SURFACE MODIFICATION OF METAL PRODUCTS BY ELECTROLYTE PLASMA

The monograph presents the results of theoretical and experimental studies of non-stationary processes of modification of metal surfaces by electric current, by switching it with a liquid-electrolyte electrode. This process is called plasma electrolyte treatment (PET). On the basis of the research carried out, complex hardening technologies and equipment have been created. Technologies allow oxidizing, alloying and changing the structure of local areas of the surface of products, which greatly increases their physical and mechanical properties without changing the structural state of the entire product. The complex of developed technologies multiplies: strength, wear resistance, fatigue strength of products under cyclic loads under conditions of friction and wear. Along with theoretical material, the monograph provides extensive information on the application and efficiency of the developed technologies in industry. The monograph is intended for engineering and technical workers of machine-building enterprises and institutes that specialize in the field of hardening processing of products

Прогнозування результатів гібридного лазерно-плазмового різання вуглецевої сталі

The prospects of hybrid laser-plasma cutting of metals have been justified, a design of an integrated plasmatron for hybrid cutting was proposed and the results of laser-plasma cutting of carbon sheet structural steels using such an integrated plasmatron were forecasted. It was shown that in order to minimize losses of laser radiation and obtain maximum penetration, it is advisable to assemble the integrated plasmatron according to a coaxial scheme with an axial arrangement of laser radiation and a minimum inclination of non-consumable electrodes (one or more), the distance from the working end of which to the axis of the laser beam should lie in the range of 2...3 mm. The diameter of the plasma-forming nozzle should lie within 2–5 mm and depth of focus under the surface of the cut sheet during hybrid cutting should be 1–2 mm. To simulate the processes of laser, plasma, and hybrid cutting, the SYSWELD software package was used which became possible due to taking into account the characteristic for cutting effect of removing sections of molten material in the cutting zone, performed by replacing the maximum overheating temperature during the calculation with the initial temperature (20 °C). The main parameters of the regimes of laser-plasma cutting were established which has made it possible to obtain minimum HAZ size with cut quality approaching that of the laser cut. At the same time, hybrid cutting requires an energy input of approximately half that of the air-plasma one. An increase in the speed of hybrid cutting by increasing the pressure and consumption of working gases makes it possible to compare energy input with the same indicator of gas laser cutting with more than a three-fold increase in the productivity of the processОбоснована перспективность гибридной лазерно-плазменной резки металлов, предложена конструкция интегрированного плазмотрона для гибридной резки, а также спрогнозированы результаты лазерно-плазменной резки листовых углеродистых конструкционных сталей с использованием такого интегрированного плазмотрона. Показано, что для минимизации потерь лазерного излучения и получения максимального проплавления интегрированный плазмотрон целесообразно компоновать по коаксиальной схеме с осевым расположением лазерного излучения и минимальным наклоном неплавящихся электродов (одного или более), расстояние от рабочего конца которых до оси лазерного пучка должно лежать в интервале 2…3 мм. Диаметр плазмообразующего сопла должен лежать в пределах 2–5 мм, а заглубление фокуса под поверхность разрезаемого листа при гибридной резке составлять 1–2 мм. Для моделирования процессов лазерной, плазменной и гибридной резки применяли программный комплекс SYSWELD, что стало возможным благодаря учету характерного для резки эффекта удаления участков расплавленного материала в зоне реза, выполняемого путем замены в ходе расчёта их максимальной температуры перегрева на исходную(20ºС). Установлены основные параметры режимов лазерно-плазменной резки, позволяющие получить минимальный размер ЗТВ при качестве реза, приближающемуся к лазерному. При этом для гибридной резки требуется энерговложение примерно вдвое меньшее, чем для воздушно-плазменной. Повышение скорости гибридной резки за счет увеличения давления и расхода рабочих газов, позволяет ее энерговложению сравнится с аналогичным показателем газолазерной резки при более чем трехкратном повышении производительности процессаОбґрунтовано перспективність гібридного лазерно-плазмового різання металів, запропоновано конструкцію інтегрованого плазмотрона для гібридної різання, а також спрогнозовано результати лазерно-плазмового різання листових вуглецевих конструкційних сталей з використанням такого інтегрованого плазмотрона. Показано, що для мінімізації втрат лазерного випромінювання і отримання максимального проплавлення інтегрований плазмотрон доцільно компонувати за коаксіальною схемою з осьовим розташуванням лазерного випромінювання і мінімальним нахилом неплавких електродів (одного або більше), відстань від робочого кінця яких до осі лазерного пучка повинна лежати в інтервалі 2...3 мм Діаметр плазмоутворюючого сопла повинен лежати в межах 2–5 мм, а заглиблення фокуса під поверхню листа, що розрізається, при гібридному різанні становити 1–2 мм. Для моделювання процесів лазерного, плазмового та гібридного різання застосовували програмний комплекс SYSWELD, що стало можливим завдяки врахуванню характерного для різання ефекту видалення ділянок розплавленого матеріалу в зоні різання, яке виконувалося шляхом заміни в ході їх розрахунку максимальної температури перегріву на початкову (20°С). Встановлені основні параметри режимів лазерно-плазмового різання, що дозволяють отримати мінімальний розмір ЗТВ при якості різу, яка наближається до лазерної. При цьому для гібридного різання потрібно енерговкладення приблизно вдвічі менше, ніж для повітряно-плазмового. Підвищення швидкості гібридного різання за рахунок збільшення тиску і витрати робочих газів дозволяє його енерговкладанню зрівнятися з аналогічним показником газолазерного різання при більш ніж трикратному підвищенню продуктивності процес

