Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки
С помощью TEM, XRD, и SEM анализа обнаружено формирование карбонитридных частиц при наплавке (в азотосодержащей среде). При увеличении количества слоев при наплавке, объемная доля аустенита увеличивается и падает доля феррита За допомогою TEM, XRD, і SEM аналізу виявлене формування карбонітридних ча...
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7946 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки / Ю.И. Лопухов // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 1-2. — С. 28-31. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859604021957885952 |
|---|---|
| author | Лопухов, Ю.И. |
| author_facet | Лопухов, Ю.И. |
| citation_txt | Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки / Ю.И. Лопухов // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 1-2. — С. 28-31. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | С помощью TEM, XRD, и SEM анализа обнаружено формирование карбонитридных частиц при наплавке (в азотосодержащей среде). При увеличении количества слоев при наплавке, объемная доля аустенита увеличивается и падает доля феррита
За допомогою TEM, XRD, і SEM аналізу виявлене формування карбонітридних частинок при наплавленні (у азотомісткому середовищі). При збільшенні кількості шарів при наплавленні, об’ємна частка аустеніту збільшується і падає частка фериту.
The formation of carbon-nitride particles at fusion (in nitrogen-contain environment) was found by TEM, XRD, and SEM analysis. Increasing of austenite volume part and decreasing part of ferrite was shown under growing of the layers at fusion.
|
| first_indexed | 2025-11-28T01:56:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-228
Одним из основных критериев, опреде-
ляющих надежность и долговечность трубо-
проводной арматуры, является устойчивая
работа пары уплотнительных поверхностей
затвора. Наплавленный металл рабочей зоны
этих поверхностей должен удовлетворять
весьма жестким требованиям по механичес-
ким свойствам, стойкости против задирания,
эрозионной и коррозионной стойкости. Эти
показатели зависят от изменения структуры
металла.
Существенным недостатком сплава
10Х17Н8С6Г, который используется в виде
на-плавочных электродов ЦН-6Л для наплав-
ки уплотнительных поверхностей затвора
трубопроводной арматуры, является склон-
ность его к сигматизации и термическому уп-
рочнению при длительной эксплуатации ар-
матуры с температурой среды 425 ÷ 550 °С
[1]. Это может привести к растрескиванию
сплава непосредственно на действующем
энергообъекте и вызвать аварийную ситуа-
цию. Как уже отмечалось выше, образование
σ-фазы возможно также и непосредственно
в процессе наплавки при определенных вре-
менно-температурных условиях.
Кристаллизация хромоникелькремнистой
стали формируется двухфазной структурой с
различным соотношением δ/γ-фаз. При этом
δ-феррит является метостабильной фазой и
при определенных условиях происходит рас-
пад с образованием σ-фазы по схеме δ → σ
→ γ [2]. Образование σ-фазы в большинстве
случаях нежелательно и вызывает охрупчи-
вание сплава.
Повышение стабильности δ-феррита и по-
давление процесса образования σ-фазы мо-
жет быть достигнуто подбором определен-
ного соотношения феррито- и аустенизирую-
щих элементов, входящих в состав сплава.
Исследовались сплавы типа 10Х17Н8С5
Г2Т, полученные многослойной наплавкой
проволокой ПП-АН133 ∅ 2,6 мм в смеси га-
зов N2 + СО2 с различным процентным содер-
жанием азота в составе смеси и в среде арго-
на. Наплавку проводили на режиме: свароч-
ный ток – 210 ÷ 240 A, напряжение дуги – 26
÷ 27 B, VH = 17 м/ч. Расход защитной атмо-
сферы 10 ÷ 14 л/мин.
Азот в металле может образовывать твер-
дый раствор внедрения или находиться в свя-
занном состоянии в виде нитридов. Причем
содержание азота определяет степень раст-
воримости его в жидком металле и зависит
не только от условий наплавки, но и от хим-
состава наплавленного металла. В металле,
наплавленном проволокой ПП-АН133, при-
сутствуют, как элементы, повышающие раст-
воримость азота (Cr, Mn, Ti), так и элементы,
препятствующие его растворению (Si, C). Эф-
фективным нитридообразующим элементом
является титан, содержащийся в составе по-
рошковых проволок в виде ферротитана. На-
личие титана благоприятно сказывается не
только на интенсификации процесса насыще-
ния жидкого металла азотом, но и на форми-
ровании структур наплавленного слоя. Титан,
соединяясь с азотом, образует, нитриды и при
кристаллизации металла наплавки выступает
в роли эффективного модификатора. Данные
электронно-микроскопических исследований
свидетельствуют что, образующие нитриды
и карбонитриды титана (рис. 1) являются
центрами кристаллизации и способствуют
измельчению зерна.
