Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами
Приведены результаты исследований структуры и свойств металла швов при вводе в сварочную ванну порошков нанооксидов. Показано, что доля нанопорошков, вносимых в сварочную ванну, не должна превышать 0,5 % в диапазоне рекомендуемых режимов сварки низколегированных сталей. Установлено, что ввод наноокс...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113264 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами / В.Д. Кузнецов, Д.В. Степанов // Автоматическая сварка. — 2015. — № 11 (747). — С. 19-24. — Бібліогр.: 15.назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860050223590539264 |
|---|---|
| author | Кузнецов, В.Д. Степанов, Д.В. |
| author_facet | Кузнецов, В.Д. Степанов, Д.В. |
| citation_txt | Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами / В.Д. Кузнецов, Д.В. Степанов // Автоматическая сварка. — 2015. — № 11 (747). — С. 19-24. — Бібліогр.: 15.назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Приведены результаты исследований структуры и свойств металла швов при вводе в сварочную ванну порошков нанооксидов. Показано, что доля нанопорошков, вносимых в сварочную ванну, не должна превышать 0,5 % в диапазоне рекомендуемых режимов сварки низколегированных сталей. Установлено, что ввод нанооксидов приводит к преимущественному формированию неметаллических включений как в наноразмерном диапазоне 0,07…0,13 мкм так и в диапазоне 0,3…0,8 мкм при этом, в них наблюдается повышенное по отношению к исходным швам содержание углерода, кислорода титана, алюминия и марганца. Показано, что при вводе нанооксида титана 0,5 % снижается содержание хрупких составляющих структуры и увеличивается до 40 % содержание игольчатого феррита, что с одновременным увеличением пределов текучести и прочности приводит к повышению ударной вязкости в 2 раза. Показано, что при модифицировании металла швов нанооксидами титана и алюминия уменьшается интервал кристаллизации, что может свидетельствовать о их действии как модификаторов 2-го рода.
Given are the results of investigation of structure and properties of weld metals at introduction of nanooxide powders into weld pool. It is shown that portion of nanooxides, being introduced in the weld pool, should not exceed 0.5 % in a range of recommended modes of welding of low-alloy steels. It is determined that nanooxides introduction results in formation of mainly non-metallic inclusions in nanosize range of 0.07-0.13mm as well as in 0.3-0.8 mm range. At that increased content of carbon, titanium, oxygen, aluminum and manganese are observed in them in comparison to reference welds. It is shown that introduction of 0.5% titanium nanooxide reduces content of brittle constituents of the structure and content of acicular ferrite rises to 40 %, that results in 2 times increase of impact toughness together with simultaneous increase of yield strength. It is shown that modifying of weld metal by titanium and aluminum nanooxides reduces solidification interval, that can indicate their effect as 2nd type inoculants.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:59:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
196-7/2015
Кафедре сварочного производства НТУУ «КПИ» 0
УДК 621.791:669.14.018
CТРУКТУРА И СВОЙСТВА МЕТАЛЛА СВАРНОГО ШВА,
МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНООКСИДАМИ
В.Д. КУЗНЕЦОВ, Д.В. СТЕПАНОВ
Нац. техн. ун-т Украины «КПИ». 03056, г. Киев-56, пр-т Победы, 37. E-mail: v.kuznetsov@kpi.ua
Приведены результаты исследований структуры и свойств металла швов при вводе в сварочную ванну порошков на-
нооксидов. Показано, что доля нанопорошков, вносимых в сварочную ванну, не должна превышать 0,5 % в диапазоне
рекомендуемых режимов сварки низколегированных сталей. Установлено, что ввод нанооксидов приводит к преиму-