Прогнозування результатів гібридного лазерно-плазмового різання вуглецевої сталі

The prospects of hybrid laser-plasma cutting of metals have been justified, a design of an integrated plasmatron for hybrid cutting was proposed and the results of laser-plasma cutting of carbon sheet structural steels using such an integrated plasmatron were forecasted. It was shown that in order to minimize losses of laser radiation and obtain maximum penetration, it is advisable to assemble the integrated plasmatron according to a coaxial scheme with an axial arrangement of laser radiation and a minimum inclination of non-consumable electrodes (one or more), the distance from the working end of which to the axis of the laser beam should lie in the range of 2...3 mm. The diameter of the plasma-forming nozzle should lie within 2–5 mm and depth of focus under the surface of the cut sheet during hybrid cutting should be 1–2 mm. To simulate the processes of laser, plasma, and hybrid cutting, the SYSWELD software package was used which became possible due to taking into account the characteristic for cutting effect of removing sections of molten material in the cutting zone, performed by replacing the maximum overheating temperature during the calculation with the initial temperature (20 °C). The main parameters of the regimes of laser-plasma cutting were established which has made it possible to obtain minimum HAZ size with cut quality approaching that of the laser cut. At the same time, hybrid cutting requires an energy input of approximately half that of the air-plasma one. An increase in the speed of hybrid cutting by increasing the pressure and consumption of working gases makes it possible to compare energy input with the same indicator of gas laser cutting with more than a three-fold increase in the productivity of the processОбоснована перспективность гибридной лазерно-плазменной резки металлов, предложена конструкция интегрированного плазмотрона для гибридной резки, а также спрогнозированы результаты лазерно-плазменной резки листовых углеродистых конструкционных сталей с использованием такого интегрированного плазмотрона. Показано, что для минимизации потерь лазерного излучения и получения максимального проплавления интегрированный плазмотрон целесообразно компоновать по коаксиальной схеме с осевым расположением лазерного излучения и минимальным наклоном неплавящихся электродов (одного или более), расстояние от рабочего конца которых до оси лазерного пучка должно лежать в интервале 2…3 мм. Диаметр плазмообразующего сопла должен лежать в пределах 2–5 мм, а заглубление фокуса под поверхность разрезаемого листа при гибридной резке составлять 1–2 мм. Для моделирования процессов лазерной, плазменной и гибридной резки применяли программный комплекс SYSWELD, что стало возможным благодаря учету характерного для резки эффекта удаления участков расплавленного материала в зоне реза, выполняемого путем замены в ходе расчёта их максимальной температуры перегрева на исходную(20ºС). Установлены основные параметры режимов лазерно-плазменной резки, позволяющие получить минимальный размер ЗТВ при качестве реза, приближающемуся к лазерному. При этом для гибридной резки требуется энерговложение примерно вдвое меньшее, чем