Российские нанотехнологии. 2018; 13: 70-76
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫМИ ВОЛОКНАМИ ОКСОГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ
Аннотация
В работе разработана модель движения наноструктурированных волокон оксогидроксида алюминия в ламинарном потоке транспортирующего газа аргона. На основе предложенной модели определен оптимальный диапазон размеров волокон, обеспечивающий эффективный транспорт модификатора потоком газа. В зависимости от концентрации волокон, которые транспортируются потоком газа, определены оптимальные технологические параметры модификатора оксогидроксида алюминия для аустенитных сталей. Определена оптимальная концентрация наноструктурированных волокон оксогидроксида алюминия в транспортирующем газе аргоне. Верификация результатов моделирования и эффективности разработанного способа производилась путем экспериментальных исследований по наплавке поверхностных слоев дуговой сваркой в среде инертного газа аргона (MIG-сварка). Установлено, что при модифицировании наплавленного поверхностного слоя наноструктурированными волокнами оксогидроксида алюминия в количестве 0,2 мг/см3 реализуется наибольший эффект модифицирования данного слоя системы Fe–C–Cr–Ni–Ti. За счет формирования в расплаве дополнительных центров, служащих инокуляторами в кристаллизующемся металле, средний размер дендрита по ширине уменьшается в 4,5 раза. Кроме того, доля наиболее благоприятной структуры неориентированных дендритов в общем объеме наплавленного слоя возрастает с 43 до 62 %. МБ-3.
Список литературы
1. Соколов Г.Н., Трошков А.С., Лысак И.В., Самохин А.В., Благовещенский Ю.В., Алексеев А.Н., Цветков Ю.В. Влияние нанодисперсных карбидов WC и никеля на структуру и свойства наплавленного металла // Сварка и диагностика. 2011. № 3. С. 36–38.
2. Kumar S.S, Murugan N., Ramachandran K.K. Microstructure and mechanical properties of friction stir welded AISI 316L austenitic stainless steel joints // J Mater Process Technol. 2018. V. 254. P. 79–90.
3. Mohan D.G, Gopi S., Rajasekar V. Mechanical and corrosionresistant properties of hybrid-welded stainless steel // Mater Perform. 2018. V. 57. № 1. P. 53–56.
4. Коберник Н.В., Михеев Р.С., Панкратов А.С., Линник А.А. Современные представления о модифицировании наплавленного металла и металла шва наноразмерными частицами // Сварка и диагностика. 2015. № 5. С. 13–18.
5. Чернышова Т.А., Калашников И.Е., Самохин А.В., Алексеев Н.В., Болотова Л.К., Кобелева Л.И. Исследование модифицирующего влияния добавок нанопорошков, полученных плазмохимическим синтезом, на структуру литых алюмоматричных КМ // Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4. № 7–8. С. 147–152.
6. Коберник Н.В., Михеев Р.С., Панкратов А.С., Линник А.А. Модифицирование наплавленного металла наноразмерными частицами карбида вольфрама с целью повышения эксплуатационных свойств сварных соединений // Инженерный вестник. 2013. № 4. С. 9–12.
7. Cuixin C., Huifen P., Ran L., Yuanyuan L., Pu Z. Research on inclusions in low alloy steel welds with nano alumina addition // J Comput Teor Nanosci. 2012. V. 9. № 9. P. 1533–1536.
8. Паршин С.Г. MIG-сварка стали с применением наноструктурированных электродных материалов // Сварочное производство. 2011. № 10. С. 27–31.
9. Tashev P., Koprinkova-Hristova P., Petrov T., Kirilov L., Lukarski Y.J. Mathematical modeling and optimization of parameters of the mode for tungsten-inert gas remelting with nanomodifcation of the surface layer // J Mater Sci Technol. 2016. V. 24. № 4. P. 230–243.