щественному формированию неметаллических включений как в наноразмерном диапазоне 0,07…0,13 мкм так и в диа-
пазоне 0,3…0,8 мкм при этом, в них наблюдается повышенное по отношению к исходным швам содержание углерода,
кислорода титана, алюминия и марганца. Показано, что при вводе нанооксида титана 0,5 % снижается содержание
хрупких составляющих структуры и увеличивается до 40 % содержание игольчатого феррита, что с одновременным
увеличением пределов текучести и прочности приводит к повышению ударной вязкости в 2 раза. Показано, что при
модифицировании металла швов нанооксидами титана и алюминия уменьшается интервал кристаллизации, что может
свидетельствовать о их действии как модификаторов 2-го рода. Библиогр. 15, табл. 3, рис. 6.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварной шов, низколегированные стали, нанопорошки, нанооксиды, структура, неметалличе-
ские включения, механические свойства, интервал кристаллизации
Анализ исследований и публикаций последних
лет указывает на роль неметаллических включе-
ний как фактора управления структурой и свой-
ствами литого металла. Показано [1, 2], что ин-
жиниринг включений можно использовать для
оптимизации микроструктуры стали, а включения
(оксиды, сульфиды, карбиды) размером <1 мкм,
способствующие зарождению игольчатого фер-
рита (ИФ), через свои малые размеры выделены
в отдельную группу и названы «дисперсоидами»,
как не оказывающие негативного влияния на сни-
жение механических свойств, но определяющие
условия формирования микроструктуры металла.
В работах [3–6] изучено как влияние размера
неметаллических включений на гетерогенное за-
рождение структуры игольчатого феррита, так и
состав и особенности распределения неметалли-
ческих включений при наличии оксидов алюми-
ния, оксидов и нитридов титана.
Систематические исследования в этом направ-
лении проведены сотрудниками ИЭС им. Е.О. Па-
тона. В работах [7–13] экспериментально изучено
и теоретически обосновано влияние карбидов, ни-
тридов и оксидов на условия образования игольча-
того феррита и повышение механических свойств
металла шва низколегированных сталей.
Особенностью указанных выше работ являет-
ся исследование роли неметаллических включе-
ний, в том числе наноразмерного диапазона, как
образовавшихся в металле шва при соответству-
ющих изменениях концентраций вводимых эле-
ментов и их реакций с образованием оксидов, ни-
тридов, карбидов , так и при их вводе размером
не больше 1 мкм через шихту порошковой прово-
локи, а также в виде наноразмерных порошковых
инокуляторов.
Развитие работ в этом направлении требует на-
копления и анализа экспериментальных данных
как применительно к номенклатуре низколегиро-
ванных сталей так и схемам ввода наноразмерных
частиц в сварочную ванну.
Цель работы — исследование влияния неме-
таллических включений на структуру и свойства
металла швов при вводе непосредственно по-
рошков нанооксидов в сварочную ванну.
Для выявления общих закономерностей ис-
следования проводились как при сварке низколе-
гированных сталей 09Г2С и 10Г2ФБ проволокой
Св-10ХГН2СМФТЮ, так и стали А–514 (18ГСХ-
НФ) проволокой Св-09Г2С . Во всех случаях свар-
ку выполняли в смеси газов 72 % Ar + 28 % CO2
на погонной энергии 12,3 кДж/см.
Нанокомпоненты вводились в сварочную ван-
ну в виде лигатуры после прессования и спека-
ния гомогенной смеси порошка железа фракцией
40 мкм и наноразмерных порошков оксидов алю-
миния или титана (27…41 нм) с заданным объем-
ным соотношением.
Приготовленная лигатура использовалась как
расходный электрод заданной длины и диаметра,
заложенный в разделку кромок перед сваркой по
длине стыка [14]. В этом случае исключалось вли-
яние процессов, связанных с прохождением нано-
порошков через дугу.
