Structural materials modification during plasmochemical synthesis enriched with nanoparticles

The chemical composition of nanodispersed compositions was determined: SiC, TiC, TiN, Ti(CN), AlN, Mg₂Si, Mg₃N₂. The chemical composition of the synthesized compounds corresponded to the stoichiometric composition. An analysis of particles microdiffraction patterns was carried out, it was shown that nanopowders belongs to solid crystalline bodies with a metallic bond. It has been established that Ti(CN) titanium carbonitride particles are facecentered, and silicon carbide (SiC) have a hexagonal crystal lattice. Experiments on the surface modification of steels with nanopowder compositions based on Ti(CN) and SiC have been carried out. The effectiveness of using nanodispersed compositions in the smelting of structural steels has been established. As a result of the 09G2S steel modification with Ti(CN) nanopowder, the strength, plastic properties and toughness were increased. The choosing of nanodispersed Ti(CN) carbonitride powders with a fraction less than 100 nm as modifiers of low-alloy steels was substantiated. The necessary criteria for the selection of nanopowder modifiers were obtained: insolubility in melt, conformity of the crystal lattices with the matrix of steel, proportionality with the critical radius of the austenite nucleus during crystallization. The mechanism of a steel melt interaction with a layer of a nanodisperse composition was determined.Визначено хімічний склад нанодисперсних композицій: SiC, TiC, TiN, Ti(CN), AlN, Mg₂Si, Mg₃N₂. Хімічний склад синтезованих сполук відповідав стехіометричному складу. Проведено аналіз мікродифракційних картин частинок, показана належність нанопорошків до твердих кристалічних тіл з металевим зв'язком. Встановлено, що частинки карбонітриду титану Ti(CN) мають гранецентровану, а карбіду кремнію SiC гексагональну кристалічні решітки. Були проведені експерименти з поверхневого модифікування сталей нанопорошковими композиціями на основі Ti(CN) і SiC. Встановлено ефективність застосування нанодисперсних композицій при виплавці конструкційних сталей. В результаті модифікування сталі 09Г2С нанопорошком Ti(CN) підвищені характеристики міцності, пластичності і ударна в'язкість. Обґрунтовано вибір нанодисперсних порошків карбонітриду титану Ti(CN) фракції менше 100 нм в якості модифікаторів низьколегованих сталей. Отримані необхідні критерії вибору нанопорошкових модифікаторів: нерозчинність у розплаві, відповідність кристалічних решіток з матрицею сталі, співмірність з критичним радіусом зародка аустеніту при кристалізації. Встановлено механізм взаємодії сталевого розплаву з шаром нанодисперсної композиції.Определен химический состав нанодисперсных композиций: SiC, TiC, TiN, Ti(CN), AlN, Mg₂Si, Mg₃N₂. Химический состав синтезированных соединений соответствовал стехиометрическому составу. Проведен анализ микродифракционных картин частиц, показана принадлежность нанопорошков к твердым кристаллическим телам с металлической связью. Установлено, что частицы карбонитрида титана Ti(CN) имеют гранецентрированную, а карбида кремния SiC гексагональную кристаллические решетки. Проведены эксперименты по поверхностному модифицированию сталей нанопорошковыми композициями на основе Ti(CN) и SiC. Установлена эффективность применения нанодисперсных композиций при выплавке конструкционных сталей. В результате модифицирования стали 09Г2С нанопорошком Ti(CN) повышены прочностные, пластические свойства и ударная вязкость. Обоснован выбор нанодисперсных порошков карбонитрида титана Ti(CN) фракции менее 100 нм в качестве модификаторов низколегированных сталей. Получены необходимые критерии выбора нанопорошковых модификаторов: нерастворимость в расплаве, соответствие кристаллических решеток с матрицей стали, соразмерность с критическим радиусом зародыша аустенита при кристаллизации. Установлен механизм взаимодействия стального расплава со слоем нанодисперсной композиции

Increasing the corrosion resistance of welded joints of heat-resistant nickel alloy with steel

