизера / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, А.Н. Кривенцов, О.В. Строков // Новые перспективные материалы и технологии их получения (НИМ) - 2004: Сб. науч. тр. Междунар. науч. конф., Волгоград, 20-23.09.04 / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2004. - Т.П. - С. 150-152.

16. Особенности создания диффузионных барьерных слоев при сварке взрывом сталеалюминиевых композитов / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, А.Н. Кривенцов // Сварка и контроль - 2004: Сб. докл. Всерос. с междунар. уч. н.-т. конф., поев. 150-летию Н.Г.Славянова, 17-20.05.04. Т.1: Н.Г.Славянов. Подгот. кадров. Аттестация. Спецметоды сварки / Перм. гос. техн. ун-т и др. - Пермь, 2004. - С. 110-113.

17. Повышение работоспособности сваренных взрывом композиционных материалов в условиях эксплуатации при высоких температурах / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, А.Н. Кривенцов // Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2004: Сб. науч. тр. Междунар. науч. конф., Волгоград, 20-23.09.04 / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2004.-Т.П.-С. 148-150.

18. Строков, О.В. Исследование влияния азотированного слоя на термостойкость сталеалюминиевого композита / О.В. Строков, В.И. Лысак, В.И. Кузьмин // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. III Всерос. конф., г.Камышин, 20-22 апреля 2005 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ и др. - Камышин, 2005. - Т. 1. - С. 97.

19. Исследование влияния хромированного слоя на работоспособность сталеалюминиевого композита / О.В. Строков, В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, В.В. Литвинов // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: матер. IV Всерос. конф., г. Камышин, 18-20 октября 2006 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ и др. - Камышин, 2006. - Т.1. - С. 98-99.

20. Повышение термической стойкости сталеалюминиевого композиционного материала путем создания диффузионного барьерного слоя / О.В. Строков, В.В. Литвинов, В.И. Лысак, В.И. Кузьмин // X Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 8-11 ноября 2005 г.: тез. докл. / ВолгГТУ и др. -Волгоград, 2006. - С. 115-117.

21. Исследование пластической деформации металла в околошовной зоне при сварке взрывом сталеалюминиевого композита с прослойкой хрома / О.В. Строков, В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, В.В. Литвинов // 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. 214-215.

22. Разработка и внедрение новых энергосберегающих конструкций токоподводов алюминиевого электролизёра / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, В.В. Литвинов // 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. 168-170.

23. К вопросу сварки взрывом сталеашоминиевых композитов большой толщины / В.В. Литвинов, В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков // Новые материалы и технологии (НМТ-2008): матер, всерос. науч.-техн. конф., Москва, 11-12 нояб. 2008 г. В 3 т. Т. 1 / "МАТИ" - Рос. гос. технол. ун-т им. К.Э. Циолковского. - М., 2008. - С. 40-41.

24. Изучение закономерностей создания диффузионных барьерных слоев при сварке взрывом разнородных материалов / О.В. Строков, В.И. Кузьмин, A.C. Кузьмин, В.И. Лысак // Наука. Технологии. Инновации : матер, всерос. науч. студенч. конф. молодых учёных (Новосибирск, 4-5 дек. 2009 г.). В 7 ч. Ч. 2 / ГОУ В ПО "Новосибир. гос. техн. ун-т". - Новосибирск, 2009. - С. 242-243.

25. Исследование структуры и свойств сталеалюминиевого композита с прослойкой хрома / О.В. Строков, В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, Е.А. Никуличев // Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и нанома-териалов (3-4 июня 2009 г.): тр. VII междунар. Рос.-Казахстан.-Японской науч. конф. / Мин-во образования и науки Рос. Федерации [и др.]. - М., 2009. - С. 699-704.

26. Особенности протекания деформационных процессов в околошовной зоне при сварке взрывом сталеалюминиевого композита с диффузионным барьером / О.В. Строков, В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, В.В. Литвинов // V-я евразийская научно-практическая конференция «ПРОСТ 2010», НИТУ "МИСиС". - М., 2010. - С. 67.

Личный вклад автора в опубликованные работы. В представленных работах, выполненных в соавторстве с другими исследователями, автором получены и проанализированы научные результаты исследований кинематических и деформационно-энергетических процессов сварки взрывом [3, 6, 10, 21, 26], определено влияние основных параметров процесса взрывного нагружения и температуры нагрева на свойства композиционного материала с диффузионным барьером и его структуру [1, 2, 4, 5, 11, 14, 17, 18, 20 ,25]; разработаны технические решения по реализации способов создания композиционного материала с диффузионным барьером [7...9, 12, 16, 24]; а также исследованы технологические возможности композита в условиях реальной эксплуатации на заводе и сформулированы практические рекомендации [13,19, 22].

Подписано в печать ¿8.0Е> .2010 г. Заказ №338 . 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

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 Физико-химические особенности формирования соединения и анализ способов изготовления сталеалюминиевых композиционных материалов с диффузионными барьерами и без них.

1.1 Анализ физико-химического взаимодействия и способы соединения алюминия со сталью.

1.2 Схемы и параметры сварки металлов взрывом.

1.3 Особенности формирования соединения при сварке взрывом алюминия со сталью.

1.4 Способы получения композиционного сталеалюминиевого материала с диффузионным барьером и без него.

1.5 Особенности кинетики диффузионных процессов в сталеалюминиевом композите с диффузионным барьером и без него.

1.6 Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2 Материалы и методы исследования.

2.1 Применяемые материалы и методы получения диффузион- 58 ных барьеров.

2.2 Оценка качества сваренных взрывом соединений.

2.3 Методика определения кинематических параметров.

2.4 Методы определения сдвиговых остаточных деформаций.

2.5 Методика исследования электрофизических свойств.

2.6 Методика математической обработки результатов экспериментов.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3 Изучение закономерностей формирования соединения в сталеалюминиевых композитах с диффузионными барьерами при сварке взрывом.

3.1 Разработка новых способов получения композиционного сталеалюминиевого материала с диффузионным барьером.

3.1.1 Композиционный материал А5+СтЗ (азот.).

3.1.2 Композиционный материал А5+Сг+СтЗ.

3.2 Исследование влияния кинематических параметров сварки взрывом на свойства и структуру сталеалюминиевых композитов с диффузионными барьерами.

3.2.1 Композиционный материал А5+СтЗ(азот.).

3.2.2 Композиционный материал А5+Сг+СтЗ.

3.3 Влияние параметров косого соударения металлических пластин в околошовной зоне на характер пластического течения металла сталеалюминиевого композита с подслоем хрома.