Исследование структур и неметаллических
включений проводили методами оптической и
электронной микроскопии с использованием ми-© В.Д. Кузнецов, Д.В. Степанов, 2015
20 6-7/2015
Кафедре сварочного производства НТУУ «КПИ» 0
кроскопа NEOPHOT-30, электронного сканирую-
щего микроскопа JSM35CF с приставкой для ло-
кального рентгеноспектрального анализа INCA
Energy 350, а также компьютерных программ, раз-
работанных в ИЭС им. Е.О. Патона для анализа
микроструктурных составляющих и распределе-
ния неметаллических включений по размерам и
составу. Теплофизические характеристики лито-
го металла исследовали на термоанализаторе DSK
404 F1 фирмы «NETZSCH».
Исследования показали, что количество нано-
порошка, вводимого в сварочную ванну приводит
к изменению количества неметаллических вклю-
чений в металле шва.
Зависимость общей объемной доли неметал-
лических включений от содержания нанооксидов
алюминия в сварном шве приведена на рис. 1.
Если в исходном шве доля неметаллических
включений составляет 0,45 % то с введением в
сварочную ванну нанопорошка оксида алюминия
в количестве 0,5 % происходит резкое увеличе-
ние объемной доли неметаллических включений
до 0,65 %. Введение нанопорошка оксида алюми-
ния в диапазоне от 0,5 до 2,5 об. % не оказывает
заметного влияния на объемную долю неметалли-
ческих включений. Дальнейшее увеличение более
2,5 % нанопорошка вновь приводит к росту объ-
емной доли неметаллических включений с 0,7 до
0,86 %.
Однако результаты оценки структурных изме-
нений для указанного диапазона вводимых на-
нооксидов показали, что превышение объемной
доли выше 0,5 % не сопровождается существен-
ными структурными изменениями.
Для примера на рис. 2 приведены структуры
металла шва при сварке стали 09Г2С для указан-
ного диапазона изменений объемной доли нанопо-
рошка оксида алюминия.
В исходных условиях в металле шва формиру-
ется структура, основными составляющими кото-
рой являются выделения полигонального феррита,
игольчатого и пластинчатого с упорядоченными и
неупорядоченными вторыми фазами. Особенно-
стью структуры является наличие укрупненных
образований указанных морфологических форм
феррита (рис. 2, а). Микротвердость составляю-
щих изменяется от HV 145 до HV 187.
Микроструктура металла шва с добавлением
нанопорошка Al2O3 в количестве 0,5% имеет из-
мельченную дисперсную структуру, состоящую в
основном из верхнего бейнита, частично нижнего
и игольчатого феррита (рис. 2, б). Микротвердость
составляющих изменяется от HV 264 до HV 304.
Металл шва с добавлением нанопо-
рошка Al2O3 в количестве 2,5 % объем-
ных долей преимущественно имеет ми-
кроструктуру внутризеренного феррита
и феррита с упорядоченными и неупоря-
доченными вторыми фазами (рис. 2, в).
Микротвердость составляющих практи-
чески не меняется и находится в преде-
лах HV 180…189.
Добавление нанопорошка Al2O3 в ко-
личестве 4, 5 % объемных долей приво-
дит к формированию в структуре вну-
тризеренного феррита с выделениями
игольчатого и феррита с упорядоченны-
ми вторыми фазами (рис. 2, г). Микрот-
вердость составляющих изменяется со-
ответственно от HV 188 до HV 236.
Отсюда можно сделать вывод, что ос-
новную роль в формировании структуры
с повышенными прочностными и вязки-
ми свойствами выполняют введенные
только в небольшом количестве (0,5 %)
нанооксиды, а повышение их концен-
Рис. 1. Зависимость объемной доли неметаллических вклю-
чений от содержания нанооксидов алюминия в сварном шве
(сварка стали 09Г2С проволокой Св-0ХГН2СМФТЮ)
Рис. 2. Микроструктура исходного шва (а) и с добавлением нанопорошка
Al2O3 в количестве: б — 0,5 %; в — 2,5; г — 4,5
216-7/2015
Кафедре сварочного производства НТУУ «КПИ» 0
трации, видимо, способствует коагуляции и
коалисценции с неметаллическими включе-
ниями материала во время кристаллизации
сварочной ванны и существенного влияния
на структурообразование не оказывает.