для воздушно-плазменной. Повышение скорости гибридной резки за счет увеличения давления и расхода рабочих газов, позволяет ее энерговложению сравнится с аналогичным показателем газолазерной резки при более чем трехкратном повышении производительности процессаОбґрунтовано перспективність гібридного лазерно-плазмового різання металів, запропоновано конструкцію інтегрованого плазмотрона для гібридної різання, а також спрогнозовано результати лазерно-плазмового різання листових вуглецевих конструкційних сталей з використанням такого інтегрованого плазмотрона. Показано, що для мінімізації втрат лазерного випромінювання і отримання максимального проплавлення інтегрований плазмотрон доцільно компонувати за коаксіальною схемою з осьовим розташуванням лазерного випромінювання і мінімальним нахилом неплавких електродів (одного або більше), відстань від робочого кінця яких до осі лазерного пучка повинна лежати в інтервалі 2...3 мм Діаметр плазмоутворюючого сопла повинен лежати в межах 2–5 мм, а заглиблення фокуса під поверхню листа, що розрізається, при гібридному різанні становити 1–2 мм. Для моделювання процесів лазерного, плазмового та гібридного різання застосовували програмний комплекс SYSWELD, що стало можливим завдяки врахуванню характерного для різання ефекту видалення ділянок розплавленого матеріалу в зоні різання, яке виконувалося шляхом заміни в ході їх розрахунку максимальної температури перегріву на початкову (20°С). Встановлені основні параметри режимів лазерно-плазмового різання, що дозволяють отримати мінімальний розмір ЗТВ при якості різу, яка наближається до лазерної. При цьому для гібридного різання потрібно енерговкладення приблизно вдвічі менше, ніж для повітряно-плазмового. Підвищення швидкості гібридного різання за рахунок збільшення тиску і витрати робочих газів дозволяє його енерговкладанню зрівнятися з аналогічним показником газолазерного різання при більш ніж трикратному підвищенню продуктивності процес

THEORY AND PRACTICE OF PLASMA-DETONATION TECHNOLOGY OF SURFACE HARDENING METAL PRODUCTS

The book contains data on development of the technologies based on the use of non-stationary electric discharges in plasma jets. Formation of a plasma jet takes place under the effect of non-stationary detonation waves propagating between electrode units. In this case the energy parameters of the plasma can be controlled by a fuel mixture composition, electric potential and geometric characteristics of a device. As a result of interaction with plasma, the treated surface is subjected to pulsed electromagnetic, thermal and elastic-deformation influence. The results of studies of modified layers subjected to pulse plasma treatment are presented. The book describes technologies and equipment that are commercially applied for modification of working surfaces of machine parts and tools. Examples of application of the technologies in metallurgy, mining industry, wood working, machine building and other industrial sectors are given. For engineering and technical workers of machine-building enterprises and institutions specializing in the field of hardening processing of products

Аналіз сучасного стану адитивних зварювальних технологій для виготовлення об’ємних металевих виробів (огляд)

