ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОЗМОЖНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДОВ ТИТАНОМ ПРИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАПЛАВКЕ

Авторы

  • Роман Евгеньевич Крюков Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0002-3394-7941
  • Юлия Владимировна Бендре Сибирский государственный индустриальный университет
  • Николай Анатольевич Козырев Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина https://orcid.org/0000-0002-7391-6816
  • Антон Андреевич Сычев Сибирский государственный индустриальный университет
  • Андрей Владимирович Жуков Сибирский государственный индустриальный университет

DOI:

https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-4(46)-57-63

Ключевые слова:

титан, электродуговаянаплавка, порошковая проволока, термодинамические свойства

Аннотация

Показано, что широкое распространение для наплавки сталей, обладающих высокой износостойкостью, получили порошковые проволоки с титаном. Определена необходимость учета термодинамического фактора, позволяющего оценить химическое сродство между веществами, входящими в состав сварочных (наплавочных) материалов и наиболее вероятные пути химических превращений при учете всех возможных реакций и состояний реагентов. Рассмотрена возможность формирования ряда оксидных неметаллических включений нехарактерных для температур электросталеплавильных процессов. Проведена оценка термодинамических свойств [∆rH°(T),∆rG°(T)] восстановительных реакций оксидов FeO, Fe3O4, Fe2O3, MnO, SiO2, Cr2O3, Al2O3, CaO, MgOс титаном (45 реакций) в системах оксид металла –титан в стандартных условиях с образованием соединенийTiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7, TiO2. Термодинамические характеристики реакций рассчитывали в интервале температур 1500 –3000К по термодинамическим свойствам [[H°(Т) –H°(298,15 К)], S°(Т), ∆fH°(298,15 К)] реагентов Ti, TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7, TiO2, Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Al, Al2O3, Mn, MnO, Si, SiO2, Cr, Cr2O3, Ca, CaO, Mg, MgO. Показано, что наибольшей вероятностью протекания и, соответственно, наибольшим выделением теплоты отличаются реакции титана с оксидами кальция и железа, наименьшая вероятность протекания и, соответственно, выделения теплоты наблюдается при восстановлении оксида кремния и алюминия. Реакции с оксидами марганца и хрома занимают промежуточное место. Реакция восстановления оксида магния титаном с образованием TiO становится термодинамически вероятной при температурах выше 2600К. Расчет термодинамических свойств реакций показал, что использование титана в качестве восстановителя при электродуговой наплавке порошковой проволокой вполне приемлемо.

Биографии авторов

Роман Евгеньевич Крюков, Сибирский государственный индустриальный университет

д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов и химической технологии

Юлия Владимировна Бендре, Сибирский государственный индустриальный университет

к.х.н., доцент кафедры металлургии черных металлов и химической технологии

Николай Анатольевич Козырев, Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина

д.т.н., замести-тель директора научного центра металлургических технологий

Антон Андреевич Сычев, Сибирский государственный индустриальный университет

соискатель

Андрей Владимирович Жуков, Сибирский государственный индустриальный университет

аспирант кафедры металлургии черных металлов

Библиографические ссылки

Zahmatkesh B., Enayati M.H. A novel approach for development of surface nanocomposite by friction stir processing. Materials Science and Engineering A. 2010;527:6734–40. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.msea.2010.07.0242.

Morisada Y, Fujii H, Mizuno T, Abe G, Nagaoka T, Fukusumi M. Modification of thermally sprayed cemented carbide layer by friction stir processing. Surface and Coatings Technology. 2010;204:2459–64. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.01.0213.

Klimpel A., Lisiecki D., Janicki D., Dobrzański L.A. The study of properties of Ni-WC wires sur-faced deposits. In: Proceedings of 13th internation-al scientific conference on achievements on me-chanical and material engineering. 16-19 may 2005:299‒302.

Patricio F. Mendez, Nairn Barnes, Kurtis Bell, Ste-ven D. Borle, Satya S. Gajapathi, Stuart D. Guest, Hossein Izadi, Ata KamyabiGol, Gentry Wood / welding processes for wear resistant overlays. Journal of Manufacturing Processes. 2014;16(1):4-25.https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2013.06.0115.

Badisch E., Kirchgabner M. Influence of welding parameters on microstructure and wear behaviour of a typical NiCrBSi hardfacing alloy reinforced with tungsten carbide. Surface and Coatings Tech-nology. 2008;202:6016–6022.

Azzoni M. Directions and developments in the types of hard phases to be applied in abrase deposits against abrasion. Welding International. 2009;23:706–716.https://doi.org/10.1080/095071109028432487.