Действительно, компьютерная обработ-
ка результатов распределения неметалли-
ческих включений по размеру позволила
выделить из общего массива данных три
размерных диапазона: включения размера-
ми до 0,3 мкм, от 0,3 до 0,8 мкм и более 0,8
мкм.
Характерной особенностью неметалли-
ческих включений в металле шва является
их меньший размерный диапазон при вводе
в сварочную ванну нанооксидов (рис. 3).
Так, если в исходном шве на размерный
диапазон 0,1…0,25 мкм приходится от 5 до
10 включений и на диапазон 0,5…1 мкм от
5 до 40 включений, то в случае ввода нано-
оксида на первый диапазон приходится от
8 до 22 включений и на второй от 5 до 27
включений.
Выявленные закономерности подтверждают-
ся также результатами обработки размеров вклю-
чений только сферической формы по показателю
диаметра равнозначной окружности. Для примера
на рис. 4 приведены гистограммы по объемному
содержанию и распределению таких включений в
металле шва для исходного состояния и с наличи-
ем нанооксида титана.
В исходном состоянии без добавления нанопо-
рошка оксида основная часть сферических включе-
ний от 4 до 6 % приходится как на диапазон разме-
ров до 0,3 мкм, так и на диапазоны 0,3…0,8
мкм и выше. При этом наблюдаются выделе-
ния до 9 % частиц размерами до 0,31…0,37
мкм (рис. 4, а).
При добавлении нанопорошка оксида
ТiО2 в количестве 0,5 об. % часть сфериче-
ских включений как размером до 0,3 мкм,
так и в диапазоне 0,3…0,55 мкм возрастает
от 6 до 14 %. При этом практически не на-
блюдается наличие включений с размера-
ми больше 0,8 мкм (рис. 4, б).
Результаты локального спектрального
анализа химического состава включений
показали, что независимо от размера в ка-
ждом из них наблюдается существенное
повышение концентрации углерода, кис-
лорода, алюминия, серы, титана, марганца.
Особенно это заметно для углерода, кисло-
рода, серы (несколько порядков).
Ввод нанооксидов, при сохранении об-
щей картины по составу указанных эле-
ментов, несколько изменяет ее в сторону
более высокого содержания кислорода, алюминия
и титана, что указывает на наличие во включени-
ях оксидов этих элементов.
Анализ тройных диаграмм оксидов систем
SiO2–Al2O3–MnO и ТiO2–Al2O3–MnO для наибо-
лее характерного диапазона размера включений
0,3…0,8 мкм также подтверждает повышенное со-
держание оксидов Al2O3 и ТiO2 (рис. 5).
Так, если в исходном шве значительная часть
включений как одной, так и другой системы содер-
жит оксид марганца от 50 до 90 % , оксид алюми-
ния до 40 % и оксид титана до 20 % (рис. 5, а, б), то
при введении в сварочную ванну ТiO2 в количестве
Рис. 3. Гистограмма распределения количества неметаллических
включений по размерам: а — в исходном шве; б — в шве с добавлени-
ем нанопорошка оксида алюминия в количестве 0,5 %
Рис. 4. Гистограмма распределения включений в металле сварного
шва за показателем диаметра равнозначной окружности в мкм: а — в
исходном состоянии; б — с нанооксидом TiO2 в количестве 0,5 об. %.
(сварка стали 10Г2ФБ)
22 6-7/2015
Кафедре сварочного производства НТУУ «КПИ» 0
0,5% высокое содержание оксида марганца встреча-
ется только в единичных включениях, а присутствие
во включениях как оксида алюминия, так и титана
увеличивается до 55 и 40 % соответственно (рис. 5,
в, г).
Таким образом, комплексный анализ включе-
ний указывает на существенное отличие их раз-
меров, плотности распределения и состава в ме-
таллической матрице при вводе нанооксидов, что
оказывает влияние на структуру металла швов.
