CC BY
47
Продолжение таблицы 1
Представление результатов
Числовые результаты Х Х Х
Графики Х Х
Карты Х
Проведенный обзор методов оценки воздействия на окружающую среду позволяет сделать нам вывод об их большом разнообразии, различной направленности и различном уровне стандартизации. Это многообразие дает существенный набор инструментов для оценки и снижения негативного воздействия на окружающую среду в пределах города или отдельного района городской застройки. Список использованной литературы:
1. Повестка дня на XXI век [Электронный ресурс]. URL: http://www.un.org/ru/documents/decl_conv /conventions/agenda21.shtml (дата обращения: 17.10.2016).
2. Quaid, Alison. The Sustainability inventory: a tool to assist U.S. Municipalities advance towards sustainability// Local Environment. - 2002. - № 7. - P. 447-452.
3. Duran-Encalada J., Paucar-Caceres A. Sustainability Model for the Valsequillo Lake in Puebla, Mexico: Combining System Dynamics and Sustainable Urban Development// Systemic Practice and Action Research. - 2009. - № 22. - P. 77-99.
4. Nikkanen A. It takes only two hours to get rough estimate of urban eco-efficiency/ A. Nikkanen, E. Puurunen, P. Lahti// World Sustainable Building Conference SB11: материалы конференции. - Helsinki, 2011. - P. 66-67.
5. Назарова Л.Е., Ратнер С.В. Оценка уровня осведомленности потребителей в вопросах энергоэффективности бытовой техники // Материалы международной научно-практической конференции «Управление инновациями - 2015», 16-18 ноября 2015 г., Москва, ИПУ РАН, стр. 128-134.
6. ISO 14040:2006 Environmental management -- Life cycle assessment -- Principles and framework [Электронный ресурс]. URL: https://www.iso.org/obp/ui/ #iso:std:iso:14040:ed-2:v1:en (дата обращения: 27.10.2016).
7. Kuhn E.A. A Review of Methods and Tools Available for Environmental Assessment at Local Territorial Scale/ E.A. Kuhn, M.A. Sattler, R.L. Mello Neto // Opportunities, Limits & Needs. Towards an environmentally responsible architecture: материалы конференции. - Lima, 2012.
© Ковалев А.О., 2016
УДК. 621.791.927.5
Ковтунов Александр Иванович
д.т.н., доцент кафедры «СОМДиРП» ТГУ.
E-mail [email protected] Бочкарев Александр Геннадьевич магистрант кафедры «СОМДиРП» ТГУ. E-mail [email protected] Плахотный Денис Иванович аспирант кафедры «СОМДиРП» ТГУ.
E-mail [email protected] г. Тольятти, РФ
ВЛИЯНИЕ КРЕМНИЯ НА ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВА НАПЛАВЛЕННЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Fe-Al
Аннотация
Представлены результаты исследований процессов аргонодуговой наплавки сплавов системы железо-
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_
алюминий. Установлено влияние кремния на формирование и свойства наплавляемых сплавов.
Ключевые слова
Дуговая наплавка, алюминий, сплавы железо-алюминий, легирование, интерметаллиды,
износостойкость, твердость, кремний.
Введение:
С 1961 г. интерметаллидные сплавы начали применяться в качестве конструкционных материалов, а так же в качестве защитных покрытий, что связано с уникальным комплексом их физико-механических и эксплуатационных свойств.
Интерметаллидные сплавы на основе системы железо-алюминий имеют высокую твердость [1], износостойкость, жаростойкость (до 9500С) [2] и могут применяться для наплавки стальных изделий [3]. Хрупкость интерметаллидов системы железо-алюминий сдерживает их широкое применение в качестве наплавочных материалов. Одним из способов повышения пластичности алюминидов железа при комнатной температуре является легирование [3]. При аргонодуговой наплавке было предложено легировать покрытия системы железо-алюминий кремнием, используя алюминиевые присадочные проволоки, содержащие кремний.