3.4 Особенности пластического течения металла в ОШЗ сваренного взрывом композита А5+Сг+СтЗ.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4 Изучение кинетики протекания диффузионных процессов в сталеалюминиевых композитах.

4.1 Влияния температурно-временных условий на свойства и структуру сталеалюминиевых композитов с диффузионными барьерами.

4.2 Кинетика роста диффузионной прослойки на границе соединения композита А5+СтЗ (азот.).

4.3 Исследование кинетики роста диффузионной прослойки на границе соединения композита А5+Сг+СтЗ.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5 Разработка технологии изготовления композиционного сталеалюминиевого переходника повышенной термостабильности электротехнического назначения.

5.1 Разработка рекомендаций по изготовлению сваркой взрывом толстолистового композиционного сталеалюминиевого материала с диффузионным барьером.

5.2 Разработка технологии изготовления с помощью сварки взрывом композиционного энергосберегающего токоподводящего анодного узла новой конструкции для ОАО «ВгАЗ-СУАЛ».

5.3 Электрофизические исследования и эксплуатационные испытания новой конструкции токоподволящего анодного узла на ОАО «ВгАЗ-СУАЛ».

Выводы к главе 5.

Сталеалюминиевые композиционные материалы находят широкое применение в различных отраслях промышленности в качестве переходных элементов, деталей и узлов электрометаллургического оборудования. В сталеалюминиевых композитах сочетаются высокая прочность сталей с малой плотностью, электросопротивлением и высокой теплопроводностью алюминиевых сплавов. Сварка взрывом позволяет получать высококачественные сталеалюминиевые композиционные материалы больших толщин и размеров.

Во многих случаях композиционные материалы работают в условиях воздействия высоких температур, динамических нагрузок и агрессивной среды. Особенности физико-химического взаимодействия алюминия с железом накладывают определенные ограничения на максимально допустимые температуры нагрева сталеалюминиевых композитов из-за образования на границе сварного соединения хрупких интерметаллидных соединений, приводящих к резкому снижению прочности и росту переходного электросопротивления.

Радикальным приемом, расширяющим температурный диапазон эксплуатации биметаллических соединений, является создание диффузионных барьеров в виде дополнительных промежуточных (одной или несколько) прослоек между основными слоями композита, которые препятствуют протеканию реактивной диффузии и образованию интерметаллидов.

Вопросам изучения влияния температуры нагрева на свойства композиционных материалов посвящены работы многих известных ученых в области материаловедения: Ларикова Л. Н., Лайнера Д. Н., Рабкина Д. М., Рябова В. Р., Засухи П. Ф., Куракина А. К., Фальченко В. М., Макунина М. С., Карпиноса Д. М., Brautman L.J., Lubin J. и др.

Применению сварки взрывом для создания сталеалюминиевых композиционных материалов с высокими эксплуатационными свойствами посвящены работы Трыкова Ю. П., Седыха В. С., Лысака В.И., Сахновской Е. Б., Беляева В. И., Демьяновича А. Б., Богунова А.З., Crossland В., Nobili A., Banker J., Teruhiko В., Etsuji К. и др., в которых авторы предлагают применять в качестве диффузионного барьера промежуточные разделительные слои из серебра, титана и др., которые либо вводятся между алюминием и сталью как самостоятельные слои (серебро, титан), либо формируются на поверхности стальной основы химико-термическими, гальваническими и др. методами (азотирование, хромирование). При этом открытым остается вопрос о влиянии параметров деформационно-энергетического воздействия при сварке взрывом на прочностные и эксплуатационные свойства получаемых композитов. Сведения о влиянии температурно-временных условий на структуру и прочность композитов, содержащих хромовый подслой или азотированный слой, носят отрывочный характер, что требует проведения дополнительных системных исследований.

Актуальность выбранной темы диссертационного исследования подтверждается ее выполнением по госбюджетным программам Ми-нобрнауки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы 20092010 г.», «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники 2005 г.», грант Минобрнауки «Инновационные проекты аспирантов и студентов 2005 г.» и др.

Цель и задачи работы. Целью диссертационного исследования является создание сталеалюминиевого композиционного материала повышенной термостабильности на основе изучения деформационно-энергетических условий формирования соединений при сварке взрывом и влияния температурно-временных условий на эксплуатационные свойства композита.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

Строков О.В.Кандидатская диссертацияВведение

1. Исследовать влияние условий сварки взрывом на структуру и прочность сталеалюминиевого композита с различными диффузионными барьерами.

2. Изучить особенности деформирования металла в ОШЗ при сварке взрывом сталеалюминиевого композиционного материала с подслоем хрома, нанесенного гальваническим методом.

3. Исследовать влияние режима термообработки на структуру и эксплуатационные свойства сталеалюминиевого композита с диффузионными барьерами (азотированный слой, подслой хрома).

4. На базе анализа результатов проведенных исследований разработать новые высокоэффективные способы создания сталеалюминиевого композиционного материала с диффузионным барьером и технологический процесс изготовления с помощью сварки взрывом энергосберегающего композиционного токоподводящего узла алюминиевого электролизера.

Научная новизна работы заключается в выявлении закономерностей получения равнопрочного - соединения при сварке взрывом стали с алюминием с тонкими промежуточными диффузионными барьерами и особенностей образования в зоне соединения таких композитов интерметаллидных фаз и структур при повышенных температурах.

Впервые выявлен эффект значительного (более чем в 3 раза) повышения прочности соединения гальванически нанесенного на стальную основу тонкого подслоя хрома с последней за счет реализации в процессе сварки взрывом узколокализованной сдвиговой пластической деформации на границе «хром-сталь», в результате чего композит А5+Сг+СтЗ становится равнопрочным, при этом существенно расширяется область сварки взрывом алюминия со сталью. Показано, что при толщинах подслоя хрома менее 15 мкм значительные деформации его удлинения в процессе высокоскоростного нагружения

Строков О. В.Кандидатская диссертацияВведение приводят к разрушению и дроблению этого подслоя и, как следствие, он перестает в полной мере выполнять роль диффузионного барьера. При толщинах подслоя более 80 мкм прочность его соединения со сталью падает до исходной (адгезионная прочность гальванического покрытия) прочности, что связано с существенным уменьшением доли работы деформации, затрачиваемой на сдвиг приконтактных объемов металла в околошовной зоне границы «хром-сталь».