Действительно, по результатам металлогра-
фического анализа установлено, что наиболее
распространенными морфологическими форма-
ми феррита в структуре металла швов являют-
ся блочный феррит (БФ), пластинчатый феррит
(ПФ), внутризеренный игольчатый феррит (ИФ),
феррит Видманштетта (ФВ), верхний (ВБ) и ниж-
ний бейнит (НБ). Процентное содержание каждой
из форм в исследованных швах при сварке стали
10Г2ФБ приведено в табл. 1.
Исходная структура сварных швов характе-
ризуется повышенным содержанием хрупких
составляющих (блочный феррит, феррит Вид-
манштетта, верхний бейнит) и формированием
игольчатого феррита до 10 % с высоким коэффици-
ентом формы (L/B) 4…7 и длиной игл до 20 мкм.
Микроструктура металла шва имеет достаточ-
но высокое содержание внутризеренного полиго-
нального феррита с выделениями по границам зе-
рен аллотриоморфного феррита (рис. 6, а–в). Швы
с такой структурой характеризуются низким уров-
нем вязкости и пластичности металла. Значения
микротвердости структурных составляющих из-
меняются от HV 231 до HV 253.
Структура метала шва с нанооксидом
ТiO2 в количестве 0,5 % характеризуется по-
ниженным содержанием хрупких состав-
ляющих (блочный феррит, феррит Видман-
штетта, верхний бейнит) и повышенным
содержанием игольчатого феррита до 40 % с
более благоприятным коэффициентом фор-
мы (L/B) 3…5 и длиной игл до 5 мкм в срав-
нении с исходной структурой (рис. 6, г–е).
Рис. 5. Тройные диаграммы оксидов систем SiO2–Al2O3–MnO и ТiO2–Al2O3–MnO: а, б — исходный шов; в, г — 0,5 % ТiO2
Т а б л и ц а 1 . Характерные морфологические формы феррита
в структуре швов
Исследованный
шов
Составляющие микроструктуры металла швов,
%
БФ ПФ ИФ ВБ НБ ФВ
Исходный шов,
без нанооксидов до 10 10…20 до 10 20…40 20…40 до 35
Шов с 0,5 % на-
нооксида ТiО2
до 10 до 10 20...40 10...20 10...15 до 15
236-7/2015
Кафедре сварочного производства НТУУ «КПИ» 0
Швы с такой структурой характеризуются со-
четанием достаточно высокого уровня показате-
лей вязкости, пластичности и прочности металла.
Измерения показали, что значения микротвердо-
сти структурных составляющих изменяются от
HV 230 до HV 250.
Таким образом, введение в сварочную ванну
нанооксидов, в частности титана, приводит к по-
зитивным структурным изменениям с точки зре-
ния формирования вязких морфологических форм
феррита, что приводит к повышению механиче-
ских свойств металла швов (табл. 2).
Как следует из данных табл. 2, наблюдается повы-
шение предела текучести на 157 МПа и прочности на
105 МПа при введении в сварочную ванну наноокси-
дов титана, при этом ударная вязкость также увеличи-
вается в 2 раза. Таким образом, независимо от марки
исследованных низколегированных сталей и типа вве-
денных нанооксидов общим является изменение как
размера, плотности распределения и состава включе-
ний, так и их положительное влияние на структуру и
механические свойства металла швов.
О роли введенных нанооксидов в структуро-
образовании свидетельствуют также
данные термограмм дифференциальной
сканирующей калориметрии (ДСК). Ис-
следования выявили отличия как в тем-
пературах плавления, так и кристал-
лизации металла, модифицированного
нанооксидами (табл. 3).
Общей закономерностью является не-
которое снижение температур плавления
металла швов при введении наноокси-
дов. Известно, что наноструктурные материалы
отличаются существенно более низкой температу-
рой плавления [15], следовательно, некоторое сни-
жение температур ликвидуса может быть связано
с наличием нанооксидов в металле швов. Сниже-
ние температуры плавления проявляется по разно-
му для оксидов титана и алюминия. Так, при тем-
пературе плавления исходного металла 1543,4 ºС
ее снижение до 1535,8 ºС наблюдается при введе-
нии0,5 % TiO2 и в большей степени до 1522,5 ºС
при 1 % Al2O3.