Методика проведения эксперимента
Наплавку интерметаллидных покрытий системы железо-алюминий производили на постоянном токе прямой полярности с использованием вольфрамового электрода. Ток дуги при этом составлял 1=270 А, напряжение на дуге было U=15 В. Скорость подачи присадочной проволоки изменялась в пределах от 0,5 до 3 м/мин. Скорость наплавки при этом оставалась постоянной (0,15 м/мин). Варьирование скоростью подачи присадочной проволоки позволяло формировать наплавленные слои с различным содержанием алюминия и кремния. Для наплавки применялись следующие марки проволоки: Св-А8, Св-АК5, Св-АК12. Диаметр присадочных проволок dп/п = 1,2 мм. Присадочная проволока подавалась в хвостовую часть сварочной ванны (Рисунок 1) для уменьшения разбрызгивания алюминия и снижения его угара в покрытии [3]. Наплавка производилась на стальные пластины (сталь 20). В качестве защитной среды использовали аргон высокой чистоты, расход защитного газа составлял 10-12 л/мин.
Рисунок 1 - Схема ввода присадочной проволоки
Исследование химического состава наплавленного металла проводились методами растровой электронной микроскопии на комплексе сканирующего электронного микроскопа LEO 1455 VP (ZEISS, Германия) с блоками рентгеновского энергетического спектрометра INCA Energy-300 и рентгеновского волнового спектрометра INCA Wave-500.
Твердость наплавленных покрытий определялась по методу Роквелла с применением стационарного универсального твердомера HBRV-187.5.
Качество наплавленного покрытия определяли методами ВИК, оценивая при этом качество поверхности, стабильность геометрических характеристик наплавляемого валика по всей длине.
Геометрические параметры наплавленных валиков в поперечном сечении измеряли, используя программу Universal Desktop Ruler.
Результаты и обсуждение экспериментов
Исследования показали, что в выбранном диапазоне режимов формируются валики со стабильными геометрическими параметрами как на поверхности, так и в поперечном сечении наплавленного валика (Рисунок 2).
а) б)
Рисунок 2 - Внешний вид(а) и поперечное сечение (б) наплавленного валика (Св-АК12, Ун = 0,15 м/мин, Уп/пп = 1 м/мин; 1н = 270 А, ид = 15 В)
Геометрические характеристики валиков при заданных режимах изменялись в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1
Диапазон изменения геометрических парамет ров валиков
Ширина валика (е), мм Высота валика (g), мм Глубина проплавления (h), мм
11,32 - 13,16 0,58 - 2,40 1,85 - 2,72
Рисунок 3 - Зависимость геометрических параметров наплавленных валиков от скорости подачи присадочной проволоки: а) зависимость ширины валика от скорости подачи присадочных проволок; б) зависимость величины усиления валика от скорости подачи присадочных проволок; в) зависимость глубины проплавления от скорости подачи присадочных проволок.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_
Использование в качестве присадочного материала проволок Св-АК5 и Св-АК12 не значительно повлияло на геометрические параметры наплавленного валика (Рисунок 3). При использовании алюминиево-кремниевой проволоки наблюдалось незначительное увеличение ширины наплавленного валика (e) и глубины проплавления (h), что связано с понижением температуры плавления и снижением удельной теплоемкости присадочной проволоки при легировании ее кремнием [3]. При этом высота валика (g) практически не изменилась.
Исследования химического состава наплавленного металла показали, что по сечению валика наблюдается неравномерное содержание алюминия и кремния. Степень неоднородности химического состава увеличивается по мере увеличение скорости подачи присадочной проволоки, что связано с увеличением весового расхода присадочной проволоки и, следовательно, с уменьшением длительности пребывания сварочной ванны в жидком состоянии и увеличением скорости охлаждения металла. Все это уменьшает скорость диффузии алюминия и кремния в стали и приводит к их неоднородному распределению по сечению наплавленного валика.
Среднее содержания химических элементов в наплавленных валиках в зависимости от марки проволоки и режимов наплавки составляло: алюминия от 4,40 до 27,60 %, железа от 71,6 до 94,41 %, кремния от 0,21 до 2,92% (Рисунок 4). По мере увеличения скорости подачи присадочной проволоки увеличивается содержание алюминия и кремния в наплавленном металле. Увеличение содержания в присадочной проволоки кремния приводит к увеличению концентрации кремния в наплавленном металле и снижению содержания алюминия (Рисунок 4).