Klimpel A., Dobrzanski L.A., Janicki D., Lisiecki A. Abrasion resistance of GMA metal cored wires surfaced deposits. Journal of Materials Processing Technology.2005;164–165:1056–1061.https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2005.02.24

Kirchgabner M., Badisch E., Franek F. Behaviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact. Wear.2008;265:772–779. http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2008.01.0049.

Chang C.M., Chen Y.C., Wu W.Microstructural and abrasive characteristics of high carbon Fe–Cr–C hardfacing alloy. Tribology International. 2010;43:929–934. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2009.12.04510.

Buchanan V.E. Solidification and microstructural characterization of iron–chromium based hardfaced coatings deposited by SMAW and electric arc spraying. Surface and Coatings Technology. 2009;203:3638–3646. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.05.05111

.Buchanan V.E., ShipwayP.H., McCartney D.G. Microstructure and abrasive wear behaviour of shielded metal arc welding hardfacings used in the sugarcane industry. Wear. 2007;263:99–110.http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2006.12.05312.

Wang Q., Li X. Effects of Nb, V, and W on micro-structure and abrasion resistance of Fe–Cr–C hard-facing alloys. Welding Journal. 2010;89:133–9.

Azimi G., Shamanian M. Effects of silicon content on the microstructure and corrosion behavior of Fe–Cr–C hardfacing alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2010;505:598–603. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2010.06.08414.

Mendez P. Modern technologies for the deposition of wear-resistant overlays. In: Weld overlay for wear protection. Edmonton: Canadian Welding As-sociation; 2013.

Osetkovskiy I.V., Kozyrev N.A., Kryukov R.E. Studying the Influence of Tungsten and Chromium Additives in Flux Cored Wire System Fe‒C‒Si‒Mn‒Mo‒Ni‒V‒Co on Surfaced Metal Properties. Materials Science Forum. 2017; 906:107–113.

Kozyrev N.А., Galevsky G.V., Kryukov R.Е., Titov D.А., Shurupov V. М. New materials for welding and surfacing. Iop Conference Series: Materials Science And Engineering. 2016;150:012031. https://doi.org/10.1088/1757-899X/150/1/01203117.

Gusev A.I., Kozyrev N.A., Usoltsev A.A., Kryukov R.E., Osetkovsky I.V. Study of the properties of flux cored wire of Fe‒C‒Si‒Mn‒Cr‒Mo‒Ni‒V‒Co system for the strengthening of nodes and parts of equipment used in the mineral mining. IOP Confer-ence Series: Earth and Environmental Science. 2017;84:012018. http://dx.doi.org/10.1088/1755-1315/84/1/01201818.

Самсонов Г.В., Винницкий И.М. Тугоплавкие соединения. Москва: Металлургия, 1976:560.

Пацекин В.П., Рахимов К.З. Производство по-рошковой проволоки. Москва: Металлургия, 1979:80.

Патон Б.Е. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Москва: Ме-таллургия, 1974:768.

Choi, J.H., Lee J., Yoo C.D. Dynamic force balance model fore metal transfer analysis in arcwelding. Journal of Physics D: Applied Physics. 2001;34:2658–2664. http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/34/17/31322.

Lu F., Wang H.P., Murphy A.B., Carlson B.E. Analy-sis of energy flow in gas metal arc welding processes through self-consistent three-dimensional process simulation. Carlson. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014;68:215–223. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.09.02123.

Tashiro S., Zeniya T., MurphyA.B., Tanaka M. Visualization of fume formation process in arc welding with numerical simulation. Surface & Coatings Technology. 2013;228:301–305.

NIST-JANAF Thermochemical Tables 1985. Ver-sion 1.0[Электронныйресурс]: data compiled and evaluated by M.W.Chase, C.A. Davies, J.R. Daw-ney, Jr., D.J. Frurip, R.A. Donald, A.N. Syvernd. URL: http://kinetics.nist.gov/janaf. (accessed: 20.10.2023).

Глушко В.П., Гурвич Л.В. и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. 1. Кн. 1. Москва: Наука, 1978:22.26.Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. 5, 6 / Под ред. В.С. Иориша. [Электронный ресурс]. URL: http://www.chem.msu.ru/rus/tsiv/. (дата обраще-ния: 20.10.2023).

Загрузки

Опубликован

30.12.2023

Как цитировать

Крюков, Р. Е. ., Бендре, Ю. В. ., Козырев, Н. А. ., Сычев, А. . А. . ., & Жуков, А. В. . (2023). ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОЗМОЖНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДОВ ТИТАНОМ ПРИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАПЛАВКЕ. Вестник Сибирского государственного индустриального университета, 1(4), 57–63. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-4(46)-57-63

Выпуск

Раздел

Металлургия и материаловедение

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)