УДК 621.791.927.54:669.786
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ХРОМОНИКЕЛЬКРЕМНИСТОЙ СТАЛИ В
УСЛОВИЯХ ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГОВОЙ НАПЛАВКИ
Ю.И. Лопухов
Восточно-Казахстанский государственный технический университет (Усть-Каменогорск)
Казахстан
Поступила в редакцию 19.02.2009
С помощью TEM, XRD, и SEM анализа обнаружено формирование карбонитридных частиц
при наплавке (в азотосодержащей среде).
При увеличении количества слоев при наплавке, объемная доля аустенита увеличивается и
падает доля феррита
ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-2 29
Методом рентгеноструктурного фазового
анализа определено количество аустенита и
феррита в наплавленном металле в различ-
ных защитных средах. Результаты этих иссле-
дований (табл. 1) показывают, что с увеличе-
нием азота в газовой смеси растет объемная
доля аустенита и соответственно падает доля
феррита. Следует отметить, что с увеличени-
ем количества слоев и высоты наплавки,
объемная доля аустенита в наплавленном
металле возрастает (рис. 2).
На рис. 3 приведены микроструктуры ме-
талла, наплавленного проволокой ПП-АН133
в 100%СО2, 70%N2 + 30%СО2, 100%Ar. Из
сравнения микроструктур рабочей зоны пос-
ле различных технологий наплавки можно
обнаружить принципиальное отличие. На-
плавка в азотсодержащей атмосфере характе-
ризуется значительно большей объемной до-
лей аустенита. Зерна аустенита равномерно
распределены в структуре и имеют более рав-
ноосную форму в сравнении с наплавкой в
углекислом газе или аргоне.
Структурные исследования показали, что
в зоне сплавления с основным металлом на-
блюдается мелкодисперсная ферритно-аусте-
нитная смесь с избыточными выделениями
карбонитридных фаз и некоторого количест-
ва мартенситной составляющей, объемная
доля которой уменьшается с увеличением со-
держания растворенного азота в металле. На-
чиная от зоны сплавления, содержание аус-
тенита растет по высоте наплавки и достигает
максимального значения в рабочей зоне.
Наплавка в азотосодержащих газовых смесях
приводит к формированию более дисперсной
и однородной структуры при благоприятной
в морфологическом отношении ферритной
составляющей по сравнению с другими ви-
дами наплавки (рис. 3).
Рис. 2. Объемная доля аустенита в металле, наплав-
ленном порошковой проволокой ПП-АН133 в раз-
личных защитных атмосферах в зависимости от вы-
соты наплавки (Н) и количества слоев (n): 1 – Ar;
2 – СО2; 3 – 30%N2 + 70%СО2; 4 – 50%N2 + 50%CO2;
5 – N2; 6 – 70%N2 + 30%CO2.
а) б)
в) г)
Рис. 1. Карбонитридные частицы в твердом растворе
металла, наплавленного порошковой проволокой
ПП-АН133 в азотосодержащей среде 70%N2+ 30%
СО2. Термообработка ε80% – 1300 °С – вода – 700 °С
– 1 час – охлаждение с печью. а) светлое поле ×6000;
б) темное поле в рефлексе (220) ×6000; в) темное поле
в рефлексе (220) ×20000; г) микродифракционная
картина С = 50,6.
Защитная
атмосфера, %
Количество, %
Аустенит Феррит
100Ar 33 67
100CO2 39 61
70CO2 + 30N2 48 52
50CO2 + 50N2 55 45
70CO2 + 50N2 72 28
N2 59 41
Таблица 1
Фазовый состав стали 10Х17Н8С5Г2Т в
зависимости от состава защитной
атмосферы при наплавке
Ю.И. ЛОПУХОВ
ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-230
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ХРОМОНИКЕЛЬКРЕМНИСТОЙ СТАЛИ В УСЛОВИЯХ ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГОВОЙ НАПЛАВКИ
Из-за значительного содержания феррито-
образующих элементов в наплавленном ме-
талле в процессе кристаллизации образуется
метастабильный δ-феррит. Одновременно с
этим происходит образование первичных
карбонитридных частиц, наблюдаемых при
металлографических исследованиях (рис.