Металлографический анализ наплавленных валиков показал, что структура металла представлена матричной фазой и включениями различной формы (иглообразными, пластинчатыми, точечными), расположенными по границам и в теле зерен (Рисунок 5,6). Исходя из химического состава матрица представлена а-фазой с частичным упорядочением по типу В2, а включения представляют карбидную фазу Fe3AlCx [3]. При легировании наплавленного металла кремний замещает алюминий в матричном сплаве и в карбидной фазе с формированием фазы Fe3(AlSi)Cx [4,5].
Рисунок 4 - Зависимость химического состава наплавленного валика от скорости
подачи присадочной проволоки
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_
где: а) зависимость содержания алюминия от скорости подачи присадочной проволоки; б) зависимость содержания железа от скорости подачи присадочной проволоки; в) зависимость содержания кремния от скорости подачи присадочной проволоки.
Рисунок 5 - Микроструктура наплавленного металла (1н =270 А; Уп/пп = 0,5 м/мин; Ун = 0,15 м/мин; Проволока - Св-А8)
1mm
Рисунок 6 - Макроструктура наплавленного металла (1н =270 А; Уп/пп = 0,5 м/мин; Ун = 0,15 м/мин; Проволока - Св-АК12)
Твердость наплавленного металла определяясь режимами наплавки и находилась в пределах от 19 до 59 HRC (Рисунок 7). С увеличением скорости подачи присадочной проволоки, твердость наплавленного металла увеличивалась, что являлось следствием увеличения содержания алюминия [3].
Легирование кремнием при содержании алюминия до 15-20%, что соответствует скорости подачи проволоки 2м/мин, повышает твердость наплавленного металла. Причем наплавка с применением проволоки Св-АК12 дает более высокие показатели твердости.
При более высоком содержании алюминия твердость валиков, наплавленных алюминиево-кремниевой присадочной проволокой, ниже, чем наплавленных проволокой Св-А8 (Рисунок 7). При этом увеличивается
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_
склонность наплавленного металла к образованию трещин и наблюдается отслоение наплавленного металла. Это обусловлено увеличением степени легирования матричной и карбидной фазы в структуре металла и снижением технологической прочности наплавленного сплава.
Рисунок 7 - Зависимость твердость наплавленного металла от скорости подачи присадочной проволоки
Выводы:
1. Исследования процесса аргонодуговой наплавки интерметаллидных покрытий на основе сплавов железо-алюминий с использованием проволок Св-АК5 и Св-АК12 показали, что дополнительное легирование интерметаллидного сплава кремнием незначительно увеличивает ширину наплавленного валика и глубину проплавления и приводит к снижению содержания алюминия в наплавленном металле.
2. При легировании кремнием сплавов системы железо - алюминий, наблюдается повышение твердости наплавленного металла при содержании алюминия до 20%. При более высоком содержании алюминия кремний снижает твердость, повышая склонность металла к образованию трещин.
3. Управляя режимами и химическим составом присадочной проволоки, при аргонодуговой наплавке алюминия на сталь можно формировать наплавленные слои на основе интерметаллидных сплавов различного фазового состава, имеющих различный комплекс механических и эксплуатационных свойств.
Список использованной литературы:
1. Павлова Т.С. Не упругость сплавов на основе интерметаллида Fe3Al: дис. канд. тех. наук: защищена 19.05.2008/ Т.С. Павлова. - Тула, 2008. - 130 с.
2. Колачев Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов/ Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. - М.: МИСИС, 2005. - 432 с.
3. Ковтунов, А.И. Аргонодуговая наплавка сплавами на основе системы железо-алюминий: монография/ А.И. Ковтунов. - Тольятти: Изд-во ТГУ, 2014. - 140 с.
4. Raghavan У. Al-Fe-Si (Aluminum-Iron-Silicon)// J. Phase Equillibria, 1994, v15, p. 42-50.
5. Мондольфо Л.Ф. Строение и свойства алюминиевых сплавов/ Л. Ф. Мондольфо. - М.: Металлургия, 1979. - 640 с.
© Ковтунов А.И., Бочкарев А.Г., Плахотный Д.И., 2016