Показано, что введение в сталеалюминиевый композит промежуточных диффузионных барьерных слоев (азотированный поверхностный слой стали или подслой хрома) повышает его эксплуатационные свойства за счет смещения начала образования и интенсивного роста диффузионных прослоек в область высоких температур. При этом композит А5+Сг+СтЗ сохраняет термостабильность до Т ~ 570 °С, соединение А5+СтЗ (азот.) до 7-610 °С, в то время как композит А5+СтЗ - до Т <400 °С.

Достоверность результатов проведенных исследований, объекты и методы исследования. Экспериментальная часть работы выполнена с применением стандартных методов оптической микроскопии с помощью инвертированного микроскопа «Axiovert» 40 МАТ, сканирующего зондового микроскопа Solver Pro, механических испытаний на отрыв слоев (разрывная машина Р-500), рентгеноструктурно-го анализа (ДРОН-3). Расчет параметров соударения свариваемых элементов и математическая обработка полученных результатов осуществлялись с помощью общепринятых математических моделей и специализированных пакетов прикладных программ. Деформация в зоне соединения свариваемых материалов оценивалась методом слоистых модельных вставок и реперных линий.

Практическая ценность. Проведенные исследования позволили решить задачу создания композиционного материала с антидиффузионным слоем и обоснованно подойти к назначению режимов сварки взрывом, обеспечивающих получение равнопрочного соединения в сварном шве с минимальным развитием структурной и химической неоднородностей. Полученные результаты исследований позволили дать практические рекомендации и разработать технологический процесс изготовления с помощью сварки взрывом композиционного токо-подводящего анодного узла алюминиевого электролизера. Для ОАО «ВгАЗ-СУАЛ» изготовлена опытно-промышленная партия композиционного сталеалюминиевого переходника с диффузионным барьером, годовой экономический эффект от внедрения составил более 500 тыс. руб. (доля автора 25%). Разработки защищены тремя патентами Российской Федерации на изобретения.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 статей в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 9 статей в сборниках научных трудов, 8 тезисов докладов на научно-практических конференциях, получено 3 патента на изобретения. Наиболее значимые из них:

1. Особенности пластического деформирования металла при сварке взрывом композита сталь-алюминий с прослойкой хрома / О.В. Строков, В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, В.В. Литвинов // Физика и химия обработки материалов. -2008, №4, с. 18-25.

2. Особенности создания и свойства сталеалюминиевого композита с диффузионным барьером / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, А.Н. Кривенцов // Перспективные материалы. - 2005. - №6. - С. 65-69.

3. Исследование термостойкости композиционного сталеалюминиевого материала и пути её повышения / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, В.В. Литвинов // Перспективные материалы. - 2007. - № 5. -С. 78-81.

4. Пат. 2194600 РФ, МПК 7 В 23 К 20/08 Способ получения композиционного сталеалюминиевого переходника сваркой взрывом / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, А.Н. Кривенцов, М.А. Яковлев, О.В. Строков; ВолгГ-ТУ. - 2002.

5. Пат. 2270742 РФ, МПК В 23 К 20/08 Способ получения композиционного сталеалюминиевого переходника сваркой взрывом / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, А.Н. Кривенцов, О'.В. Строков; ВолгГТУ. -2006.

6. Пат. 84386 РФ, МПК С25 СЗ/16. Анодное устройство алюминиевого электролизера / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, В.В. Литвинов, Е.А. Никуличев; ВолгГТУ. - 2009.

7. Оценка работоспособности композиционного сталеалюминиевого материала с диффузионным барьером, полученного сваркой взрывом / В.И. Кузьмин, О.В. Строков, В.И. Лысак, А.Н. Кривенцов // Изв. ВолгГТУ. Сер. Сварка взрывом и свойства сварных соединений: Межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2004. - Вып.1, №6. - С. 73-77.

8. Кузьмин, В.И. Antidiffusion Barrier in Explosion-Welded Clad Metals / В.И. Кузьмин, O.B. Строков, В.И. Лысак// Shock-Assisted Synthesis and Modification of Materials: [сб. науч. тр.]. -M., 2006.-С. 72.-Англ.

9. Explosive welding of steel-aluminum composites with an antidiffusion chromium layer/ В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, O.B. Строков, В.В. Литвинов // Shock-Assisted Materials Synthesis and Processing: Science, Innovations, and Industrial Implementation: [по матер. IX междунар. симпозиума EPNM-2008, проходившего 6-9 мая 2008 года в г. Lisse (Нидерланды)].- М., 2008.-С. 91.-Англ.

10. Закономерности пластического деформирования металла при сварке взрывом сталеалюминиевого композита с прослойкой хрома / О.В. Строков, В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, В.В. Литвинов // Изв. ВолгГТУ. Серия «Сварка взрывом и свойства сварных соединений»: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2008. - Вып. 3, № 3. - С. 24-30.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международных и всероссийских конференциях: «Современные материалы и технологии - 2002» (Пенза 2002 г), «Сварка на рубеже веков» (Москва 2003 г), «Новые перспективные материалы и технологии» (Волгоград 2004, 2007 г), научно-техническая конференция, посвященная 150-летию Н. Г. Славянова (г. Пермь 2004 г), международный симпозиум (г. Лисе, Нидерланды 2008г.), VII междунар. Рос.-Казахстан.-Японской науч. конф. «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы' для материаловедения и нанома-териалов» (Москва 2009), «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск 2009 г), V Евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур ПРОСТ- 2010» (Москва 2010 г).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и результатов работы, списка использованной литературы и приложения. Она изложена на 174 листах машинного текста, содержит 85 рисунков и 14 таблиц. Список литературы содержит 168 наименований.

Общие выводы

1. Разработаны новые высокоэффективные способы получения с помощью сварки взрывом композиционного сталеалюминиевого материала повышенной термостабильности, основанные на создании между алюминием и сталью диффузионного барьера, роль которого может выполнять либо тонкий азотированный слой на поверхности стали, либо тонкий подслой хрома. Установлено, что толщины азотированного слоя на стали в диапазоне 0,4.0,6 мм, а для подслоя хрома - 0,03.0,07 мм обеспечивают торможение диффузионных процессов на границе соединения алюминий-сталь и, тем самым, позволяет сместить температурный интервал образования хрупких интерматаллидов в область более высоких температур.