В то же время, за исключением 1 % Al2O3, на-
блюдается повышение температур кристаллиза-
ции металла швов, модифицированных наноокси-
дами. При этом общей закономерностью является,
независимо от исследованного диапазона изме-
нений объемной доли введенных нанооксидов,
уменьшение интервала кристаллизации модифи-
цированного металла.
Так, если для исходного металла он составляет
43,9 ºС, то наблюдаемое уменьшение для исследо-
ванного диапазона изменений каждого из наноок-
сидов практически одинаково и для оксида алю-
Рис. 6. Характерные структуры металла шва без нанооксидов (а–в); с нанооксидом ТiО2 в количестве 0,5 об. % (г–е). Стрелка-
ми показаны характерные морфологические формы феррита
Т а б л и ц а 2 . Результаты механических испытаний при сварке ста-
ли А-514 (18ГСХНФ) проволокой 09Г2С
Исследован-
ный металл
шва
Предел
текуче-
сти, σт,
МПа
Предел
прочности,
σв,МПа
Относи-
тельное
удлинение,
%
Относи-
тельное
сужение,
%
Ударная
вязкость
KСV,
кДж/м2
Без нанопо-
рошков 357 542 21 61 4,6
С нанооксидом
TiO2 в количе-
стве 0,5 %
514 647 18 54 9,3
24 6-7/2015
Кафедре сварочного производства НТУУ «КПИ» 0
миния составляет ΔТ = 23,3 ºС, для оксида титана
ΔТ = 11,8 ºС.
Отсюда можно сделать вывод, что действие на-
нооксидов проявляется уже на стадии кристалли-
зации, изменяя ее условия в сторону более уско-
ренного прохождения, возможно как следствие
появления на включениях дополнительных цен-
тров зародышеобразования, то есть их действия
как модификаторов 2-го рода.
На данном этапе исследований не представляется
возможным дать однозначную трактовку роли нано-
оксидов в механизме управления структурообразо-
ванием металла швов. Их роль может также прояв-
ляться как модификаторов 3-го рода (инокуляторов),
которые находясь в расплаве и отбирая тепло на соб-
ственный нагрев и, при определенных условиях,
расплавление снижают температуру расплава, что
приводит к росту скорости кристаллизации. Кроме
того, как установлено в работах ИЭС им. Е.О. Па-
тона, их воздействие может также проявляться и на
этапе вторичной кристаллизации, влияя на устойчи-
вость аустенита к превращению.
Накопление и анализ экспериментальных дан-
ных в этом направлении работ позволит выделить
наиболее существенные стороны проявления не-
металлических включений, в том числе нано-
размерного диапазона, на структурообразование
сварного шва.
Выводы
Показано, что увеличение объемной доли введенных
в сварочную ванну нанооксидов от 0,5 до 4,5 % при-
водит к увеличению от 0,46 до 0,87 общей доли не-
металлических включений в металле шва, при этом
существенные структурные изменения проявляются
при вводе объемной доли нанооксида, не превыша-
ющей 0,5 %. Характерным в этом случае является
увеличение доли включений в малом размерном ди-
апазоне 0,07…0,5 мкм. В металле швов, модифици-
рованных нанооксидами включения содержат повы-
шенное содержание кислорода, алюминия и титана,
что указывает на их преимущественный состав из
оксидов этих элементов.
Введение нанооксида титана способствует сни-
жению хрупких составляющих феррита и повы-
шению содержания игольчатого, что приводит к
повышению механических свойств металла швов,
в частности ударной вязкости. Введение наноок-
сидов уменьшает интервал кристаллизации метал-
ла швов, что может свидетельствовать о их дей-
ствии как модификаторов 2–го рода.
