Патюпкін Андрій Володимирович. Розробка матеріалознавчих принципів створення та мікролегування ітрієм зносостійких наплавочних матеріалів з аустенітною матрицею : Дис... канд. наук: 05.02.01 - 2009.
Анотація до роботи:
Патюпкін А.В. Розробка матеріалознавчих принципів створення та мікролегування ітрієм зносостійких наплавочних матеріалів з аустенітною матрицею. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.02.01 – матеріалознавство. Запорізький національний технічний університет, Запоріжжя, 2008.
Дисертація присвячена вивченню кавітаційно-корозійної стійкості аустенітних неіржавіючих сталей, мікролегованих ітрієм. Показано, що спільна дія кавітації і корозії дуже складний та взаємообумовлений процес. У зв’язку з цим, проектуючи вузли і агрегати, що підпадають під жорсткий кавітаційний вплив підігрітої рідини, виникає проблема необхідності розробки нових матеріалів, які мають опір спільному впливу корозійного і кавітаційного факторів. Встановлено ймовірний механізм кавітаційно-корозійного зношування гідрообладнання. Розроблена експресна установка для прискорених кавітаційно-корозійних досліджень. Проведений комплекс досліджень показав, що найкращі показники стійкості мають сплав 06Х23Н28М3Д3Т та розроблена сталь 06Х23Н18М5. Враховуючи наявність дефектів в структурі сталі 06Х23Н18М5, які пов’язані з різнозернистістю й наявністю у структурі великих гострокутових первинних включень, було запропоновано проведення модифікування сталі ітрієм з метою рафінування сталі та отримання більш дисперсної структури. Визначено оптимальний вміст добавок ітрію в покриття зварювальних електродів, при яких забезпечується максимальна зносостійкість. Металографічними способами встановлено, що при оптимальному модифікуванні сталі ітрієм виникає зниження на порядок розмірів зерен (у порівнянні з немодифікованою сталлю) з утворенням стабільної дрібнодисперсної структури. Петрографічні дослідження показали зниження кількості неметалевих включень в модифікованій сталі, які мали переважно сфероїдальну форму. При великих збільшеннях на модифікованій сталі простежуються більш тонкі границі зерен, що свідчить про очищення границь та приграничних ділянок від домішок впровадження, а також зафіксовано наявність вторинних виділень надлишкової фази переважно у внутрішніх об’ємах кристалітів. Мікродифракційним аналізом ідентифіковані частинки надлишкової фази: розміром до 0,01 мкм уявляють собою -фазу, а більш крупні – карбід (Fe, Cr, Mo)23С6. Запропоновано ймовірний механізм впливу ітрію на кінетику виділення зміцнювальної хімічно стійкої фази в аустенітній сталі та на кавітаційно-корозійну стійкість. Підвищення кавітаційно-корозійної стійкості забезпечується за рахунок утворення дрібнодисперсної структури, рафінування сталі, а також за рахунок механізму дисперсійного зміцнення частинками інтерметалідних фаз. Визначено, що при корозійному розчиненні поверхні сталі виникає ефект екранування металу хімічно стійкими фазами, що було доведено потенціодінамічними дослідженнями зразків в 92%H2SO4 при температурі 600С.
Складені рекомендації щодо використання зварювальних матеріалів з присадками ітрію для відновлення основних деталей насосних агрегатів та хлорних компресорів виробництв рідких металів.
В роботі отримали подальший розвиток наукові принципи створення нових кавітаційно-корозійностійких наплавочних матеріалів, сформовані на основі якісного і кількісного аналізу впливу вагових співвідношень легувальних елементів на фазовий склад, зеренну будову, а також топографію і морфологію надлишкових фаз.
Розроблена раціонально легована сталь 06Х23Н18М5, яка характеризується підвищеними кавітаційно-корозійними властивостями.