3б). При последующем охлаждении наплав-
ленного металла метастабильный δ-феррит
претерпевает распад с образованием σ-фазы.
Проведенные исследования структуры ста-
лей после наплавки в различных газовых сре-
дах и после термической обработки показы-
вают, что легирование азотом сталей подав-
ляет выделение σ-фазы. Режимы термичес-
кой обработки, приведенные на рис. 2б), г),
е) выбраны в интервале температур 700 ÷
800 °С, что соответствует наиболее благо-
приятному выделению σ-фазы.
На рис. 2б показано наличие выделений
σ-фазы после наплавки в среде углекислого
газа. Эти выделения представляют собой ок-
руглые частицы размерами 10 ÷ 15 мкм. На-
дежно идентифицировать их удалось с пом-
ощью электронно-микроскопических иссле-
дований и рентгеновского микроанализа. Бо-
лее мелкие частицы σ-фазы можно было уви-
деть только при использовании просвечиваю-
щего электронного микроскопа (рис. 4, 5).
После наплавки в среде аргона (рис. 3е)
обнаруживаются отдельные частицы σ-фазы,
хотя их количество значительно меньше, чем
при наплавке в СО2.
Особенности выделения σ-фазы более
подробно изучены методом электронной мик-
роскопии. Результаты исследований свиде-
тельствуют, что σ-фаза в образцах, наплав-
ленных в среде СО2 изредка проявляется в ви-
де заостренных частиц, которые выделяются
внутризеренно (рис. 4).
Как правило, наибольшее число выделе-
ния σ-фазы наблюдается на межфазных гра-
ницах δ/γ (рис. 5б). Сравнивая структуру в ис-
ходном состоянии и после термической обра-
ботки можно видеть, что частицы σ-фазы
после наплавки (рис. 4) встречаются внутри
ферритного зерна, их неблагоприятная в мор-
фологическом отношении форма может яв-
Рис. 3. Микроструктура металла, наплавленного по-
рошковой проволокой ПП-АН133 (Х17Н8С5Г2Т)
в различных защитных средах (Х1750) а), б) – Ar; в),
г) – 70%N2 + 30%СО2; д), е) – СО2; а), в), д) – состояние
после наплавки; б), г), е) – после термообработки,
нагрев 1200 °С, выдержка 24 часа, закалка в воду,
последующее старение при 750 °С в течение 5 часов
с охлаждением в воде.
а) б)
в) г)
д) е)
а) б)
в)
Рис. 4. Выделение σ-фазы в металле, наплавленном
порошковой проволокой ПП-АН133 в среде аргона в
виде заостренных пластин, типичных для сдвигового
превращения. Термообработка: ε80% – 1300 °С – вода
– 700 °С – 1 час – охлаждение с печью. а) – светлое
поле, ×6000; б) темное поле в рефлексе (010) ×6000;
в) микродифракционная картина.
ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-2 31
ляться дополнительным концентратором на-
пряжений, что может приводить к появлению
холодных микротрещин.
Нагрев образцов после закалки вызывает
коагуляцию частиц σ-фазы, увеличения их
объемной доли и размеров (рис. 5).
Наряду с этим на межфазных границах
видны микротрещины, появление которых,
по-видимому, связано с исходной неблагопри-
ятной формой частиц σ-фазы. Необходимо
также отметить, что в процессе превращения
происходят миграции границ, поэтому части-
цы σ-фазы после термической обработки ока-
зываются на границе α-фазы.
Из-за значительного содержания феррито-
образующих элементов в наплавленном ме-
талле метастабильный δ-феррит образуется
в процессе кристаллизации. Одновременно
с этим происходит образование первичных
карбонитридных частиц. При последующем
охлаждении наплавленного металла метаста-
бильный δ-феррит претерпевает распад с об-
разованием σ-фазы.
Данные электронно-микроскопических
исследований и микродифракционного ана-
лиза позволили выявить некоторые законо-
мерности процесса выделения. Объемная до-
ля σ-фазы зависит от концентрации азота в
газовой смеси, уменьшаясь с ростом послед-
ней.
