Structural materials modification during plasmochemical synthesis enriched with nanoparticles

Abstract

The chemical composition of nanodispersed compositions was determined: SiC, TiC, TiN, Ti(CN), AlN, Mg₂Si, Mg₃N₂. The chemical composition of the synthesized compounds corresponded to the stoichiometric composition. An analysis of particles microdiffraction patterns was carried out, it was shown that nanopowders belongs to solid crystalline bodies with a metallic bond. It has been established that Ti(CN) titanium carbonitride particles are facecentered, and silicon carbide (SiC) have a hexagonal crystal lattice. Experiments on the surface modification of steels with nanopowder compositions based on Ti(CN) and SiC have been carried out. The effectiveness of using nanodispersed compositions in the smelting of structural steels has been established. As a result of the 09G2S steel modification with Ti(CN) nanopowder, the strength, plastic properties and toughness were increased. The choosing of nanodispersed Ti(CN) carbonitride powders with a fraction less than 100 nm as modifiers of low-alloy steels was substantiated. The necessary criteria for the selection of nanopowder modifiers were obtained: insolubility in melt, conformity of the crystal lattices with the matrix of steel, proportionality with the critical radius of the austenite nucleus during crystallization. The mechanism of a steel melt interaction with a layer of a nanodisperse composition was determined.

Визначено хімічний склад нанодисперсних композицій: SiC, TiC, TiN, Ti(CN), AlN, Mg₂Si, Mg₃N₂. Хімічний склад синтезованих сполук відповідав стехіометричному складу. Проведено аналіз мікродифракційних картин частинок, показана належність нанопорошків до твердих кристалічних тіл з металевим зв'язком. Встановлено, що частинки карбонітриду титану Ti(CN) мають гранецентровану, а карбіду кремнію SiC  гексагональну кристалічні решітки. Були проведені експерименти з поверхневого модифікування сталей нанопорошковими композиціями на основі Ti(CN) і SiC. Встановлено ефективність застосування нанодисперсних композицій при виплавці конструкційних сталей. В результаті модифікування сталі 09Г2С нанопорошком Ti(CN) підвищені характеристики міцності, пластичності і ударна в'язкість. Обґрунтовано вибір нанодисперсних порошків карбонітриду титану Ti(CN) фракції менше 100 нм в якості модифікаторів низьколегованих сталей. Отримані необхідні критерії вибору нанопорошкових модифікаторів: нерозчинність у розплаві, відповідність кристалічних решіток з матрицею сталі, співмірність з критичним радіусом зародка аустеніту при кристалізації. Встановлено механізм взаємодії сталевого розплаву з шаром нанодисперсної композиції.

Определен химический состав нанодисперсных композиций: SiC, TiC, TiN, Ti(CN), AlN, Mg₂Si, Mg₃N₂. Химический состав синтезированных соединений соответствовал стехиометрическому составу. Проведен анализ микродифракционных картин частиц, показана принадлежность нанопорошков к твердым кристаллическим телам с металлической связью. Установлено, что частицы карбонитрида титана Ti(CN) имеют гранецентрированную, а карбида кремния SiC  гексагональную кристаллические решетки. Проведены эксперименты по поверхностному модифицированию сталей нанопорошковыми композициями на основе Ti(CN) и SiC. Установлена эффективность применения нанодисперсных композиций при выплавке конструкционных сталей. В результате модифицирования стали 09Г2С нанопорошком Ti(CN) повышены прочностные, пластические свойства и ударная вязкость. Обоснован выбор нанодисперсных порошков карбонитрида титана Ti(CN) фракции менее 100 нм в качестве модификаторов низколегированных сталей. Получены необходимые критерии выбора нанопорошковых модификаторов: нерастворимость в расплаве, соответствие кристаллических решеток с матрицей стали, соразмерность с критическим радиусом зародыша аустенита при кристаллизации. Установлен механизм взаимодействия стального расплава со слоем нанодисперсной композиции.