Розроблена експериментальна установка для проведення експресних кавітаційно-корозійних випробувань. Умови випробування зносостійкості сталей і сплавів в різних агресивних середовищах ідентичні натурним умовам роботи широкої номенклатури гідрообладнання.
Запропоновано механізм ймовірного руйнування неіржавіючих сталей і сплавів при кавітаційно-корозійному зношуванні. Під впливом мікроударних навантажень відбувається руйнування пасивного оксидного шару з одночасним кумулятивним впливом переважно у приграничній області та на границі зерен, що призводить до інтенсивного кавітаційно-корозійного зношування деталей. У свою чергу, руйнування оксидного шару на поверхні деталей і руйнування приграничних зон провокує реалізацію одночасно трьох видів корозії: структурно-вибіркової, корозійного розтріскування під напруженням та загальної корозії. Багатократна мікроударна взаємодія і постійне омивання деталей концентрованою сірчаною кислотою призводять до лавиноподібного руйнування деталей.
За допомогою методів статистичної обробки результатів отримана математична модель, яка дозволяє оцінити сумісний вплив корозійного й кавітаційного факторів на процес руйнування деталей і агрегатів.
Вперше запропоновано механізм ймовірного впливу модифікування ітрієм на кінетику виділення зміцнювальних хімічно стійких фаз в наплавленій сталі з аустенітною матрицею. Показано, що мікродобавки ітрію сприяють рафінуванню сталі за рахунок утворення оксидно-сульфідних включень, які, в свою чергу, можуть полегшувати зародкоутворювання інтерметалідної -фази у внутрішніх об’ємах кристалітів.
Встановлено, що рівномірний розподіл інтерметалідної -фази у внутрішніх об’ємах зерен сприяє дисперсійному зміцненню та реалізації екранувальної здатності модифікованої сталі, що в цілому сприяє підвищенню кавітаційно-корозійної стійкості наплавлених деталей і вузлів.
Очікуваний економічний ефект від впровадження сталі 06Х23Н18М5+0,02%Y для відновлення деталей хлорних компресорів на КП „Запорізький титано-магнієвий комбінат” і насосних агрегатів в ЗАТ „Гідромаш” складе 104,855 тис.грн.
Здобувач встановив, що для роботи в умовах кавітаційно-корозійного зношування необхідно використовувати матеріали з аустенітною матрицею, а також отримав деякі результати стійкості нержавіючих сталей і сплавів .
Лазебнов П.П. Использование вторичного сырья теплоэнергетики в электродах для сварки жаростойких сплавов / П.П. Лазебнов, А.В. Патюпкин // Вестник Кременчугского технического университета. – 2003. - №2. – С.37-42.
Здобувач встановив необхідну методику отримання зварювальних електродів опресовуванням для отримання наплавлених високолегованих сталей і сплавів.
Лазебнов П.П. Применение шлама теплоэнергетики в качестве газошлакообразующего ингредиента сварочных электродов для Fe-Cr-Ni сталей / П.П. Лазебнов, А.В. Патюпкин //Вестник Кременчугского технического университета. – 2003. - №2. – С.56-59.
Здобувачем отримано склад покриття зварювальних електродів для зварювання та наплавленняFe-Cr-Ni сталей і сплавів.
Патюпкин А.В. Влияние коррозионного фактора на кинетику кавитационно-коррозионного изнашивания нержавеющих сталей и сплавов / А.В. Патюпкин // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2004. - №1. – С.143-146.
Патюпкин А.В. Влияние легирования на кавитационно-коррозионную стойкость нержавеющих сталей и сплавов / А.В. Патюпкин, Д.А. Антонюк // Автоматическая сварка. – 2005. - №4. – С. 16-18.
Здобувач зробив математичну обробку експерименту з оптимізації хімічного складу наплавлених сталей з підвищеною кавітаційно-корозійною стійкістю .
Патюпкин А.В. Повышение кавитационно-коррозионной стойкости наплавленного металла типа 06Х23Н18М5 путем модифицирования его иттрием / А.В. Патюпкин, Г.А. Бялик // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2006. - №1. – С.24-29.