10. Peng J., Yang L. Mathematical model on characteristics of V groove molten pool during MIG welding // Huagong Xuebao/CIESC J. 2016. V. 67. № S1. P. 117–126.
11. Биленко Г.А., Хайбрахманов Р.У, Коробов Ю.С. Компьютерное моделирование при разработке технологии сварки тонкостенных деталей из высокопрочной стали // Металлург. 2017. № 4. С. 25–29.
12. Kumar N., Bandyopadhyay A. Simulation of the effects of input parameters on weld quality in laser transmission welding (LTW) using a combined response surface methodology (RSM)-fnite element method (FEM) approach // Opt Lasers Eng. 2017. V. 36. № 4–6. P. 225–243.
13. Chinakhov D.A., Vorobjev A.V., Tomchik A.A. Simulation of active shielding gas impact on heat distribution in the weld zone // Mater Sci Forum. 2013. V. 762. P. 717–721.
14. Сологаев В.И. Гидравлика (механика жидкости и газа): Учебное пособие. Омск: Изд-во СибАДИ, 2010. 64 с.
15. Kwon Y.S., Jung Y.H., Yavorovsky N.A., Illyn A.P., Kim J.S. Ultra-fne powder by wire explosion method // Scripta Materialia. 2001. V. 44. № 8–9. P. 2247–2251.
16. Лернер М.И., Сваровская Н.В., Псахье С.Г., Бакина О.В. Технология получения, характеристики и некоторые области применения электровзрывных нанопорошков металлов // Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4. № 11–12. С. 56–68.
17. Яворовский Н.А., Шиян Л.Н., Савельев Г.Г., Галанов А.И. Модифицирование полимерных мембран нановолокнами оксогидроксида алюминия // Нанотехника. 2008. № 3(15). С. 40–45.
Title in english. 2018; 13: 70-76
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫМИ ВОЛОКНАМИ ОКСОГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ
Abstract
В работе разработана модель движения наноструктурированных волокон оксогидроксида алюминия в ламинарном потоке транспортирующего газа аргона. На основе предложенной модели определен оптимальный диапазон размеров волокон, обеспечивающий эффективный транспорт модификатора потоком газа. В зависимости от концентрации волокон, которые транспортируются потоком газа, определены оптимальные технологические параметры модификатора оксогидроксида алюминия для аустенитных сталей. Определена оптимальная концентрация наноструктурированных волокон оксогидроксида алюминия в транспортирующем газе аргоне. Верификация результатов моделирования и эффективности разработанного способа производилась путем экспериментальных исследований по наплавке поверхностных слоев дуговой сваркой в среде инертного газа аргона (MIG-сварка). Установлено, что при модифицировании наплавленного поверхностного слоя наноструктурированными волокнами оксогидроксида алюминия в количестве 0,2 мг/см3 реализуется наибольший эффект модифицирования данного слоя системы Fe–C–Cr–Ni–Ti. За счет формирования в расплаве дополнительных центров, служащих инокуляторами в кристаллизующемся металле, средний размер дендрита по ширине уменьшается в 4,5 раза. Кроме того, доля наиболее благоприятной структуры неориентированных дендритов в общем объеме наплавленного слоя возрастает с 43 до 62 %. МБ-3.
References
1. Sokolov G.N., Troshkov A.S., Lysak I.V., Samokhin A.V., Blagoveshchenskii Yu.V., Alekseev A.N., Tsvetkov Yu.V. Vliyanie nanodispersnykh karbidov WC i nikelya na strukturu i svoistva naplavlennogo metalla // Svarka i diagnostika. 2011. № 3. S. 36–38.
2. Kumar S.S, Murugan N., Ramachandran K.K. Microstructure and mechanical properties of friction stir welded AISI 316L austenitic stainless steel joints // J Mater Process Technol. 2018. V. 254. P. 79–90.
3. Mohan D.G, Gopi S., Rajasekar V. Mechanical and corrosionresistant properties of hybrid-welded stainless steel // Mater Perform. 2018. V. 57. № 1. P. 53–56.
