ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОЗМОЖНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДОВ ТИТАНОМ ПРИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАПЛАВКЕ

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, MgO с титаном (45 реакций) в системах оксид металла – титан в стандартных условиях с образованием соединений TiO, Ti₂O₃, Ti₃O₅, Ti₄O₇, TiO₂. Термодинамические характеристики реакций рассчитывали в интервале температур 1500 – 3000 К 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 2600 К. Расчет термодинамических свойств реакций показал, что использование титана в качестве восстановителя при электродуговой наплавке порошковой проволокой вполне приемлемо

1. 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.2010.07.024

2. 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.2010.01.021

3. Klimpel A., Lisiecki D., Janicki D., Dobrzański L.A. The study of properties of Ni-WC wires surfaced deposits. In: Proceedings of 13th international scientific conference on achievements on mechanical and material engineering. 16-19 may 2005:299‒302.

4. Patricio F. Mendez, Nairn Barnes, Kurtis Bell, Steven D. Borle, Satya S. Gajapathi, Stuart D. Guest, Hossein Izadi, Ata Kamyabi Gol, Gentry Wood / welding processes for wear resistant overlays. Journal of Manufacturing Processes. 2014;16(1):4–25. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2013.06.011

5. 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 Technology. 2008;202:6016–6022.

6. Azzoni M. Directions and developments in the types of hard phases to be applied in abrase de-posits against abrasion. Welding International. 2009;23:706–716. https://doi.org/10.1080/09507110902843248

7. Klimpel A., Dobrzanski L.A., Janicki D., Lisiecki A. Abrasion resistance of GMA metal cored wires surfaced deposits. Journal of Materi-als Processing Technology. 2005;164–165:1056–1061. https://doi. org/10.1016/j.jmatprotec.2005.02.242

8. Kirchgabner M., Badisch E., Franek F. Behav-iour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact. Wear. 2008;265:772–779. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.wear.2008.01.004

9. 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.2009.12.045

10. Buchanan V.E. Solidification and microstructural characterization of iron–chromium based hard-faced coatings deposited by SMAW and electric arc spraying. Surface and Coatings Technology. 2009;203:3638–3646. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.05.051

11. Buchanan V.E., Shipway P.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.2006.12.053

12. Wang Q., Li X. Effects of Nb, V, and W on microstructure and abrasion resistance of Fe–Cr–C hardfacing alloys. Welding Journal. 2010;89:133–9.

13. Azimi G., Shamanian M. Effects of silicon con-tent 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.2010.06.084

14. Mendez P. Modern technologies for the deposi-tion of wear-resistant overlays. In: Weld overlay for wear protection. Edmonton: Canadian Welding Association; 2013.

15. Osetkovskiy I.V., Kozyrev N.A., Kryukov R.E. Studying the Influence of Tungsten and Chromi-um 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.

16. 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/150/1/012031

17. Gusev A.I., Kozyrev N.A., Usoltsev A.A., Kryu-kov 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 Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017;84:012018. http://dx.doi.org/10.1088/1755-1315/84/1/012018

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

19. Пацекин В.П., Рахимов К.З. Производство порошковой проволоки. Москва: Металлургия, 1979:80.

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

21. Choi, J.H., Lee J., Yoo C.D. Dynamic force bal-ance model fore metal transfer analysis in arcwelding. Journal of Physics D: Applied Physics. 2001;34:2658–2664. http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/34/17/313

22. Lu F., Wang H.P., Murphy A.B., Carlson B.E. Analysis 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.2013.09.021

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

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

25. Глушко В.П., Гурвич Л.В. и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. 1. Кн. 1. Москва: Наука, 1978:22.

26. Термодинамические свойства индивидуаль-ных веществ. Т. 5, 6 / Под ред. В.С. Иориша. [Электронный ресурс]. URL: http://www.chem.msu.ru/rus/tsiv/. (дата обращения: 20.10.2023).