Здобувачем здійснено мікродифракційний аналіз залишкових фаз і встановлено механізм зміцнення наплавленого металу за рахунок дисперсійного твердіння.
Патюпкин А.В. Установка для ускоренных кавитационно-коррозионных испытаний / А.В. Патюпкин //Заводская лаборатория, диагностика и ремонт. – 2006. - №4. – С.15-17.
Здобувачем виконано мікроскопічне дослідження розробленої сталі та отримані результати з петрографічних і рентгеноспектральних аналізів .
Пат. 21413. Україна, МПК G01N 17/00 Установка для кавітаційоно-корозійних випробувань металів / Патюпкін А.В.; заявник і дотримувач Запорізький нац. техн. ун-т; заявл. 25.09.06; опубл. 15.03.07, Бюл. №3.
Восстановление изделий, работающих в условиях кавитации в среде серной кислоты: зб.тезисов докладов 18-й конференции сварщиков Урала [«Сварка Урала – в XXI век»], (Екатеринбург, 2-5 марта 1999) / УПИ-УГТУ, 1999. – С.158-159.
Особистий внесок здобувача: проведення досліджень, обговорення та узагальнення результатів.
Кавитационно-коррозионная стойкость нержавеющих сталей в концентрированных растворах серной кислоты: сб. трудов 7-й Междунар.научно-техн.конф. [Технологии ремонта машин, механизмов и оборудования (РЕМОНТ-99)], (Алушта, 25-27 мая 1999 г.) / Алушта, 1999. – С.28-30.
Особистий внесок здобівача: обговорення результатів досліджень кавітаційно-корозійної стійкості; рекомендації щодо використання процесів відновлення розробленими матеріалами.
Повышение кавитационно-коррозионной стойкости сталей путем модифицирования их иттрием: зб.тезисів до Міжнар. науково-практ.конф. [Шляхи розвитку машинобудування], (Запоріжжя, 16-17 травня 2006р.) / Запоріжжя, 2006. – С.17.
Особистий внесок здобувача: вибір оптимального складу мікролегування матеріалів ітрієм для підвищення їх кавітаційно-корозійної стійкості.
Наплавочные материалы повышенной кавитационно-коррозионной стойкости: cб.тезисов докладов II-ой Междунар. научно-метод.конф. [Современные проблемы сварки и родственных технологий, совершенствование подготовки кадров], (Мариуполь, 11-14 сентября 2006 г.) / ПГТУ, 2006. – С.99.
Особистий внесок здобувача: постановка задачі; проведення досліджень; проведення микроскопічних та петрографічних досліджень; обгрунтування результатів досліджень
Повышение кавитационно-коррозионной стойкости стали 06Х23Н18М5 путем микролегирования ее иттрием: сб.тезисов докладов III-ой Междунар. научно-метод.конф. [Повышение износостойкости деталей машин и конструкций. Совершенствование подготовки кадров], (Мариуполь, 5-9 мая 2008 г.) / ПГТУ, 2008. – С.47-49.
Здобувачем встановлено оптимальний діапазон модифікування сталі 06Х23Н18М5 ітрієм з метою покращення показників кавітаційно-корозійної стійкості останньої.
Влияние микролегирования иттрием на фазовый и колличественный состав наплавленной стали 06Х23Н18М5: матеріали Всеукраїнській науково-техн. конф. студентів, аспірантів і молодих науковців [Зварювання та спорідненні технології], (Миколаїв, 3-7 вересня 2008 р.) / НУК ім. адм. Макарова, 2008. – С.28-30.
Здобувач дослідив, що мікролегування сталі 06Х23Н18М5 ітрієм сприяє утворенню та рівномірному розташуванню в аустенітній матриці надлишкової інтерметалідної фази, яка сприяє зміцненню наплавленого матеріалу і одночасно підвищує його службові характеристики.