The current state of 3D technologies for manufacturing of volumetric metal products is analyzed. It is shown that the main advantages of additive welding technologies for obtaining three-dimensional metal structures of complex shape in comparison with SLM-technologies are:– increase of the process productivity by 1–2 orders with the same power consumption; 3–10 times reduction in the cost of equipment;– the possibility of increasing the overall dimensions of the created parts by a factor of 10 or more;– expansion of the range of used consumables (powders, wires, composite materials);– increase in the utilization factor of consumables by 20–50 %.The main drawbacks of additive welding technologies for the production of three-dimensional metal structures are quite large dimensions of the heat-affected zone and the build-up layer. This leads to the emergence of undesirable temperature gradients, the accumulation of residual stresses and, as a result, a decrease in performance. One of the methods for eliminating these drawbacks is to increase the thermal locality of the energy source. For example, the use of non-transferred arc plasma.The analysis of additive plasma-arc welding technologies and own research has shown that their advantages are:– high (5...50 kg/h and more) performance;– the possibility of obtaining sufficiently thin (1.5...5.0 mm) walls with a relatively small overheating;– about 5-fold saving of materials in combination with the increase in the quality (for example, strength and density) of the resulting metal parts, in comparison with the traditional methods of mechanical manufacture.Обобщен опыт применения сварочных дуговых технологий для изготовления крупногабаритных объемных деталей из различных типов сталей и сплавов. Показана возможность достижения при этом существенной экономии (до 5 раз) дорогостоящих сплавов. Обоснованы преимущества применения плазменно-дуговых технологий для 3D-печати. Описан образец промышленного 3D-принтера для выращивания металлических изделий размерами до 900×900×900 мм с применением порошковой микроплазменной и плазменной наплавкиУзагальнено досвід застосування зварювальних дугових технологій для виготовлення великогабаритних об’ємних деталей з різних типів сталей і сплавів. Показана можливість досягнення при цьому істотної економії (до 5 разів) дорогих сплавів. Обґрунтовано переваги застосування плазмово-дугових технологій для 3D-друку. Описано зразок промислового 3D-принтера для вирощування металевих виробів розмірами до 900×900×900 мм із застосуванням порошкового мікроплазмового та плазмового наплавленн

Розробка припою для жароміцних нікелевих сплавів суднових газових турбін нового покоління

The object of research is the processes of the formation of brazed joints and the stressed state. The subject of research is structure, chemical composition, long-term high-temperature strength at a temperature of 900 °C, speed of high-temperature salt corrosion. Existing brazing filler metals have a high-temperature performance of 40–50 % of the performance of the SM93-VI and SM96-VI alloys. Despite this, brazing is the main technique of joining modern heat-resistant cast alloys. Therefore, the development of new brazing filler metals that ensure the formation of joints with increased long-term high-temperature