Особенности кристаллографических параметров нанодисперсных композиций и их влияние на свойства низколегированных сталей

Abstract

RU: Цель. Исследование роли тугоплавких наночастиц с необходимыми термодинамическими и кристаллографическими параметрами и применение полученных данных для разработки способа поверхностного модифицирования низколегированных конструкционных сталей. Методика. Объектом исследования служили литые заготовки низколегированной стали 09Г2С, модифицированные нанопорошковыми композициями карбидного и карбонитридного класса на основе Al, Ti, Si. Нанодисперные порошки размерами до 100 нм получали методом плазмохимического синтеза. Результаты. Для оценки модифицирующей эффективности тугоплавких композиций обобщены данные мольной энтальпии их образования, температуры плавления, растворимости в расплаве и типа проводимости. Отработаны технологические параметры плазмохимического синтеза нанопорошков. Изучение гранулометрического состава проводили методом рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии. Расчетным путем определено оптимальное количество частиц модификатора: 0,08…0,15% от веса расплава. На поверхности литых образцов определяли глубину слоя, пропитанного нанокомпозициями Ti(CN), TiC в различных соотношениях. Установлена зависимость глубины пропитки от температуры заливаемой стали и времени выдержки расплава. Научная новизна. Установлен механизм взаимодействия стального расплава со слоем нанодисперсной композиции, включающий нагрев слоя нанопорошка на поверхности отливки, фильтрацию расплава в поры порошка, диффузионные процессы при распределении частиц в жидкой фазе и при охлаждении отливки. Практическая значимость. Проведенные эксперименты по определению износостойкости показали, что наибольший коэффициент износостойкости имеют образцы стали, которые были пропитаны нанодисперсным порошком Ti(CN).

UK: Мета. Дослідження ролі тугоплавких наночасток з необхідними термодинамічними та кристалографічними параметрами і застосування отриманих даних для розробки способу поверхневого модифікування низьколегованих конструкційних сталей. Методика. Об'єктом дослідження були литі заготовки низьколегованої сталі 09Г2С, модифіковані нанопорошковими композиціями карбідного і карбонітридного класу на основі Al, Ti, Si. Нанодісперсні порошки розмірами до 100 нм отримували методом плазмохімічного синтезу. Результати. Для оцінки модифікуючої ефективності тугоплавких композицій узагальнені дані мольної ентальпії їх утворення, температури плавлення, розчинності в розплаві і типу провідності. Відпрацьовано технологічні параметри плазмохимичного синтезу нанопорошків. Вивчення гранулометричного складу проводили методом рентгеноструктурного аналізу та електронної мікроскопії. Розрахунковим шляхом визначено оптимальну кількість частинок модифікатора: 0,08 ... 0,15% від ваги розплаву. На поверхні литих зразків визначали глибину шару, просоченого нанокомпозицій Ti(CN), TiC в різних співвідношеннях. Встановлено залежність глибини просочення від температури заливається стали і часу витримки розплаву. Наукова новизна. Встановлено механізм взаємодії сталевого розплаву з шаром нанодисперсної композиції, що включає нагрів шару нанопорошків на поверхні виливки, фільтрацію розплаву в пори порошку, дифузійні процеси при розподілі часток в рідкій фазі і при охолодженні виливки. Практична значимість. Проведені експерименти по визначенню зносостійкості показали, що найбільший коефіцієнт зносостійкості мають зразки стали, які були просочені нанодисперсним порошком Ti (CN).

EN: Purpose. Investigation of the role of refractory nanoparticles with the necessary thermodynamic and crystallographic parameters and application of the data obtained to develop a method for surface modification of low-alloy structural steels. Methodology. The object of the study was cast casts of low-alloy steel 09G2S, modified with nanopowder compositions of carbide and carbonitride class based on Al, Ti, Si. Nanodispersed powders up to 100 nm in size were obtained by the method of plasma-chemical synthesis. Findings. To assess the modifying efficiency of refractory compositions, the data on the molar enthalpy of their formation, melting point, solubility in the melt, and conductivity type are summarized. Technological parameters of plasmachemical synthesis of nanopowders have been worked out. The granulometric composition was studied by X-ray diffraction analysis and electron microscopy. The optimal amount of modifier particles was determined by calculation: 0,08 ... 0,15% of the melt weight. On the surface of the cast samples, the depth of the layer impregnated with Ti(CN), TiC nanocomposites in various ratios was determined. Dependence of the impregnation depth on the temperature of the cast steel and the time of exposure of the melt is established. Originality. A mechanism is established for the interaction of a steel melt with a layer of nanodispersed composition, including heating the nanopowder layer on the surface of the casting, filtering the melt into the pores of the powder, diffusion processes in the distribution of particles in the liquid phase and in the cooling of the casting. Practical value. The carried out experiments to determine the wear resistance showed that the steel wear rate was the highest coefficient of wear resistance, which was impregnated with Ti (CN) nanodispersed powder.