1. Takamura J., Mizoguchi S. Roles of oxides in steels perfor-
mance – Metallurgy of oxides in steels // Proc. 6th Int. Iron
and Steel Cong., ISIJ, Tokyo. – 1990. – Vol. 1. – P. 591–597.
2. Microstructure control of steels through dispersoid metal-
lurgy using novel grain refining alloys / O. Grong, L.
Kolbeinsen, C. van der Eijk., G. Tranell // ISIJ Int. – 2006. –
№ 46. – P. 824–831.
3. Effect of inclusion size on the nucleation of acicular ferrite
in welds / Т.K. Lee, H.J. Kim, B.Y. Kang, S.K. Hwang // II
ISIJInt. – 2000. – 40. – P. 1260–1268.
4. Yamamoto K., Hasegawa T., Takamura J. Effect of boron on
intra-granular ferrite formation in Ti-Oxide bearing steel //
ISIJ Int. – 1996. – 36. – P. 80–86.
5. Influence of aluminum content on the characterization of
microstructure and inclusions in high-strength steel welds /
W. Vanovsek, C. Bernhard, M. Fiedler, G. Posch // Welding
in the World. – 2013. – 57, Is. 1. – P. 73–83.
6. Jun Seok Seo, Hee Jin Kim, Changhee Lee. Effect of Ti
addition on eeld microstructure and inclusion characteristics
of bainitic GMA welds // ISIJ International. – 2013. – 53. –
№ 5. – P. 880–886.
7. Головко В.В., Григоренко Г.М., Костин В.А. Влияние на-
новключений на формирование структуры металла швов
ферритно-бейнитных сталей (Обзор) // Зб. наук. праць
НУК. – 2011. – № 4. – С.
8. Дослідження впливу нанорозмірних карбідів титану на
формування мікроструктури та властивостей зварного
шва / І.К. Походня, В.В. Головко, С.М. Степанюк, Д.Ю.
Єрмоленко // ФХММ. – 2012. – № 6. – С. 68–75.
9. Головко В.В., Степанюк С.М., Єрмоленко Д.Ю. Дослід-
ження впливу наноутворень в металі на формування мі-
кроструктури зварного шва та його механічні властивості
// Строительство, материаловедение, машиностроение:
Сб. науч. тр. – 2012. – Вып. 64. – С. 155–159.
10. Головко В.В., Походня И.К. Влияние неметаллических
включений на формирование структуры металла швов
высокопрочных низколегированных сталей // Автомат.
сварка. – 2013. – № 6. – С. 3–11.
11. Головко В.В., Степанюк С.Н., Ермоленко Д.Ю. Техноло-
гия сварки высокопрочных низколегированных сталей с
введением титансодержащих инокуляторов // Нанораз-
мерные системы и материалы в Украине / Ред. А.Г. Нау-
мовец (глав. ред.); НАН Украины. – Киев: Академперио-
дика, 2014. – С. 395–399.
12. Головко В.В., Степанюк С.Н., Ермоленко Д.Ю. Влияние
титансодержащих инокулянтов на структуру и свойства
металла швов высокопрочных низколегированных ста-
лей // Автомат. сварка. – 2015. – № 2. – С. 16–20.
13. Влияние нанопорошковых инокуляторов на структуру и
свойства литого металла высокопрочных низколегиро-
ванных сталей / Г.М. Григоренко, В.А. Костин, В.В. Го-
ловко и др. // Современ. электрометаллургия. – 2015. –
№ 2. – С. 32–41.
14. Пат. № 98985 UA, МПК (2006.01) В 23К 9/16. Спосіб
електродугового зварювання з введенням у зварювальну
ванну нанокомпонентів / В.Д. Кузнецов, П.І. Лобода, С.К.
Фомічов и др. – № u 2014 13486; Заявл. 15.12.14; Опубл.
12.05.15; Бюл. № 9.
15. Рагуля А.В., Скороход В.В. Консолідовані наноструктурні
матеріали. – Київ: Наук. думка, 2007. – 349 с.