strength is relevant. Ship gas turbine blades operate at a temperature of 900 °C. The purpose of the development of the new SBM-4 brazing filler metal is to achieve long-term high-temperature strength of brazed joints at a temperature of 900 °C at the level of 85–90 % of the strength of heat-resistant alloys SM93-VI and SM96-VI. A two-stage method was used in the development of SBM-4 brazing filler metal. At the first stage, the chemical composition of the brazing filler metal base was determined, taking into account the peculiarities of operating conditions of the blades of marine gas turbine engines and the achievements of materials science of heat-resistant alloys. At the second stage, the depressant and its necessary content were selected. Computer software was used to determine the distribution between the γ- and γ'-phases, taking into account the participation of each element in both dispersion and solid-solution strengthening. Rational limits of concentrations of alloying elements were determined. The criterion was the minimum susceptibility of brazing filler metal to the formation of brittle phases, taking into account the influence of chromium, rhenium, and tantalum concentrations on resistance to high-temperature salt corrosion and high-temperature performance. The long-term strength of SM93-VI and CM96-VI alloys brazed with SBM-4 brazing filler metal is 89–91 % of the strength of the base metal. Technologies of brazing and correction of casting defects have been introduced into production.Об’єкт досліджень: процеси формування спаяних з’єднань і напруженого стану. Предмет досліджень: структура, хімічний склад, довготривала високотемпературна міцність при температурі 900 °C, швидкість високотемпературної сольової корозії. Існуючі припої мають високотемпературну працездатність 40–50 % від працездатності сплавів СМ93-ВІ і СМ96-ВІ. Не дивлячись на це, паяння є основним способом з’єднання сучасних жароміцних ливарних сплавів. Тому розробка нових припоїв, що забезпечують формування з’єднань з підвищеною тривалою високотемпературною міцністю, є актуальною. Суднові газотурбінні лопатки працюють при температурі 900 °C. Метою розробки нового припою SBM-4 є досягнення тривалої високотемпературної міцності спаяних з’єднань при температурі 900 °C на рівні 85–90 % від міцності жароміцних сплавів СМ93-ВІ і СМ96-ВІ. При розробці припою SBM-4 використано двоетапний метод. На першому етапі визначено хімічний склад основи припою з урахуванням особливостей умов роботи лопаток суднових газотурбінних двигунів і досягнень матеріалознавства жароміцних сплавів. На другому етапі обрано депресант та його необхідний вміст. Використовували комп’ютерні програми для визначення розподілу між γ- і γ'-фазами з урахуванням участі кожного елемента, як в дисперсійному, так і в твердорозчинному зміцненні. Визначали раціональні межі концентрацій легуючих елементів. Критерієм є мінімальна схильність припою до утворення крихких фаз з урахуванням впливу концентрацій хрому, ренію, танталу на стійкість проти високотемпературної сольової корозії і високотемпературну працездатність. Довготривала міцність спаяних припоєм SBM-4 сплавів СМ93-ВІ і СМ96-ВІ складає 89–91 % від міцності основного металу. Технології паяння та виправлення дефектів лиття впроваджено у виробництво