2. Впервые выявлен эффект значительного (более чем в 3 раза) повышения прочности соединения гальванически нанесенного на стальную основу тонкого подслоя хрома с последней за счет реализации в процессе сварки взрывом узколокализованной сдвиговой пластической деформации на границе «хром-сталь», в результате чего композит А5+Сг+СтЗ становится равнопрочным, при этом существенно расширяется область оптимальных параметров сварки взрывом алюминия со сталью из-за отсутствия возможности образования в зоне соединения хрупких оплавов. Показано, что при толщинах подслоя хрома менее 15 мкм значительные деформации его удлинения в процессе высокоскоростного нагружения приводят к разрушению и дроблению данного подслоя и, как следствие, он перестает в полной мере выполнять роль диффузионного барьера. При толщинах подслоя более 80 мкм прочность его соединения со сталью падает до исходной (адгезионная прочность гальванического покрытия) прочности, что связано с существенным уменьшением доли работы деформации, затрачиваемой на сдвиг приконтактных объемов металла в околошовной зоне границы «хром-сталь».

3. Показано, что наибольшее влияние на величину и характер распределения сдвиговой пластической деформации сваренного взрывом композита алюминий-хром-сталь оказывает скорость соударения Vc и толщина диффузионного барьера бСг■ Установлено, что с увеличением скорости соударения Vc при постоянной величине скорости контакта VK наблюдается существенный рост максимальных сдвигов дтах и глубины продеформированного металла у как со стороны алюминия, так и со стороны стали. Увеличение толщины подслоя хрома при идентичных режимах сварки приводит, наоборот, к уменьшению дтах и у со стороны стали, в то время как максимальная сдвиговая деформация со стороны алюминия остается неизменной.

4. Показано, что введение в сталеалюминиевый композит промежуточных диффузионных барьерных слоев (азотированный поверхностный слой стали или подслой хрома) повышает его эксплуатационные свойства за счет смещения начала образования и интенсивного роста диффузионных прослоек в область высоких температур. При этом композит А5+Сг+СтЗ сохраняет термостабильность до Т~ 570 °С, соединение А5+СтЗ (азот.) до Т ~ 610 °С, в то время как композит А5+СтЗ - до Т< 400 °С.

5. В процессе эксплуатации композиционный сталеалюминиевый узел подвергается нагревам не более 250 °С, а максимальные температуры до 400.500 °С он испытывает при монтаже (сварка плавлением) и пуске алюминиевого электролизера, поэтому композиционный материал с подслоем хрома за счет отсутствия в зоне соединения хрупких оплавов, по границам которых происходит начальный рост интерметаллидов, обладает более высокими эксплуатационными свойствами по сравнению с композитом А5+СтЗ (азот).

6. Экспериментально установлено, что на величину удельного переходного электросопротивления р/ сталеалюминиевого композита существенное влияние оказывает количество оплавленного металла Копл■ Так при содержании в сварном соединении до 50% оплавов р/ возрастает более чем в 2 раза, что соответственно приводит к значительным потерям электроэнергии в процессе эксплуатации такого композиционного переходника. Причем, наименьшая величина удельного переходного электросопротивления наблюдается у сталеалюминиевого композита с подслоем хрома, что связано с отсутствием в зоне соединения хрупких оплавов.

7. На базе проведенных исследований сформулированы практические рекомендации и разработана технология изготовления с помощью сварки взрывом токоподводящего анодного узла алюминиевого электролизера с композиционным сталеалюминиевым переходником (с диффузионным барьером) для ОАО «ВгАЗ-СУАЛ», что позволило повысить надежность, увеличить срок службы анодного узла и снизить потери электроэнергии более чем в 2 раза. Экономический эффект от внедрения новых разработок составил более 500 тыс. руб (доля автора 25%).

1. Рябов В.Р Сварка алюминия и его сплавов с другими металлами. -Киев: Наукова думка, 1983.-261с.

2. Влияние состава прослойки на'структуру сталеалюминиевого материала / Муравейник А.Н., Рябов В.Р. Автомат, сварка. 1999, №3.

3. Процессы обработки металлов взрывом. Крупин А. В., Колюжин С. Н., Атабеков Е. Е., Соловьев В. Я., Орлов М. И. Учебное пособие для вузов. М., "Металлургия" 1996, 336 с.

4. Lysak, V.I. Explosive Welding of metal layered composite materials / V.I. Lysak, S.V. Kuzmin; edited by B.E. Paton. Kiev: E.O. Paton Electric Welding Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2003. - 117 p.

5. Технико-экономическая эффективность внедрения новых конструкций композиционных токоподводов электролизера алюминия / А. П. Пеев, Ю. Г. Долгий, В. И. Лысак и др. // Вестник машиностроения. 2004. -№6. - С. 77-80.

6. Рябов В.Р. Применение биметаллических и армированных стале-алюминиевых соединений. М.: Металлургия, 1975. - 288с.

7. Рабкин Д.М., Рябов В.Р., Курочко Р.С. Сварка разнородных металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1984. - 239 с.

8. Трыков Ю.П., Гуревич Л.М., Шморгун В.Г. Слоистые композиты на основе алюминия и его сплавов. М.:Металлургиздат, 2004. - 230 с.

9. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. -М., Металлургия. Т1 1996. с. 991.

10. Куракин А.К. Механизм влияния кремния в алюминии на процессы реакционной диффузии железа в алюминий. Физика металлов и металловедение, 1970, 30, №1, с. 105-110.

11. Рябов В.Р. Алитирование стали. М.: Металлургия, 1973. - 240 с.

12. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. Т. 1-2, М., Металлург издат., 1962.

13. Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах. Киев: Наукова думка, 1972. - 196 с.

14. Рябов В.Р. Сварка плавлением алюминия со сталью. Киев: Наукова Думка, 1969. -232 с.

15. Characterization and Properties of Dissimilar Metal Combinations of Fe/AI and Ti/AI-Sheet Materials / F. Wagner, I. Zerner, M. Kreimeyer, T. Seefeld, G. Sepold // 20th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics. 2008. - V. 90.

16. Hofmann W., Krysko W.W., Herrnikind W. Beitrag zur Klarung des Hrob-lems der Verbindungsmoglichkeit Blei-Aluminium und Beei-Stahl // Metall. 1966. Bd.20. №8. S. 820-822.

17. Шоршоров M.X., Шнырев Г.Д., Колесниченко B.A. Клинопрессовая сварка алюминиево-стальных переходников. М.: Ин-т металлургии им. А.А. Байкова А.Н. СССР, 1971. - 24 с.

18. Патент CN1586757 МПК7В21В1/38. Hot roller rolling method for stainless steel/aluminium composite plate. Yu Jiuming.2005-03-02.