Поступила в редакцию 21.10.2015
Т а б л и ц а 3 . Теплофизические характеристики метал-
ла швов
Сплав Тл,
оС Тс,
оС ΔТ, оС
Исходный металл 1543,4 1499,5 43,9
TiO2–0,5 % 1535,8 1524 11,8
TiO2–1 % 1540,6 1527,7 12,9
Al2O3–0,5 % 1541,9 1518,6 23,3
Al2O3–1 % 1522,5 1499 23,5
Т с — температура солидус; Тл — температура ликвидус;
ΔТ — интервал кристаллизации.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-113264 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:59:08Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кузнецов, В.Д. Степанов, Д.В. 2017-02-05T15:34:18Z 2017-02-05T15:34:18Z 2015 Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами / В.Д. Кузнецов, Д.В. Степанов // Автоматическая сварка. — 2015. — № 11 (747). — С. 19-24. — Бібліогр.: 15.назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113264 621.791:669.14.018 Приведены результаты исследований структуры и свойств металла швов при вводе в сварочную ванну порошков нанооксидов. Показано, что доля нанопорошков, вносимых в сварочную ванну, не должна превышать 0,5 % в диапазоне рекомендуемых режимов сварки низколегированных сталей. Установлено, что ввод нанооксидов приводит к преимущественному формированию неметаллических включений как в наноразмерном диапазоне 0,07…0,13 мкм так и в диапазоне 0,3…0,8 мкм при этом, в них наблюдается повышенное по отношению к исходным швам содержание углерода, кислорода титана, алюминия и марганца. Показано, что при вводе нанооксида титана 0,5 % снижается содержание хрупких составляющих структуры и увеличивается до 40 % содержание игольчатого феррита, что с одновременным увеличением пределов текучести и прочности приводит к повышению ударной вязкости в 2 раза. Показано, что при модифицировании металла швов нанооксидами титана и алюминия уменьшается интервал кристаллизации, что может свидетельствовать о их действии как модификаторов 2-го рода. Given are the results of investigation of structure and properties of weld metals at introduction of nanooxide powders into weld pool. It is shown that portion of nanooxides, being introduced in the weld pool, should not exceed 0.5 % in a range of recommended modes of welding of low-alloy steels. It is determined that nanooxides introduction results in formation of mainly non-metallic inclusions in nanosize range of 0.07-0.13mm as well as in 0.3-0.8 mm range. At that increased content of carbon, titanium, oxygen, aluminum and manganese are observed in them in comparison to reference welds. It is shown that introduction of 0.5% titanium nanooxide reduces content of brittle constituents of the structure and content of acicular ferrite rises to 40 %, that results in 2 times increase of impact toughness together with simultaneous increase of yield strength. It is shown that modifying of weld metal by titanium and aluminum nanooxides reduces solidification interval, that can indicate their effect as 2nd type inoculants. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Кафедре сварочного производства НТУУ «КПИ» — 80 Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами Structure and properties of weld metal modified by nanooxides Article published earlier |
| spellingShingle | Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами Кузнецов, В.Д. Степанов, Д.В. Кафедре сварочного производства НТУУ «КПИ» — 80 |
| title | Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами |
| title_alt | Structure and properties of weld metal modified by nanooxides |
| title_full | Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами |
| title_fullStr | Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами |
| title_full_unstemmed | Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами |
| title_short | Cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами |
| title_sort | cтруктура и свойства металла сварного шва, модифицированного нанооксидами |
| topic | Кафедре сварочного производства НТУУ «КПИ» — 80 |
| topic_facet | Кафедре сварочного производства НТУУ «КПИ» — 80 |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113264 |
| work_keys_str_mv | AT kuznecovvd ctrukturaisvoistvametallasvarnogošvamodificirovannogonanooksidami AT stepanovdv ctrukturaisvoistvametallasvarnogošvamodificirovannogonanooksidami AT kuznecovvd structureandpropertiesofweldmetalmodifiedbynanooxides AT stepanovdv structureandpropertiesofweldmetalmodifiedbynanooxides |