Порівняння особливостей металургійної взаємодії при застосуванні різних способів дугового і плазмового наплавлення сталевого дроту на титан

This paper reports a study into the regularities of interphase interaction, features in the formation of intermetallic phases (IMPs), and defects when surfacing steel on titanium in four ways: P-MAG, CMT, plasma surfacing by an indirect arc with conductive wire, and PAW. A general tendency has been established in the IMP occurrence when surfacing steel on titanium by all the considered methods. It was determined that the plasma surfacing technique involving an indirect arc with conductive wire is less critical as regards the IMP formation. That makes it possible to obtain an intermetallic layer of the minimum thickness (25...54 μm) in combination with the best quality in the formation of surfaced metal beads. Further minimization of the size of this layer is complicated by a critical decrease in the heat input into the metal, which gives rise to the capability of the surfaced metal to be collected in separate droplets. The formation of TiFe2, TiFe, and the α-Fe phase enriched with titanium in different percentage compositions has been observed in the transition zone of steel surfacing on titanium under different techniques and modes of surfacing. The study has shown the possibility of formation, in addition to the phases of TiFe2 and TiFe, the Ti2Fe phase at low heat input. The technique of plasma surfacing by an indirect arc with conductive wire minimizes the thermal effect on the base metal. When it is used at the border of the transition of the layer of steel surfaced on titanium, the phase composition and structure of the layers in some cases approach the composition and structure of the transition zone of the original bimetallic sheet "titanium-steel" manufactured by rolling. A layer up to 5 μm thick is formed from the β phase with an iron concentration of 44.65 % by weight and an intermetallic layer up to 0.2...0.4 μm thick, close in composition to the TiFe phase. The next step in minimizing the IMP formation might involve the introduction of a barrier layer between titanium and steel.Исследовались закономерности межфазного взаимодействия, особенности образования интерметаллидных фаз (ИМФ) и дефектов при наплавке стали на титан четырьмя способами: Р-MAG, СМТ, плазменная наплавка косвенной дугой с токопроводящей проволокой и PAW. Установлена общая тенденция появления ИМФ при наплавке стали на титан всеми рассмотренными методами. Определено, что способ плазменной наплавки косвенной дугой с токопроводящей проволокой менее критичен к образованию ИМФ. Он позволяет получать интерметаллидный слой минимальной толщины (25...54 мкм) в сочетании с наилучшим качеством формирования валиков наплавленного металла. Дальнейшая минимизация размера этого слоя усложняется критическим снижением тепловложения в металл, которое приводит к способности наплавляемого металла собираться в отдельные капли. В переходной зоне наплавки стали на титан зафиксировано образование ИМФ TiFe2, TiFe и фазы α-Fe, обогащенной титаном в разном процентном составе для различных способов и режимов наплавки. Исследования показали возможность образования кроме фаз TiFe2 и TiFe фазы Ti2Fe при малом тепловложении. Способ плазменной наплавки косвенной дугой с токопроводящей проволокой позволяет минимизировать тепловое воздействие на основной металл. При его применении на границе перехода наплавленного стального слоя на титан фазовый состав и структура слоев в отдельных случаях приближаются к составу и структуре переходной зоны исходного биметаллического листа «титан-сталь» полученного прокаткой. Образуется прослойка толщиной до 5 мкм из β-фазы с концентрацией железа 44.65 %масс. и интерметаллидным слоем толщиной до 0.2...0.4 мкм, близким по составу к фазе TiFe. Следующим этапом минимизации образования ИМФ может быть введение барьерного слоя между титаном и стальюДосліджувалися закономірності міжфазної взаємодії, особливості утворення інтерметалідних фаз (ІМФ) і дефектів при наплавленні сталі на титан чотирма способами: Р-MAG, СМТ, плазмове наплавлення непрямою дугою зі струмопровідним дротом і PAW. Встановлено загальну тенденцію появи ІМФ при наплавленні сталі на титан усіма розглянутими методами. Визначено, що спосіб плазмового наплавлення непрямою дугою зі струмопровідним дротом найменш критичний до утворення ІМФ. Він дозволяє отримувати інтерметалідний прошарок мінімальної товщини (25...54 мкм) в поєднанні з найкращою якістю формування валиків наплавленого металу. Подальша мінімізація розміру цього прошарку ускладнюється критичним зниженням тепловкладання в метал, яке призводить до здатності металу, що наплавляють, збиратися в окремі краплі. У перехідній зоні наплавки сталі на титан зафіксовано утворення ІМФ TiFe2, TiFe і фази α-Fe, збагаченої титаном в різному процентному складі для різних способів і режимів наплавлення. Дослідження показали можливість утворення окрім фаз TiFe2 і TiFe фази Ti2Fe при малому тепловкладанні. Спосіб плазмового наплавлення непрямою дугою зі струмопровідним дротом дозволяє мінімізувати тепловий вплив на основний метал. При його застосуванні на межі переходу наплавленого сталевого шару на титан фазовий склад і структура шарів в окремих випадках наближаються до складу та структури перехідної зони вихідного біметалічного листа «титан-сталь» отриманого прокаткою. Утворюється прошарок товщиною до 5 мкм з β-фази з концентрацією заліза 44.65 % мас. та інтерметаллідний прошарок товщиною до 0.2...0.4 мкм, близький за складом до фази TiFe. Наступним етапом мінімізації утворення ІМФ може бути введення бар'єрного шару між титаном і сталл

Вплив технологічних параметрів процесу плазмово-дугового напилення порошкового дроту на cтруктуру і властивості інтерметалідних покриттів на основі Fe3Al