19. Патент JP61060281 МКП7 B23K20/04. Manufakture of stainless steel and aluminium composite metallic bar. Ymaguchi Kenji, Sanki Sadahiko. 1986-03-27

20. Патент CN1911543 МКП7 B21B1/46. ZHANG PENG DU. 2007-02-14

21. Effect of Asymmetric Rolling on the texture and Mechanical Properties of Aluminium-alloy sheet. Kang,Suk-Bong;Min, Bok-Ki //Metallurgical and Ma-trials Transasions A, Volume 36, N111 2005, pp. 3141-3149.

22. Fabrication of Iron Aluminium Alloy/Steel laminate by clad rolling / Masa-hashi, N.; K., Kimura. // Metallurgical and Matrials Transasions A, Volume 37, N5, 2006, pp. 1665-1673.

23. Corbin C.L. Iron Age Metalworking International, 1962,v.1,№7, p.38.

24. Гостев Б.И., Зильберг Ю.Я. Алюминиевый сплав АСМ для тяжелона-груженных подшипников. М., Машгиз., 1979. - 58 с.

25. Король В.К., Гильденгорн М.С. Основы технологии производства многослойных металлов. М.: Металлургия. 1970. - 237 с.

26. Билль В. И., Штернин Л. А. «Сварка разнородных металлов». Изд. Ленинградского дома научно-технической пропаганды, 1966, с. 36.

27. Вилль В. И. Сварка трением. Материалы семинара «Новое электросварочное оборудование». Изд. Ленинградского дома научно-технической пропаганды, 1965.

28. Hughes J.E. Metallurgia, 1964, v. 49, №291, р, 15.

29. Cooke V., Hevy A. J. of Metals, 1968, №11, p. 853.

30. Шоршоров M.X., Шнырев Г.Д., Колесниченко B.A. Клинопрессовая сварка алюминиево-стальных переходников. М.: Ин-т металлургии им. А.А. БайковаАН. СССР, 1971.-24 с.

31. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976. - 312 с.

32. Сварка взрывом в электрометаллургии: монография / В. М. Оголи-хин, И. В. Яковлев. Новосибирск: Изд-во Сиб. отд-ния Рос. акад. наук, 2009. - 159 с

33. Захаренко И. Д. Сварка металлов взрывом. Минск: Наука и техника, 1990.-205 с.

34. Конон Ю.А., Первухин Л.Б., Чудновский А. Д. Сварка взрывом. М: Машиностроение, 1987. - 216 с.

35. Кудинов В.М., Коротеев А.Я. Сварка взрывом в металлургии. М: Машиностроение, 1978. - 168 с.

36. Седых B.C., Казак Н.Н. Сварка взрывом и свойства сварных соединений. М: Машиностроение, 1971. - 72 с.

37. Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск: Наука, 1980.-222 с.

38. Лысак В.И., Кузьмин С.В. Сварка взрывом. М.: Машиностроение -1, 2005.-544 с.

39. Злобин, Б. С. Сварка взрывом стали с алюминием / Б. С. Злобин // Физика горения и взрыва. 2002. - Т. 9, №3. - С. 137-140.

40. Цицилин, В. В. Особенности сварки взрывом толстых стальных листов с алюминиевыми сплавами / В. В. Цицилин, Г. А. Вольферц // Изв. ВолгГТУ. Сварка взрывом и свойства сварных соединений / ВолгГТУ. -Волгоград, 2004. С. 70-72.

41. Оголихин, В. М. Конструкция и технология соединения штанги и стержня в сталеалюминиевом штыре / В. М. Оголихин, С. Д. Шемелин // Цветные металлы. 2008. - №2. - С. 68-71.

42. Использованию энергии взрыва для производства металлических материалов с новыми свойствами / Г.Г. Горанский, Л.Б. Демьянович. Сб. тр. 6 Международной конференции ЧССР, Готвальдов ЧНТО, 1985. -585 с.

43. Reliable welding of aluminium to steel. Banker John G., Visser Job (Di-namic Materials Corp). Nav. Archit. 2005, July-Aug., c. 19-20.

44. What you can do with explosion welding. Cutter David (R&D at Pacific Aerospace and Electronics, Inc., Wenatchee, Wash, США) Weld. J. 2006 85, №7, c. 38-43.

45. Производство металлических слоистых композиционных материалов / А.Г. Кобелев, В.И. Лысак, В.Н. Чернышев и др. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. -496 с.

46. Беляев В.И., Ковалевский В.Н., Смирнов Г.В., Чекан В.А. Высокоскоростная деформация металлов. Минск: Наука и техника, 1976. - 224 с.

47. Седых B.C. Классификация, оценка и связь основных параметров сварки взрывом // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: меж-вуз. сб. науч. трудов / ВолгПИ.-Волгоград,1985.-С. 3-30.

48. Лысак В.И., Кузьмин С.В. Классификация технологических схем сварки металлов взрывом. Сварочное производство.№9 2002. С.33-39.

49. Определение предельных режимов соударения, обеспечивающих сварку металлов взрывом / А.А. Дерибас, И.Д. Захаренко // Физика горения и взрыва. 1975. -Т.11, №1. -С.151-153.

50. О динамике сварки взрывом / B.C. Седых, М.П. Бондарь // Совещание по теории и практике холодной и ультразвуковой сварки. Рига, 1962.-С. 12-16.

51. Двумерная задача о метании пластин скользящей детонационной волной / А.А. Дерибас, Г.Е. Кузьмин // Прикладная механика и техническая физика. 1970. - №1. - С. 1977-1983.

52. Дерибас А.А., Кудинов В.М., Симонов В.А. Определение параметров соударения плоских тел, метаемых ВВ, в условиях сварки взрывом // Физика горения и взрыва.-1967.-т.З, № 2.-С.291-298.

53. Высокоскоростная деформация металлов / В.И. Беляев, В.Н. Ковалевский, Г.В. Смирнов, В.А. Чекан. Минск: Наука и техника, 1976. - 224 с.

54. К расчету параметров сварки взрывом многослойных соединений / А.П. Соннов, Ю.П. Трыков // Физика и химия обработки материалов.1973. №4. - С. 128-133.

55. Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов: пер. с англ.; под ред. Мейерса М.А., Мурра J1.E.-M.: Металлургия, 1984. -512 с.

56. Физика взрыва / под ред К.П. Станюковича. Изд. 2-е. М.: Наука, 1975.-704 с.

57. Кузьмин, С.В. Кинетика соударения металлических пластин в многослойном пакете при сварке взрывом / С.В. Кузьмин, В.И. Лысак, Д.В. Стариков // Прикладная механика и техническая физика. 1994. - №5. - С. 173-175.

