Melting refractory particles inoculators carbide and titanium nitride in the metal melt
Keywords:
nanoparticles, inoculators, Titanium carbides and nitrides, weld pool, computer modeling, dissolution of the particles.Abstract
Purpose. In the past few years to improve the quality and reliability of welded structures for special purposes of great interest is the use of specially prepared nanopowder inoculators (NPI) as effective modifiers structure of weld metal. However, there are some reasonable fears that the particles themselves are not directly inoculatorinfluence on the structure of the weld due to their possible dissolution in the molten metal weld puddle. In this regard, the goal of the work was the modeling of the phase transition process solid / liquid phase by dissolving refractory nanopowder inoculators TiC and TiN in the metal of the weld pool and to optimize parameters of the particles providing high mechanical properties of the weld metal. Methodology. Introduction inoculators TiC particles and TiN in molten weld puddle welding was performed by utilizing the flux-cored wires in which the core is injected dispersion (10 ... 100 nm) of compound carbides TiC and titanium nitride TiN, obtained by CBC synthesis. To carry out computer simulation used the calculated physical modeling package COMSOL Multiphysics. Dissolution kinetics modeling was conducted for the particles of different particle sizes (100nm, 1 mkm and 10 mkm) and shapes (spherical, square), which were placed in a molten metal iron at temperatures of 2000°C and 2200oC.Findings. On the basis of the joint solution of the problem of heat conduction, diffusion and hydrodynamic fluid motion of the molten metal with the movement of the interface metal-melt developed a computer program for modeling the kinetics of dissolution of the particles in the metal of the weld pool. The influence of particle size and initial velocity of the melt on the kinetics of dissolution. It has been shown that the lifetime of the particles in the liquid bath is from 4 to 20, whereby some fraction of particles inoculators can be completely dissolved in the metal of the weld pool. Determine the magnitude and kinetics of changes in temperature, concentration, power and velocity fields both in the particles and melt. Originality. On the basis of mathematical modeling methods scientifically proved the possibility of controlling the parameters of the particles inoculators in the weld pool and as a consequence, the ability to influence the processes of crystallization and the
formation of the structure of the weld metal. Practical value. The use of nanoparticles inoculators in metallurgy of the weld pool will enhance management practices crystallization of the weld pool and provide due to changes in the structure of the high level of mechanical and viscous characteristics of the weld metal.
References
Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов и сплавов / Сабуров В.П., Черепанов А.Н. и др. - Новосибирск: Изд-во Наука, 1995, - 344 с.
Saburov V. P, Cherepanov A. N. et al. Plazmo-chimcheskiy sintez ultradispersnykh poroshkov i ich primenenie d ^ modificirovaniy metallov i splavov [Plasma-chemical synthesis of ultrafine powders and their application for the modification of metals and alloys]. Novosibirsk: Nauka, 1995, 344 р. http://books.google.com.ua/books/about/Плазмохимический сm.htmr?id=RBK2AAAAIAAJ&redir esc=y
Костин В.А. Влияние нановключений на формирование структуры металла швов феррито-бейнитных сталей (обзор) / В.А. Костин В.В. Головко, Г.М. Григоренко // Збiрник наукових праць НУК ш. Макарова - 2011. - №4 (433), электронное издание.
Kostin V.A. Vliyanie nanovklucheniy na formirovanie struktury metalla shvov ferrito-beybitnych staley (obzor) [Nanoinclusions influence on the structure of weld metal ferritebainite steels (Review)] Zbirnik naukovykh prac natsionalnoho universytetu korablebuduvanniy imeni Makarova [Collection of scientific papers of National Shipbuilding University named after Makarova], 2011, Issue 4(433). http://jnn.nuos.edu.ua/article/download/25589/23055
Модифицирование сталей и сплавов дисперсными инокуляторами / Сабуров В.П., Еремин Е.Н., Черепанов А.Н., Миннеханов Г.Н. - Омск.: Изд-во ОмГТУ, 2002, - с.257.
