СТРУКТУРНО-ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ И ПОВЕРХНОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛА СВАРНЫХ ШВОВ, ВЫПОЛНЕННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии исследованы структурно-фазовое состояние и поверхность разрушения металла сварных швов стали 09Г2С, выполненных с применением новых сварочных материалов на основе техногенного сырья металлургического производства (шлака производства силикомарганца и пыли электрофильтров алюминиевого производства). Изготовление сварных соединений выполнялось в лабораторных условиях с использованием сварочной проволоки марки Св-08ГА на оборудовании научно-производственного центра «Сварочные процессы и технологии» ФГБОУ ВО «СибГИУ». С использованием оборудования ФГБУН «Институт сильноточной электроники СО РАН» (г. Томск) выполнен количественный анализ параметров структуры и дислокационной субструктуры металла сварных швов. Оценены вклады скалярной и избыточной плотности дислокаций в прочность металла сварных швов. Установлено, что основной фазой металла исследуемых сварных швов (независимо от введения добавки) является твердый раствор на основе α-железа (феррит, ОЦК кристаллическая решетка, α-фаза). Кроме α-железа в металле сварного шва присутствуют частицы карбида железа (цементит) и (преимущественно в образце без добавки) силицида железа состава Fe3S. Анализируя электронно-микроскопические изображения структуры металла сварного шва, было замечено, что наиболее узкие контуры формируются у межфазных границ включение – матрица. Такими включениями, выявленными методами просвечивающей электронной микроскопии, могут являться частицы цементита, расположенные в объеме и на границах зерен феррита, и частицы силицида железа округлой (сферической) формы, расположенные в объеме зерен феррита. Выявлено, что включения второй фазы, присутствующие в металле сварного шва, являются концентраторами напряжений и могут быть центрами зарождения микротрещин при механическом воздействии на материал.

1. Kozyrev N.A., Mikhno A.R., Usoltsev A.A., Kryukov R.E., Umanskiy A.A. Use of silicomanganese slag and ladle electric steelmaking slag in manufacturing the welding fluxes for surfacing the mining equipment // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Article 012032. https://doi.org/10.1088/1755-1315/206/1/012032

2. Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Nepomnyashchikh A.S., Usoltsev A.A., Popova M. V. Development of a new flux-cored wire based on the gas cleaning dust of the silicomanganese // Welding International. 2020. Vol. 34. No. 10-12. P. 455–459. https://doi.org/ 10.1080/09507116.2021.1964862

3. Liu L., Zhang Z., Song G., Shen Y. Effect of cadmium chloride flux in active flux TIG welding of magnesium alloys // Materials Transactions. 2006. Vol. 47. No. 2. P. 446–449. https://doi.org/10.2320/matertrans.47.446

4. Eremin E.N., Losev A.S. Wear resistance increase of pipeline valves by overlaying welding flux-cored wire // Procedia Engineering. 2015. Vol. 113. P. 435–440. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.07.324

5. Kryukov R.E., Kozyrev N.A., Usoltsev A.A., Kozyreva O.E. New welding fluxes based on silicomanganese slag for deposition and welding of canopies and crib bed of mine support // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: International Scientific and Research Conference on Knowledge-Based Technologies in Development and Utilization of Mineral Resources. 2017. Article 012019. https://doi.org/10.1088/1755-1315/84 /1/012019

6. Kryukov N.E., Koval'skii I.N., Kozyrev N.A., Igushev V.F., Kryukov R.E. Arc welding of vertical oil tanks working at low temperatures // Welding International. 2013. Vol. 27. No. 7. P. 534–536. https://doi.org/10.1080/09507116 .2012.715944

7. Gromov V.E., Yuriev A.B., Kryukov R.E., Kozyrev N.A., Ivanov Yu.F., Shliarova Yu.A., Semin A.P. Effect of carbon-fluorine additive to flux on the structure, defective substructure and fracture surface of electric arc surfacing of low-carbon wire // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 18. P. 2104–2111. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.03.100

8. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменным методам обработки / Ю.А. Дени-сова, Ю.Ф. Иванов, О.В. Иванова, И.А. Иконникова, Н.Н. Коваль, О.В. Крысина, Е.А. Петрикова, А.Д. Тересов, В.В. Шугоров. Томск: Изд-во НТЛ, 2016. 303 с.