58. Кузьмин, С.В. Методика оценки параметров разгона пластин в многослойном пакете при сварке взрывом / С.В. Кузьмин, В.И. Лысак, И.А. Са-ломатин //Автоматическая сварка. 2001. - №2. - С. 20-24.

59. Кудинов В.М. Теоретическая оценка размеров локальных расплавов при сварке взрывом // Труды 2 междунар. симп. по обработке металлов взрывом. Марианские Лазни (ЧССР), 1973. - Т.1. - С. 215-222.

60. Седых B.C., Соннов А.П. Расчет условий оплавления и количества оплавленного металла при сварке взрывом. //Сварка взрывом и свойства сварных соединений: межвуз. сб. науч.трудов / ВолгПИ. Волгоград,1974.-Вып. 1.-С.25-34.

61. Седых B.C. Особенности микронеоднородности сваренных взрывом соединений // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: межвуз. сб. науч.трудов / ВолгПИ. Волгоград, 1975. - С. 3-39.

62. Соннов А.П. Технология сварки и резки металлов взрывом: конспект лекций. Волгоград: изд. ВолгПИ, 1984. - 70 с.

63. Сварка металлов взрывом / С. Карпентер. Минск: Беларусь, 1976. -43 с.

64. Babul, W. Materialy wybuchowe technologicznych procesach obrobki tworzum / W. Babul, S. Ziemba. Warszawa, 1972. - 275 s.

65. Tne fundamentals of explosion welding. Merriman Colin (R&D at Pacific Aerospace and Electronics, Inc., Wenatchee, Wash, США) Weld. J. 2006 85, №7, c. 27-29.

66. Исследование структуры и свойства биметалла медь алюминий, полученного сваркой взрывом. Крюков Д.Б., Лось И.С., Атрощенко Э.С. Изв. вузов. Поволж. регион. 2003, №1, с. 154-161.

67. Армированный композиционный материал с интерметаллидным упрочнением, полученный сваркой взрывом. Лось И.С., Розен А.Е., Хорин А.В. и др. Ползуновский альм. 2007, №1-2, с. 105-106.

68. Kahramana, N. Microstructural and mechanical properties of Cu-Ti plates bonded through explosive welding process / N. Kahramana, B. Gulengb // Journal of Materials Processing Technology. 2005. - V. 169, №1. - P. 6771.

69. Durgutlua, A. Examination of copper/stainless steel joints formed by explosive welding / A. Durgutlua, B. Gulenga, F. Findikb // Materials & Design. -2005. -V. 26, №6. P. 497-507.

70. Ghosh, M. Effect of interface microstructure on the bond strength of the diffusion welded joints between titanium and stainless steel / M Ghosh, S. Chatterjee // Materials Characterization. 2005. - V. 54, №4. - P. 327-337.

71. Kahramana, N. Joining of titanium/stainless steel by explosive welding and effect on interface / N. Kahramana, B. Gulenga, F. Findikb // Journal of Materials Processing Technology. 2005. - V. 169, №2. - P. 127-133.

72. Nobili, A. Recent Developments in Zirconium-Steel Explosion Clad / A. Nobili, J. Banker // Reactive Metals in Corrosive Applications Conference, Wah Chang Corp. 2000. - P 83-88.

73. Chiba, A. Microstructure of Interface in Explosively Welded Clads and Bonding Mechanism / A. Chiba // Materials Science Forum. 2004. - V.465-466. - P. 465-475.

74. Исследование схватывания металлов при совместном пластическом деформировании / А.П. Семенов. М.: Изд-во АН СССР, 1953. - 120 с.

75. Схватывание металлов / А.П. Семенов. 2-е изд., перераб. И доп. -М.: Машгиз, 1958.-280 с.

76. Расчет энергетического баланса процесса сварки взрывом / B.C. Седых, А.П. Соннов // Физика и химия обработки материалов. 1970. - №2. -С. 6-13.

77. Сварка взрывом как разновидность процесса соединения металлов в твердой фазе / B.C. Седых // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: Межвуз. сб. науч. трудов / ВолгПИ. Волгоград, 1974. - Вып. 1.-С. 3-24.

78. Соннов, А.П. К вопросу о величине энергии активации схватывания при сварке взрывом / А.П. Соннов, B.C. Седых// Сварка взрывом и свойства сварных соединений: межвуз. сб. науч. трудов / ВолгПИ. Волгоград, 1989. - С. 84-89.

79. Calculation of temperature field near stagnation point in explosive welding. Wang Jinxiang, Li Xiaojie, Wang Zhanlei. China Weld. 2006. 15, №3, c. 41-45.

80. Лысак, В. И. Определение критических границ процесса сварки взрывом / В. И. Лысак, В. С. Седых, Ю. П. Трыков // Сварочное производство. -1973.-№ 5.-С. 6-8.

81. Астров, Е.И. Плакирование многослойных металлов / Е.И. Астров. -М.: Металлургия, 1965. 70 с.

82. Красулин, Ю. Л. Дислокации как активные центры в топохимических реакциях / Ю. Л. Красулин // Теоретическая и экспериментальная химия. 1967. - Т. Ill, вып. 1. - С. 58-65.

83. Красулин, Ю. Л. О механизме образования соединения разнородных материалов в твердом состоянии / Ю. Л. Красулин, М. X. Шоршоров // Физика и химия обработки материалов. 1967. - № 1. - С. 89-97.

84. Сахацкий, Г. П. Технология сварки металлов в холодном состоянии / Г. П. Сахацкий. Киев : Наукова думка, 1979. - 296 с.

85. Сварка давлением / К.А. Кочергин. Л.: Машиностроение, 1972. -216 с.

86. Каракозов, Э. С. Сварка металлов давлением / Э.С. Каракозов. М.: Машиностроение, 1986. - 378 с.

87. Карташкин, Б.А. О кинетике процесса образования соединения при сварке в твердом состоянии однородных металлов / Б.А. Карташкин; Э.С. Каракозов, М.Х. Шоршоров // Физика и химия обработки материалов. 1968. - №3. - С. 3-9.

88. Красулин, Ю.Л. Взаимодействие металла с полупроводником в твердой фазе / Ю.Л. Красулин. М.: Наука, 1971. - 119 с.

89. Каракозов, Э.С. Соединение металлов в твердой фазе / Э.С. Каракозов. М.: Металлургия, 1976. -264 с.

90. Кузьмин, В.И. Определение критических условий формирования и разрушения соединений при сварке взрывом / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, А.Н. Кривенцов, М.А. Яковлев. // Изв. ВолгГТУ. Волгоград, 2002. Т. 12, №1. - С. 25-37.