Existing techniques for applying intermetallide layers are characterized by low productivity, difficulties associated with the maintenance and operation of technological equipment, as well as significant costs for the purchase of materials for spraying. Therefore, modern science shows considerable interest in the development of new, highly effective technologies to form intermetallide coatings on the surface of articles. Such promising techniques include the technology of plasma-arc spraying (PAS) of flux-cored wires. This technique has a number of significant advantages, namely high performance, relative simplicity, as well as the affordability of equipment and materials for coating. This paper reports a study into the structure and properties of coatings obtained by flux-cored wire PAS, in which the steel sheath and aluminum powder filler interact when heated with the exothermic effect of Fe3Al synthesis. The influence of technological parameters of PAS process on the structure and properties of Fe-Al coatings was investigated by means of mathematical planning of the experiment. It was found that in all samples the main phase is an intermetallide of the Fe3Al type. Tests for gas-abrasive wear resistance at room temperature showed that the wear resistance of coatings exceeds the stability of steel S235 by an average of 2 times. As a result of studying the electrochemical properties in a 3-% aqueous solution of NaCl and in a 0.5-% solution of H2SO4, the score of corrosion resistance for these media was determined, which was, respectively, 4 and 5 (coatings belong to the group of "resistant"). In this regard, the practical use of coatings based on the Fe3Al intermetallide is recommended for protection against oxidation, corrosion, and gas-abrasive wear of components and assemblies in the heat power industry (heat exchanger pipes, catalytic converters, steam turbine blades, shut-off valves, etc.)Існуючі способи нанесення інтерметалідних шарів характеризуються низькою продуктивністю, складнощами пов’язаними з обслуговуванням і експлуатацією технологічного обладнання та значними витратами на закупівлю матеріалів для напилення. Тому, сучасна наука виявляє значний інтерес до питань розробки нових, високоефективних технологій формування на поверхні виробів інтерметалідних покриттів. До таких перспективних способів слід віднести технологію плазмово-дугового напилення (ПДН) порошкових дротів. Цей спосіб має ряд значних переваг, а саме високу продуктивність, відносну просту та доступність обладнання та матеріалів для нанесення покриттів. Було досліджено структуру і властивості покриттів, отриманих ПДН порошкового дроту, в якому сталева оболонка та наповнювач із порошку алюмінію взаємодіє при нагріванні з екзотермічним ефектом синтезу Fe3Al. Шляхом математичного планування експерименту досліджено вплив технологічних параметрів процесу ПДН на структуру та властивості Fe-Al покриттів. З’ясовано, що у всіх зразках основною фазою є інтерметалід типу Fe3Al. Випробування на газоабразивну зносостійкість при кімнатній температурі показали, що зносостійкість покриттів перевищує стійкість сталі S235 в середньому у 2 рази. В результаті досліджень електрохімічних властивостей в 3 % водному розчину NaCl та у 0,5 % розчині H2SO4, визначено бал корозійної стійкості для даних середовищ, cтановить відповідно, 4 і 5 (покриття належать до групи «стійких»). У зв’язку з цим рекомендовано практичне застосування покриттів на основі інтерметаліду Fe3Al для захисту від окиснення, корозії та газоабразивного зносу вузлів і агрегатів в теплоенергетиці (труби теплообмінників, каталітичні нейтралізатори, лопатки парових турбін, запорна арматура, та ін.

Аналіз металургійної взаємодії при дуговому наплавленні бар'єрних шарів на титан для запобігання утворення інтерметалідів в з’єднаннях «титан-сталь»