9. Osintsev K.A., Gromov V.E., Konovalov S.V., Ivanov Yu.F., Panchenko I.A., Chen X. Effect of pulsed-electron-beam irradiation on the surface structure of a non-equiatomic high-entropy alloy of the Al–Co–Cr–Fe–Ni system // Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2021. Vol. 15. No. 4. P. 846–850. https://doi.org/10. 1134/S1027451021040340

10. Иванов Ю.Ф., Тересов А.Д., Петрикова Е.А., Иванова О.В., Романов Д.А. Разработка комплексной методики борирования нержавеющей стали концентрированными потоками энергии. В кн. Взаимодействие излучений с твердым телом. Материалы 13-й Международной конференции, Минск, 30 сентября – 03 октября 2019 г. Минск: Белорусский государственный университет, 2019. С. 251–254.

11. Шалаева Е.В. Просвечивающая элек-тронная микроскопия в исследовании фазовых превращений, упорядочения и разупорядочения в неорганических соединениях, сплавах, минералах // Минералы: строение, свойства, методы исследования. 2012. № 4. С. 65.

12. Rakhadilov B.K., Tabiyeva Y.Y., Uazyrkhanova G.K., Zhurerova L.G., Popova N.A. Effect of electrolyte - plasma surface hardening on structure wheel steel 2 // Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. 2020. No. 2 (98). P. 68–74. https://doi.org/ 10.31489/2020Ph2/68-74

13. Tabieva E., Zhurerova L.G., Baizhan D. Influence of electrolyte-plasma hardening technological parameters on the structure and properties of banding steel 2 // Key Engineering Materials. 2020. Vol. 839. P. 57–62.

14. Ищенко А.А., Тарасов Ю.И., Рябов Е.А., Асеев С.А., Шефер Л. Сверхбыстрая просвечивающая электронная микроскопия // Тонкие химические технологии. 2017. № 12 (1). С. 5–25. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-1-5-25

15. Смирнов А.Н., Кречетов А.А., Глинка А.С. Структурно-фазовое состояние стали 35ХГС после механотермической обработки // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2010. № 6 (82). С. 47–51.

16. Пимонов М.В., Романов Д.А., Чен X.-Z. Структура поверхностного слоя стали 40Х после финишных этапов механической обработки резанием // Физика и химия обработки материалов. 2020. № 4. С. 17–30. https://doi.org/10.30791/0015-3214-2020-4-17-30

17. Belonogov E.K., Kushev S.B., Soldatenko S.A., Turaeva T.L. Morphology and structure characteristics of nanoscale carbon materials containing graphene // Journal of Advanced Materials and Technologies. 2021. Vol. 6. No. 4. P. 247–255. https://doi.org/10.17277/ jamt.2021.04.pp.247-255

18. Структурно-фазовые состояния и механизмы упрочнения деформированной стали / Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов, Н.А. Попова и др. Но-вокузнецк: ООО Полиграфист, 2016. 510 с.

19. Конева Н.А., Киселева С.Ф., Попова Н.А. Эволюция структуры и внутренние поля напряжений. Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing RU, 2017. 148 с.

20. Абабков Н.В., Смирнов А.Н., Попова Н.А., Конева Н.А., Никоненко Е.Л. Исследование структуры и свойств металла разрушенного и не разрушенного паропроводов из стали 20 после одинакового срока эксплуатации // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2018. Т. 15. № 2. С. 176–181. https://doi.org/10.25712/ASTU. 1811-1416.2018.02.002