91. Лаврентьев, М.А. Проблемы гидродинамики и их математические модели / М.А. Лаврентьев, Б. В. Шабат. М.: Наука, 1977. -408 с.

92. О механизме пластической деформации при сварке взрывом / Крас-нокутская И.П., Кривенцов А.Н., Седых В.С, Соннов А.П. // Физика и химия обработки материалов.-1969.-№6.-С.99-102.

93. Новая методика исследования пластической деформации металла в околошовной зоне свариваемых взрывом соединений / Кузьмин С.В., Лысак В.И., Чугунов Е.А., Пеев А.П. // Физика и химия обработки мате-риалов.-2000.-№2.-С.54-60.

94. Кривенцов А.Н., Седых B.C. О роли пластической деформации металла в зоне соединения при сварке взрывом // Физика и химия обработки материалов.-1969.-№1 .-С. 132-141

95. Исследование характера течения металла при высокоскоростном плакировании взрывом на слоистых моделях / Седых B.C., Соннов А.П., Шморгун В.Г. // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: межвуз. сб. науч. трудов.-ВолгПИ,Волгоград,1988.-С.82-90.

96. Шморгун В.Г. Исследование основных закономерностей процесса пластической деформации при сварке взрывом // Сварочное производ-ство.-2000.-№3.-С.23-25.

97. Основные закономерности деформирования металла околошовной зоны при сварке взрывом алюминия / Чугунов Е.А., Кузьмин С.В., Лысак

98. B.И., Пеев А.П. // Физика и химия обработки материалов.-2001.-№3.1. C.39-44.

99. Бондарь М.П., Оголихин В.М. О пластической деформации в зоне соединения при плакировании взрывом // Физика горения и взрыва.-1985.-T.21 ,№2.-С.147-157.

100. Смирнов-Аляев Г.А., Розенберг В.М. Анализ пластического деформирования металлов методом микроструктурных измерений // Инженерт ный сб.-М.: Институт механики АН СССР.-1951.-Т.10.-С 18-23.

101. Исследование структуры и свойства биметалла медь алюминий, полученного сваркой взрывом. Крюков Д.Б., Лось И.С., Атрощенко Э.С. Изв. вузов. Поволж. регион. 2003, №1, с. 154-161.

102. Explosive welding of aluminum to aluminum: analysis, computations and experiments / F. Grignon, D. Benson, K. S. Vecchio, M. A. Meyers // International Journal of Impact Engineering. 2004. - V. 30, №10. - P. 1333-1351.

103. Manesh, H. D. The effect of annealing treatment on mechanical properties of aluminum clad steel sheet / H. D. Manesh, A. K. Taheri // Materials & Design. -2003. -V. 24, №8. P. 617-622.

104. Deqing, W. Cladding of stainless steel on aluminum and carbon steel by interlayer diffusion bonding / W Deqing, S. Ziyuan, Q. Ruobin // Scripta Material. 2007. - V. 56, №5. - P. 369-372.

105. Han J. H. Shin Effect of interlayer thickness on shear deformation behavior of AA5083 aluminum alloy/SS41 steel plates manufactured by explosive welding / J. H. Han, J. P. Ahn, M. Chul // Journal of Materials Science -2003. -V. 38, №1. P. 13-18.

106. Седых B.C., Соннов А.П. Определение «нижней» границы свариваемости металлов при сварке взрывом // Сварка взрывом и свойства сварных соединений. Волгоград: ВолгГТУ.-1995.- С. 63-69.

107. Горанский, Г. Г. Использованию энергии взрыва для производства металлических материалов с новыми свойствами / Г. Г. Горанский, Л.Б. Демьянович. Сб. тр. 6 Международной конференции ЧССР, Готвальдов ЧНТО, 1985.-585 с.

108. Crossland В., Bahrani A.S. Fundamental of Explosive Welding // Con-temp. Phys.1968. Vol. 2, №1.P. 71-87.

109. Сахновская Е.Б. Основные закономерности сварки взрывом стале-алюминевых соединений и исследование их свойств. Дис. канд. техн. наук. Волгоград, 1974. - 190 с.

110. Сахновская Е.Б., Седых B.C., Трыков Ю.П. Особенности сварки взрывом сплава АМг5В со сталью. Сварочное производство Волгот град: ВолгГТУ. - 1971. - №4. - С.34.

111. Сахновская Е.Б. и др. Свойства соединений аустенитной стали с алюминиевыми сплавами при сварке взрывом. «Сварочное производство», 1971, №7.-С.-12

112. Лысак В. И. Разработка методов и средств проектирования технологических процессов сварки взрывом металлических слоистых композиционных материалов: дис. . доктора техн. наук: 05.03.06 / В.И. Лысак: ВолгГТУ. Волгоград, 1995. - 306 с.

113. Лысак, В.И. Микронеоднородность сваренных взрывом соединений / В.И. Лысак, С.В. Кузьмин // Серия: Сварка взрывом и свойства сварных соединений. Вып. 1, № 13. ВолгГТУ. Волгоград, 2004. - 96 с.

114. Исследование влияния прослойки серебра на кинетику взаимной диффузии при сварке железа с алюминием / Брик В.В., Горский В. В., Лариков Л. Н. и др. Физика и химия обработки материалов, 1980, №5 с.117- 122.

115. Лайнер Д.Н., Куракин А.К. Технология легких сплавов, 1967, №6. с. 72-82.

116. Макунин М.С., Желаднов В.И., Аржаный П.М. ДАН СССР, 1973, №3, с. 670-672.

117. Куракин А.К. Авт. Свид. №351666. «Бюл. Изобр. И тов. Знаков», 1972, № 28, с. 38

118. Banker, J. Aluminum-Steel Electric Transition Joints, Effects of Temperature and Time Upon Mechanical Properties / J. Banker, A. Nobili // Light Metal. 2002. - P. 439-448.

119. Рабкин Д. M., Рябов В. Р., Гуревич С. М. Сварка разнородных металлов. Киев "Техника", 1975, 205 с.

120. Пат 3431358 Япония, МПК7В23К20/08. Kakimoto Etsuji. Многослойное соединение// Изобретение стран мира. 2004. - Вып. 18, №7. - С. 45.

121. Пат 3689232 США, МПК7В23К20/08. Jointing Material For Steel And Aluminium. 2002. вып. 18.