This paper considers a possibility to obtain high-quality butt junctions of bimetallic sheets from steel clad with a layer of titanium, with the use of barrier layers. The task that was tackled related to preventing the formation of Ti-Fe intermetallic phases (IMPs) between the steel and titanium layer. The barrier layers (height ~0.5 mm) of vanadium and copper alloys were surfaced by arc techniques while minimizing the level of thermal influence on the base metal. To this end, plasma surfacing with a current-driving wire and pulsed MAG surfacing were used. The obtained samples were examined by methods of metallography, X-ray spectral microanalysis, durometric analysis. It has been established that when a layer of vanadium is plated on the surface of titanium, a defect-free structure of variable composition (53.87–65.67) wt % Ti with (33.93–45.54) wt % V is formed without IMPs. The subsequent surfacing of steel on a layer of vanadium leads to the formation of eutectics (hardness up to 5,523 MPa) in the fusion zone, as well as to the evolution of cracks. To prevent the formation of IMPs, a layer of bronze CuBe2 was deposited on the surface of vanadium. The formed layer contributed to the formation of a grid of hot cracks. In the titanium-vanadium-copper transition zones (0.1–0.2 mm wide), a fragile phase was observed. To eliminate this drawback, the bronze CuBe2 was replaced with bronze CuSi3Mn1; a defect-free junction was obtained. When using a barrier layer with CuSi3Mn1, a defect-free junction was obtained (10–30 % Ti; 18–50 % Fe; 5–25 % Cu). The study reported here makes it possible to recommend CuSi3Mn1 as a barrier layer for welding bimetallic sheets "steel-titanium". One of the applications of the research results could be welding of longitudinally welded pipes of main oil and gas pipelines formed from bimetallic sheets of steel clad with titanium.Рассмотрена возможность получения качественных стыковых соединений биметаллических листов из стали, плакированной слоем титана, с применением барьерных прослоек. Решалась задача предотвращения образования интерметаллидных фаз (ИМФ) Ti-Fe между сталью и титановым слоем. Наплавка барьерных прослоек (высотой ~0,5 мм) из ванадия и медных сплавов выполнялась дуговыми способами с минимизацией уровня термического влияния на основной металл. Для этого применяли плазменную наплавку с токоведущей проволокой и импульсную MAG наплавку. Полученные образцы исследовали методами металлографии, рентгеноспектрального микроанализа, дюрометрического анализа. Установлено, что при наплавке слоя ванадия на поверхность титана, образуется бездефектная структура переменного состава (53.87–65.67) масс. % Ti с (33.93–‑45.54) масс. % V без ИМФ. Последующая наплавка стали на слой ванадия приводит к формированию эвтектики (твердостью до 5523 МПа) в зоне сплавления, а также к образованию трещин. Для предотвращения образования ИМФ проведена наплавка слоя бронзы CuBe2 на поверхность ванадия. Сформировавшийся при этом слой способствовал образованию сетки горячих трещин. В зонах перехода титан-ванадий-медь (шириной 0,1–0,2 мм) наблюдалась хрупкая фаза. Для устранения этого недостатка бронзу CuBe2 заменили бронзой CuSi3Mn1 и получили бездефектное соединение. При использовании барьерного слоя с CuSi3Mn1 получено бездефектное соединение (10–30 % Ti, 18–50 % Fe, 5–25 % Cu). Проведенные исследования позволяют рекомендовать CuSi3Mn1 как барьерный слой для сварки биметаллических листов «сталь-титан». Одним из применений результатов исследований может быть сварка продольношовных труб магистральных нефте- и газопроводов, сформованных из биметаллических листов стали, плакированной титаномРозглянуто можливість отримання якісних стикових з'єднань біметалевих листів зі сталі, плакованої шаром титану, із застосуванням бар'єрних прошарків. Вирішувалася задача запобігання утворенню інтерметалідних фаз (ІМФ) Ti-Fe між сталлю і титановим шаром. Наплавлення бар'єрних прошарків (висотою ~0.5 мм) з ванадію і мідних сплавів виконувалося дуговими способами з мінімізацією рівня термічного впливу на основний метал. Для цього застосовували плазмове наплавлення зі струмопровідним дротом і імпульсне MAG наплавлення. Отримані зразки досліджували методами металографії, рентгеноспектрального мікроаналізу, дюрометріческого аналізу. Встановлено, що при наплавленні шару ванадію на поверхню титану, утворюється бездефектна структура змінного складу (53.87–65.67) мас. % Ti з (33.93–45.54) мас. % V без ІМФ. Подальше наплавлення сталі на шар ванадію призводить до формування евтектики (твердістю до 5523 МПа) в зоні сплавлення, а також до утворення тріщин. Для запобігання утворенню ІМФ проведено наплавлення шару бронзи CuBe2 на поверхню ванадію. Шар, який формувався при цьому, сприяв утворенню сітки гарячих тріщин. У зонах переходу титан-ванадій-мідь (шириною 0,1–0,2 мм) спостерігалася крихка фаза. Для усунення цього недоліку бронзу CuBe2 замінили бронзою CuSi3Mn1 і отримали бездефектне з’єднання. У разі використання бар'єрного шару з CuSi3Mn1 отримано бездефектне з’єднання (10–30 %Ti, 18–50 %Fe, 5–25 %Cu). Проведені дослідження дозволяють рекомендувати CuSi3Mn1 як бар’єрний прошарок для зварювання біметалевих листів «сталь-титан». Одним із застосувань результатів досліджень може бути зварювання повздовжношовних труб магістральних нафто- і газопроводів, сформованих з біметалевих листів сталі, плакованої титано