4. Kobernik N.V., Mikheev R.S., Pankratov A.S., Linnik A.A. Sovremennye predstavleniya o modifitsirovanii naplavlennogo metalla i metalla shva nanorazmernymi chastitsami // Svarka i diagnostika. 2015. № 5. S. 13–18.
5. Chernyshova T.A., Kalashnikov I.E., Samokhin A.V., Alekseev N.V., Bolotova L.K., Kobeleva L.I. Issledovanie modifitsiruyushchego vliyaniya dobavok nanoporoshkov, poluchennykh plazmokhimicheskim sintezom, na strukturu litykh alyumomatrichnykh KM // Rossiiskie nanotekhnologii. 2009. T. 4. № 7–8. S. 147–152.
6. Kobernik N.V., Mikheev R.S., Pankratov A.S., Linnik A.A. Modifitsirovanie naplavlennogo metalla nanorazmernymi chastitsami karbida vol'frama s tsel'yu povysheniya ekspluatatsionnykh svoistv svarnykh soedinenii // Inzhenernyi vestnik. 2013. № 4. S. 9–12.
7. Cuixin C., Huifen P., Ran L., Yuanyuan L., Pu Z. Research on inclusions in low alloy steel welds with nano alumina addition // J Comput Teor Nanosci. 2012. V. 9. № 9. P. 1533–1536.
8. Parshin S.G. MIG-svarka stali s primeneniem nanostrukturirovannykh elektrodnykh materialov // Svarochnoe proizvodstvo. 2011. № 10. S. 27–31.
9. Tashev P., Koprinkova-Hristova P., Petrov T., Kirilov L., Lukarski Y.J. Mathematical modeling and optimization of parameters of the mode for tungsten-inert gas remelting with nanomodifcation of the surface layer // J Mater Sci Technol. 2016. V. 24. № 4. P. 230–243.
10. Peng J., Yang L. Mathematical model on characteristics of V groove molten pool during MIG welding // Huagong Xuebao/CIESC J. 2016. V. 67. № S1. P. 117–126.
11. Bilenko G.A., Khaibrakhmanov R.U, Korobov Yu.S. Komp'yuternoe modelirovanie pri razrabotke tekhnologii svarki tonkostennykh detalei iz vysokoprochnoi stali // Metallurg. 2017. № 4. S. 25–29.
12. Kumar N., Bandyopadhyay A. Simulation of the effects of input parameters on weld quality in laser transmission welding (LTW) using a combined response surface methodology (RSM)-fnite element method (FEM) approach // Opt Lasers Eng. 2017. V. 36. № 4–6. P. 225–243.
13. Chinakhov D.A., Vorobjev A.V., Tomchik A.A. Simulation of active shielding gas impact on heat distribution in the weld zone // Mater Sci Forum. 2013. V. 762. P. 717–721.
14. Sologaev V.I. Gidravlika (mekhanika zhidkosti i gaza): Uchebnoe posobie. Omsk: Izd-vo SibADI, 2010. 64 s.
15. Kwon Y.S., Jung Y.H., Yavorovsky N.A., Illyn A.P., Kim J.S. Ultra-fne powder by wire explosion method // Scripta Materialia. 2001. V. 44. № 8–9. P. 2247–2251.
16. Lerner M.I., Svarovskaya N.V., Psakh'e S.G., Bakina O.V. Tekhnologiya polucheniya, kharakteristiki i nekotorye oblasti primeneniya elektrovzryvnykh nanoporoshkov metallov // Rossiiskie nanotekhnologii. 2009. T. 4. № 11–12. S. 56–68.
17. Yavorovskii N.A., Shiyan L.N., Savel'ev G.G., Galanov A.I. Modifitsirovanie polimernykh membran nanovoloknami oksogidroksida alyuminiya // Nanotekhnika. 2008. № 3(15). S. 40–45.