122. Пат 3252149 Япония, МПК7В23К20/08. Bizen Teruhiko. Способ плакирования нержавеющей стали высокопрочным алюминиевым сплавом путем сварки взрывом // Изобретение стран мира. 2003. Вып. 18

123. Патент GB1248794, МПК7 В23К20/08. Bonded aluminum/stell composites and method of making same. 1999.

124. Nobili, A. Electrical Resistance of Aluminum-Steel Electric Transition Joints vs Time and Temperature / A.Nobili, J. Banker // Light Metal 2003, P. 48-54.

125. Лариков Л. H., Рябов В. Р. Фальченко В. М. Диффузионные процессы в твердой фазе при сварке. М.: Машиностроение, 1975.- 192с.

126. A wavy versus straight interface in the explosive welding of aluminum to steel // Journal of Vacuum Sciense& Technology A: 1985. Volume 3, Issue 6, pp. 2588-2589

127. Morphology and structure of various phases at the bonding interface of Al/steel formed by explosive welding. Yan Li, Hatsujiro Hashimoto, Yamin Zhang //Journal of Elektron Mikroskopy. 2000. Volume 49, Number 1, pp. 516.

128. Макунин M.C., Желаднов В.И., Аржаный П.М. ДАН СССР, 1973, №3, с. 670-672.

129. Гуревич, С.М. Справочник по сварке цветных металлов / С.М. Гуре-вич.-Киев.: Наукова думка, 1981.-605 с.

130. Колачев, Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Б.А. Колачев, В.А. Ливанов, В.И. Елогин.-М.: Металлургия, 1972.-480 с.

131. Бобылев, А.В. Механические и технологические свойства металлов: справочник / А.В. Бобылев.-М.: Металлургия, 1980.-296 с.

132. Салли А., Брэндз Э. Хром. М.: «Металлургия», 1971. 360 с.

133. Лахтин Ю.М., Коган Я.Г. Азотирование стали. М: Машиностроение, 976.-256с.

134. Кинетика сварки взрывом зарядами ВВ «Аммонит №6ЖВ+кварцевый песок» / В.Г. Шморгун, В.А. Пронин, С.В. Кузьмин и др. // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: межвуз. сб. науч. трудов. ВолгПИ. Волгоград, 1989. С. 55-63.

135. Физика взрыва. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.А. и др. -М.: Наука, 1975.-806 с.

136. Лысак В.И., Трыков Ю.П. Детонационные характеристики ВВ для обработки металлов,- ВПИ,Волгоград, 1984.-37 с.

137. Павлов И.М., Бринза В.Н. Образцы с кольцевыми пазами. Информация ЦНИИЧМ, серия 9, №8, 1972, с. 3-7.

138. Казак Н.Н. Свойства и области применения сварных соединений, полученных сваркой взрывом: учеб. пособие,- ВПИ, Волгоград, 1984.-77 с.

139. Принципы расчёта режимов сварки взрывом металлических слоистых композитов / С.В. Кузьмин, В.И. Лысак, С.В. Хаустов, T.I1I. Сильченко // Автоматическая сварка. 2007. - № 10. - С. 16-22.

140. Оценка вертикального перемещения метаемых металлических пластин перед точкой контакта при сварке взрывом / Т.Ш. Сильченко, С.В. Кузьмин, В.И. Лысак, А.С. Горобцов, Ю.Г. Долгий //Автоматическая сварка. 2008. - № 4. - С. 26 - 29.

141. Автоматизация обработки экспериментальных данных при определении сдвиговых деформаций в свариваемых взрывом материалах / Чугунов Е.А., Кузьмин С.В., Лысак В.И. и др. // Сб.тр.междунар.конф. СКМ-98,-Волгоград, 1998.-С. 122-123.

142. Пеев А.П., Лысак В.И., Кузьмин С.В. и др. Методика исследования электрофизических свойств сваренного взрывом медно-алюминиевого композита. Межвузовский сб. науч. тр. «Сварка взрывом и свойства сварных соединений». Волгоград: ВолгГТУ, 2000, с. 123-127.

143. Румшинский, Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента / Л.З. Румшинский.-М.:Наука,1971.-192 с.

144. Смирнов, Н.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений / Н.В. Смирнов, И.В. Дунин-Барковский.-М.: Наука, 1965.-511 с.

145. Степнов, М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний / М.Н. Степнов.-М.: Машиностроение, 1972.-232 с.

146. Дунин-Барковский, И.В. Теории вероятностей и математическая статистика в технике / И.В. Дунин-Барковский, Н.В. Смирнов.-М.: Гостех-издат, 1955.-556 с.

147. Хальд, А. Математическая статистика с техническими приложениями /А. Хальд.-М.: Иностранная литература, 1956.-664 с.

148. Особенности создания и свойства сталеалюминиевого композита с диффузионным барьером / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, А.Н, Кривенцов // Перспективные материалы. 2005. - №6. - С. 65-69.

149. Кузьмин В.И., Лысак В.И., Кривенцов А.Н. и др. Способ получения композиционного сталеалюминиевого переходника сваркой взрывом. Патент РФ № 2194600, зарегистрирован 08.01.2002

150. Исследование термостойкости композиционного сталеалюминиевого материала и пути ее повышения / В.И. Кузьмин, В.И. Лысак, О.В. Строков, В.В. Литвинов // Перспективные материалы. 2007. - N25. - С. 78-81.

151. Способ получения композиционного сталеалюминиевого переходника сваркой взрывом. Патент РФ № 2270742, приоритет от 19.07.04. Авторы: Кузьмин В.И., Лысак В.И., Кривенцов А.Н., Строков О.В.

152. Золотаревский B.C. Механические испытания и свойства металлов. М.: Металлургия, 1974. - 302 с.

153. Смелянский В.Я., Рыскулов М.Т., Кожевников В.Е. К вопросу о расчете режимов сварки взрывом разнородных материалов // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: Межвузовский сб. науч. тр./ВолгПИ. Волгоград, 1986. - С.54-62.

154. Бакши, О.А. Влияние степени механической неоднородности на статическую прочность сварных соединений / О.А. Бакши, В.В. Ерофеев и др. // Сварочное производство. 1983. - №4. - С.5-8.

155. Бакши, О.А. Прочность и деформационная способность сварных соединений с композиционной мягкой прослойкой/ О.А. Бакши // Сварочное производство. 1974. - №1. -С. 10-13.

156. Кусков, Ю.Н. Классификация механически неоднородных сварных соединений и методов расчета их прочности / Ю.Н. Кусков, Ю.П. Трыков // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: межвуз. Сб. науч. Трудов / ВолгПИ. Волгоград, 1975. - С. 36-44.