Saburov V.P, Eremin E.N, Cherepanov A.N, Minnehanov G.N Modificirovanie staley I splavov dispersnymi inokulytorami [Modification of steels and alloys dispersed inoculators], Omsk: OmGTU, 2002, 257 p. http://lib.omgtu.ru/?id=EC&o=Search&base%5B%5D=E OMSTU&query=%28%22I%3D621.74/%D0%9C74-920659%22%29&lf=1&rc= 1 &fmt=full
Тугоплавкие соединения / Самсонов Г.В., Винницкий И.М. - Москва.: Металлургия, 1976, - 560 с.
Samsonov G.V., Vinnytsiy I.M. Tugoplavkie soedineniy [Refractory compounds], - Moscow, Metallurgy, 1976, 560 p. http://www.twirpx.com/file/232833/ 5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Карбид_титана
https://ru.wikipedia.org/wiki/Hm,PM титана
http://www.himikatus.ru/art/phase-diagr1/C-Ti.php
http://www.himikatus.ru/art/phase-diagr1/N-Ti.php
Харлашин П.С. Кинетические особенности растворения твёрдых тел в жидком расплаве / Харлашин П.С., Бакст В.Я., Бендич А.В.// Вісник Приазовського державного технічного університету- 2012. -25. - с.13-20.
Kharlashin P.S. Kineticheskie osobennosti pastvoreniya nverdykh tel v zidkom rasplave [Kinetic characteristics of dissolution of solids in the liquid melt] Visnik Priazovskoho Derzavnoho Technichnoho Universitetu [The bulletin of Pryazovskyi State Techical University]. - Mariupol : 2012. - V.25. - pp. 13 - 20. http://nbuv.gov.ua/i-pdf/vpdty 2012 25 4.pdf
Троцан А.И. Модифицирование расплава дисперсными частицами с учетом их разброса по размерам/ Троцан А. И., Каверинский В. В., Бродецкий И. Л., Карликова Я.П.// Вісник Приазовського державного технічного університету - 2011. -22. - с.144-150.
Trotsan A.I. Modificirovanie rasplava dispersnymi chasticami s uchetom ich raznrosa po razmeram [Modification melt dispersed particles based on their size dispersion] Visnik Priazovskoho Derzavnoho Technichnoho Universitetu [The bulletin of Pryazovskyi State Techical University]. – Mariupol : 2011. - V.22. - pp. 144 - 150. http://nbuv.gov.ua/i-pdf/vpdty 2011 22 29.pdf
Троцан А.И. Влияние распределения и размеров частиц модификатора на эффективность его действия в расплаве/ Троцан А. И., Каверинский В. В., Бродецкий И. Л., Карликова Я.П.// Вісник Приазовського державного технічного університету - 2011. -23. - с.131-138.
Trotsan A.I. Vliyanie raspredeleniya I razmerov chastic modifikatora na efektivnost ego deistviya v rasplave [Effect of particle size and distribution of the modifier on the effectiveness of its action in the melt] Visnik Priazovskoho Derzavnoho Technichnoho Universitetu [The bulletin of Pryazovskyi State Techical University]. - Mariupol : 2011. - V.23. - pp. 131 - 138. http://nbuv.gov.ua/i-pdf/vpdty 2011 23 20.pdf
http://www.comsol.com/comsol-multiphysics
Голоскоков А. Е. Применение прикладного пакета Comsol Multiphysics для решения дифференциального уравнения параболического типа / Голоскоков А. Е. Рудницкий А. В. // Вестник НТУ «ХПИ» -2010. -№11(67), электронное издание.
Goloskokov A.E. Primenenie prikladnogo paketa Comsol Multiphysics dlya pesheniya diferencialnogo uravneniya parabolicheskogo tipa [Application application package Somsol Multiphysics for solving differential equations of parabolic type] Visnik Kharkovskogo Natsionalnoho Technichnoho Universytetu [The bulletin of Kharkov State Techical University, 2010, Issue 11(67). http://www.kpi.kharkov.ua/archive/Наvкова перiодiка/vestnik/ Системный анализ, управление и информационные технологии/2010/67/statya11 _67.pdf
Downloads
Published
Issue
Section
License
Редакція Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.
При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а автор отримує перше попередження.
Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).