For parts and assemblies of a turbopump unit (TPU) and a liquid rocket engine, welded joints of steel and heat-resistant alloys are used. Considering that the search for replacements by several materials at once, the study of their mutual compatibility in a product takes considerable time and money. Therefore, it would be better to replace it with one alloy, and the unification of the material used allowed the structure to work as a whole. After exploring various options, the substitutes for research were selected inconel 718.Для виготовлення деталей і вузлів турбонасосного агрегату (ТНА) і рідинного ракетного двигуна застосовуються зварні з'єднання з корозійно-стійкими сталями і жароміцними сплавами, які вимагають різних режимів термічної обробки для досягнення рівня механічних властивостей, зазначених у конструкторськой документації. З огляду на те, що пошук заміни відразу декількох матеріалів, їх відпрацювання у виробництві і дослідження взаємної сполучності при температурно-силових впливах у виробі, може зайняти значний час і кошти, найкращою була б заміна на один сплав, а уніфікація застосовуваного матеріалу дозволила конструкції працювати як єдине ціле, що підвищило б технологічність виробів. Після вивчення різних варіантів заміни, для дослідження було обрано inconel 718.Для изготовления деталей и узлов турбонасосного агрегата (ТНА) и жидкостного ракетного двигателя применяются сварные соединения с коррозионно-стойкими сталями и жаропрочными сплавами, требующие разные режимы термической обработки для получения уровня механических свойств, обозначенных в конструкторской документации. Учитывая, что поиск замены сразу нескольких материалов, их отработка в производстве, исследование взаимной сочетаемости при температурно-силовых воздействиях в изделии может занять значительные время и средства, то наилучшей была бы замена на один сплав, а унификация применяемого материала позволила конструкции работать как единое целое и повысила бы технологичность изделий. Изучив разные варианты замены, для исследований был выбран inconel 718

Hardening of leading edges of turbine blades by electrospark alloying

With a purpose of creating anti-erosion protection on turbine rotor blades the experiments in electrospark alloying using electrodes made of different materials: Т15К6 hard alloy and 15Х11МФШ steel were conducted. Reduction of the roughness of a surface layer having a uniform thickness was achieved upon its hardening with a steel electrode. The electrospark alloying process was perfected. Tests of mechanical properties of blade samples hardened with steel revealed overmatch of GOST requirements for strength and ductility. Increasing of surface layer microhardness was also achieved. For anti-erosion protection of leading edges of the turbine rotor blades it is recommended to replace the applied electrode made of Т15 К6 alloy with the one made of 15Х11МФШ steel.Для формування протиерозійного захисту робочих лопаток турбіни проведені експерименти з електроіскрового легування електродами з різних матеріалів: твердого сплаву Т15К6 і сталі 15Х11МФШ. Досягнуто зменшення шорсткості поверхневого шару, отриманого легуванням сталевим электродом, при однаковій товщині поверхневого шару. Відпрацьовано режим електроіскрового легування. Випробування механічних властивостей зразків лопаток, зміцнених сталлю, показали перевищення вимог ДСТУ з характеристик міцності та пластичності. Досягнуто також підвищення мікротвердості поверхневого шару. Рекомендована заміна електрода із сплаву Т15К6, що використовується, на електрод із сталі 15Х11МФШ, для захисту від ерозії вхідних кромок робочих лопаток турбін.Для формирования противно эрозионной защиты рабочих лопаток турбины проведены эксперименты по электроискровому легированию электродами из различных материалов: твердого сплава Т15К6 и стали 15Х11МФШ. Достигнуто уменьшение шероховатости поверхностного слоя при одинаковой его толщине после упрочнения стальным электродом. Отработан режим электроискрового легирования. Испытания механических свойств образцов лопаток, упрочненных сталью, показали превышение требований ГОСТ по прочности и пластичности. Достигнуто также повышение микротвердости поверхностного слоя. Рекомендована замена применяемого электрода из сплава Т15 К6 на электрод из стали 15Х11МФШ для защиты от эрозии входных кромок рабочих лопаток турбин

Titanium-based high-melting nanodispersed compositions obtaining and study

Crystallographic characteristics of nanodispersed materials obtained by plasma-chemical synthesis were studied. Using industrial equipment for plasma-chemical synthesis the nanodispersed powders of high-melting carbide, nitride, carbonitride and silicide class compounds based on titanium, magnesium, aluminium, silicon were obtained. Technology for synthesis of powder fraction less than 100 nm was developed. The efficiency of nanodisperse compositions use in smelting of structural steels was determined. In the result of 10Γ2C steel modification with Ti(CN) nanopowder properties may by notice ably enhanced. Elemental composition of nanodispersed composition was determined: SiC, TiC, TiN, Ti(CN), AlN, Mg2Si, Mg3N2. The elemental composition of synthesized compounds corresponded to stoichiometric composition. Microdiffractional patterns of the particles were analyzed; it was shown that nanopowders belong to the solid crystalline bodies with metallic bond. It has been found, that titanium carbonitride Ti(CN) particles have face-centered crystal lattice, while silicon carbide (SiC) particles have hexagonal lattice. Experiments for steel 10Γ2 and 10Γ2C modifying with nanopowder compositions on base of Ti(CN) and SiC were carried out. The efficiency of nanodisperse compositions use in smelting of structural steels was determined. In the result of 10Γ2C steel modification with Ti(CN) nanopowder strength, plastic properties and impact toughness were improved. The choice of nanodisperse titanium carbonitride Ti(CN) powders with 100 nm fraction for light alloy steels modifying was justified. The required criteria for choice of nanopowder modifiers were obtained: insolubility in smelt, correspondence of crystal lattice to steel matrix, commensurability with austenite germ critical radius in crystallizing