При наплавке в азотсодержащих смесях
происходит в основном внутризеренное вы-
деление σ-фазы (рис. 3), а на межфазных δ/γ-
границах наблюдается зарождение и рост
карбонитридных частиц по механизму пре-
рывистого распада. При наплавке в аргоне
выделения σ-фазы происходит преимущест-
венно на межфазных границах (рис. 5б).
ЛИТЕРАТУРА
1. Степин В.С., Рунов А.Е. Термическое уп-
рочнение сплава ЦН-6 для наплавки уплот-
нительной поверхности арматуры//Сварочное
производство. – 1982. – № 7. – С. 24-26.
2. Колчин В.Г., Данилов В.Г. и др. Особенности
превращения δ-феррита в 2-х фазной хромо-
никелевой стали//Изв. АНСССР. Металлы. –
1986. – № 2. – С.109-111.
а) б)
в) г)
Рис. 5. Выделение σ-фазы на межфазных границах в
структуре металла, наплавленного порошковой про-
волокой ПП-АН133 в среде аргона. Термообработка:
ε80% – 300 °С – вода – 700 °С – 1 час – охлаждение с
печью. a), б) – светлое поле, ×6000; в) – микродиф-
ракционная картина железа в рефлексе (110); г) – мик-
родифракционная картина σ-фазы.
ФОРМУВАННЯ Cr-Ni-Si СТАЛІ В
РЕЗУЛЬТАТІ ГАЗОЕЛЕКТРИЧНОГО
ДУГОВОГО НАПЛАВЛЕННЯ
Ю.І. Лопухов
За допомогою TEM, XRD, і SEM аналізу виявле-
не формування карбонітридних частинок при
наплавленні (у азотомісткому середовищі).
При збільшенні кількості шарів при наплавленні,
об’ємна частка аустеніту збільшується і падає
частка фериту.
Ю.И. ЛОПУХОВ
THE Cr-Ni-Si STEEL FORMING IN
RESULT OF GAS-ELECTRICAL
ARC FUSION
Yu.I. Lopukhov
The formation of carbon-nitride particles at fusion
(in nitrogen-contain environment) was found by
TEM, XRD, and SEM analysis.
Increasing of austenite volume part and decreasing
part of ferrite was shown under growing of the layers
at fusion.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7946 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T01:56:45Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лопухов, Ю.И. 2010-04-22T14:23:25Z 2010-04-22T14:23:25Z 2009 Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки / Ю.И. Лопухов // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 1-2. — С. 28-31. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7946 621.791.927.54:669.786 С помощью TEM, XRD, и SEM анализа обнаружено формирование карбонитридных частиц при наплавке (в азотосодержащей среде). При увеличении количества слоев при наплавке, объемная доля аустенита увеличивается и падает доля феррита За допомогою TEM, XRD, і SEM аналізу виявлене формування карбонітридних частинок при наплавленні (у азотомісткому середовищі). При збільшенні кількості шарів при наплавленні, об’ємна частка аустеніту збільшується і падає частка фериту. The formation of carbon-nitride particles at fusion (in nitrogen-contain environment) was found by TEM, XRD, and SEM analysis. Increasing of austenite volume part and decreasing part of ferrite was shown under growing of the layers at fusion. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки Формування Cr-Ni-Si сталі в результаті газоелектричного дугового наплавлення The Cr-Ni-si steel forming in result of gas-electrical arc fusion Article published earlier |
| spellingShingle | Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки Лопухов, Ю.И. |
| title | Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки |
| title_alt | Формування Cr-Ni-Si сталі в результаті газоелектричного дугового наплавлення The Cr-Ni-si steel forming in result of gas-electrical arc fusion |
| title_full | Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки |
| title_fullStr | Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки |
| title_full_unstemmed | Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки |
| title_short | Формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки |
| title_sort | формирование структуры хромоникелькремнистой стали в условиях газоэлектрической дуговой наплавки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7946 |
| work_keys_str_mv | AT lopuhovûi formirovaniestrukturyhromonikelʹkremnistoistalivusloviâhgazoélektričeskoidugovoinaplavki AT lopuhovûi formuvannâcrnisistalívrezulʹtatígazoelektričnogodugovogonaplavlennâ AT lopuhovûi thecrnisisteelforminginresultofgaselectricalarcfusion |