Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Сварка и родственные технологии

Диссертационная работа:

Ковтунов, Александр Иванович. Физико-химическая кинетика взаимодействия алюминия со сталью при формировании металла шва с заданными свойствами : диссертация ... доктора технических наук : 05.02.10 / Ковтунов Александр Иванович; [Место защиты: ГОУВПО "Донской государственный технический университет"].- Ростов-на-Дону, 2011.- 284 с.: ил.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. Железо и алюминий являются самыми распространенными металлами в земной коре. Кларк алюминия в земной коре составляет около 7,45%, а железа - около 4,2%. Исходя из этого, применение данных материалов в качестве конструкционных будет актуально достаточно длительный период времени. Железо и алюминий существенно отличаются по своим физико-химическим свойствам. Благодаря этому появилась целая группа материалов, в которых оптимально сочетаются свойства этих металлов и их сплавов. Это, прежде всего, композиционные материалы с алюминиевой матрицей и волокнами из стали и биметаллы со стальной основой и алюминиевым покрытием, а также сплавы на основе интерметаллидных фаз системы «железо-алюминий».

Значительная часть технологий изготовления конструкций из таких материалов или же создания специальных покрытий из этих сплавов связана со сваркой и родственными процессами (в частности наплавкой).

В связи с расширением объема производства сталей с алюминиевым покрытием разработка технологий сварки таких материалов становится особенно актуальной. Исследованию процессов сварки алюминия со сталью были посвящены работы В.Р. Рябова, Д.М. Рабкина, СМ. Гуревича, Р.С. Курочко, М.Х. Шоршорова, В.А. Ко-лесниченко, Г.А. Бельчука, Ф.И. Раздуй, В.П. Ситалова, В.В. Трутнева, С. Токеси, Т. Ясуо, Пялл К. Айхори, Г. Шнитца, И. Вильдена, С. Джена, С. Райха. В работах этих авторов показано влияние алюминия на свойства металла шва. Результаты исследований процессов сварки сталей с алюминиевым покрытием приводятся в работах О.И. Стеклова, Н.П. Кармазинова, MA. Сычевой, Е.Е. Зорина, И. Кунципала, где также установлено отрицательное воздействие алюминия на механические свойства метала шва.

С другой стороны, алюминий с железом образует ряд интерметаллидных сплавов, которые обладают уникальными свойствами. Это высокая жаростойкость, коррозионная стойкость в ряде агрессивных сред и высокая твердость, которая обуславливает высокую износостойкость в условиях абразивного износа.

В работах В.Р. Рябова, А.А. Троянского, А.Д. Рябцева, Н.Н. Галяна указывается на преимущества сплавов на основе интерметаллидных фаз системы «железо-алюминий» и возможности использования наплавленных покрытий этих систем. Однако низкая прочность большинства интерметаллидных фаз ограничивает область их применения.

Целью диссертационной работы является расширение области применения композиций и сплавов системы «железо-алюминий» путем разработки научных и технологических подходов к управлению составом и свойствами металла шва при сварке сталей с алюминиевым покрытием и наплавки покрытий системы железо-алюминий.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

  1. На основе исследования физико-химических процессов взаимодействия алюминия со сталью были разработаны пути регулирования содержания алюминия в металле шва.

  2. Исследованы процессы рафинирования стали от алюминия при сварке сталей с алюминиевым покрытием.

  1. Установлено влияние присадочных материалов на основе меди и никеля на состав, структуру и свойства металла шва при сварке сталей с алюминиевым покрытием.

  2. Установлено влияние алюминия на состав и свойства наплавленных покрытий системы железо-алюминий.

  3. Выявлено влияние легирующих элементов на химический состав и свойства наплавленных покрытий системы железо-алюминий.

Научная новизна. На основе моделирования термодинамики и кинетики физико-химических процессов взаимодействия сталей с алюминием предложен научно обоснованный механизм регулирования содержания алюминия для обеспечения технологических и эксплуатационных свойств металла шва:

в докритической концентрации алюминия в стали - путем активирования процессов рафинирования стали от алюминия связыванием алюминия в газообразные галогениды, его окисления и/или комплексообразования с переводом продуктов взаимодействия в шлак;

в закритической концентрации алюминия в стали - путем легирования хромом для стабилизации и упрочнения пересыщенного матричного твердого раствора алюминия в железе, медью и никелем - для пластифицирования и частичного замещения железа в твердом растворе и соединениях;

научно обоснованы приемы введения легирующих компонентов с целью управления процессом кристаллизации и формирования структуры и свойств металла шва.

Решение проблемы управления взаимодействием алюминия со сталью позволило разработать технологический процесс сварки сталей с алюминиевым покрытием и наплавки износостойких и жаростойких покрытий системы «железо-алюминий».

Практическая значимость. Разработан ряд технологических рекомендаций и составов флюсовых систем, позволяющих добиться эффективного рафинирования металла сварочной ванны от алюминия и повысить механические свойства сварных соединений, что послужило основой созданного технологического процесса сварки стали с алюминиевым покрытием.

Для ОАО «Торговый дом «Автотрансформатор» разработан и внедрен технологический процесс изготовления маслоохладителя трансформатора из стали 08кп с алюминиевым покрытием. Внедрение в процесс изготовления маслоохладителей силовых трансформаторов технологии сварки в среде смеси Аг+02 (70%:30%) с поддувом обратной стороны сварочной ванны этой же смесью дало экономический эффект более 500 000 рублей.

Предложен новый класс наплавочных материалов на основе дешевых недефицитных элементов: железа и алюминия. Разработана методика расчета режимов аргонодуговой наплавки с использованием алюминиевой присадочной проволоки для получения требуемого химического состава шва. Разработана технология наплавки износостойких покрытий на основе получения интерметаллидных фаз системы «железо-алюминий».

Для ЗАО «Жигулевское карьероуправление» разработана и внедрена технология наплавки деталей горнодобывающего оборудования, работающих в условиях

абразивного износа. Внедрение технологии наплавки износостойких покрытий позволило получить экономический эффект более 1,5 млн. рублей.

Апробация работы. Материалы работы докладывались на 12 всероссийских и международных конференциях: Всероссийских научно-технических конференциях с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России». Тольятти, 2004 и 2005 годы; Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Современные проблемы повышения эффективности сварочного производства». Тольятти, 2006; Четвертой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Санкт-Петербург, 2007; П Международной научно-технической конференции (Резниковские чтения) «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении». Тольятти, 2008; Международной научно-технической конференции «Пайка-2008», 10-12 сентября 2008, Тольятти; Пятой международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование». Санкт-Петербург, 2008; ХП Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении». Пенза, 2008; Славяновских чтениях «Сварка - XXI век». 4-5 июня 2009. Липецк; 12-й Международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано-до макроуровня». Санкт-Петербург, 2010; V Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения». Томск, 2010.

По работе выполнено 7 хоздоговорных работ на общую сумму 2 млн. руб.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 65 работ, в т.ч. две монографии, 19 статей в журналах, рекомендуемых ВАК; получено 8 патентов РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов по работе, 5 приложений, библиографии, включающей 253 источника. Основной текст составляет 378 машинописных страниц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net