Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Формирование фазы TiN при гиперзвуковом напылении титановых сплавов

А. Н. Григорчик

Аннотация


Исследовано структурно-фазовое состояние газотермических покрытий, напыленных на подложку из стали 20 методом гиперзвуковой металлизации из титанового сплава ОТ4. Определены размеры распыляемых частиц, фазовый состав покрытий, их твердость и микротвердость по Виккерсу. Рассчитана объемная доля нитрида титана на поверхности частицы. Установлено, что в результате гиперзвуковой металлизации на подложке формируется покрытие с высокой микротвердостью (1200 – 1600 HV0,025 ), содержащее до 55 % (об.) TiN. Рассчитан коэффициент диффузии азота воздуха в жидкие титановые частицы; температура протекания реакции — » 3100 – 3200 К. Сделано заключение, что образование нитридной фазы на поверхности жидких капель титана происходит за счет его взаимодействия с ионами азота воздуха при температурах выше 3000 К.

Ключевые слова


гиперзвуковая металлизация; нитрид титана; горение в азоте; коэффициент диффузии; свободная энергия образования.

Полный текст:

PDF

Литература


Марьева Е. А. Электрохимическое модифицирование титана в водноорганических электролитах: Монография. Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2016. 151 с.

Шокодько А. В. Окислительное конструирование компактных керамик на основе нитридов V, Nb, Ta и Ti: дисс. ... канд. техн. наук. 05.17.11. М. 2018.

Мордвинцев В. М., Наумов В. В., Симакин С. Г. Влияние давления кислорода на процесс окисления поверхности нитрида титана в плазме // Микроэлектроника. 2019. Т. 48, № 6. С. 460 – 466.

Строкова Ю. И., Громов А. А., Пономарев М. Ю., Верещагин В. И. О нитридообразовании при горении порошковых смесей Ti – TiO2 и Ti – Al в воздухе в режиме СВС // Физика горения и взрыва. 2008. Т. 44, № 5. С. 131 – 135.

Ильин А. П., Роот Л. О. Высокотемпературное химическое связывание азота воздуха // Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321, № 3. С. 6 – 11.

Копыт Н. Х., Садлий Т. П., Калинчак В. В. и др. Влияние растворенных газов на энергетические характеристики титана // Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2010. № 1. С. 30 – 34.

Пантелеенко Ф. И., Белоцерковский М. А., Карпец М. Н., Сосновский А. В. Сравнительный анализ физико-механических свойств покрытий, нанесенных способами электродуговой и гиперзвуковой металлизации // Механика машин, механизмов и материалов. 2019. № 4(49). С. 48 – 54.

Белоцерковский М. А. Технологии активированного газопламенного напыления антифрикционных покрытий: Монография. Минск: УП “Технопринт”. 2004. 200 с.

Самсонов Г. В., Кулик О. П., Полищук В. С. Получение и методы анализа нитридов. Киев: Наукова думка. 1978. 320 с.

Расчет истечения газа из сопл: методические указания к расчетно-графической работе по курсу “Техническая термодинамика и теплотехника” / сост. В. И. Шаломов. Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО “КнАГТУ”, 2015. 19 с.

Долматов А. И., Сергеев С. В., Курин М. А. и др. Кинематика твердой частицы, разгоняемой потоком газа в сверхзвуковом сопле, и деформационное упрочнение обработанной поверхности // Металлофизические новейшие технологии. 2015. Т. 37, № 7. С. 871 – 885.

Зайт В. Диффузия в металлах. М.: Издательство иностранной литературы, 1958. 381 с.

Уикс К. Е., Блок Ф. Е. Термодинамические свойства 65 элементов, их окислов, галогенидов, карбидов и нитридов. М.: Металлургия, 1965. 241 с.

Овчинников В. В., Учеваткина Н. В., Гуреева М. А. Металловедение сварки титановых сплавов: Ученое пособие. М.: Инфра-Инженерия, 2020. 192 с.

--------------Влияние эксплуатационных факторов на усталостное разрушение стальных бурильных труб--------------

Фомин О. И. Усталостное разрушение бурильных труб, его прогнозирование и профилактика // Российские нефтегазовые технологии. Бурение. 2018. № 1. С. 16 – 29.

Кондратьев С. Ю., Швецов О. В. Технологические и эксплуатационные особенности бурильных труб из алюминиевых сплавов 2024 и 1953 // МиТОМ. 2018. № 1(751). С. 33 – 39. (Kondrat’ev S. Yu., Shvetsov O. V. Technological and operational features of drill pipes from aluminum alloys 2024 and 1953 // Met. Sci. Heat Treat. 2018. V. 60, Is. 1 – 2. P. 32 – 38.)

Кондратьев С. Ю., Швецов О. В. Эксплуатационные возможности бурильных труб из алюминиевых сплавов 1160 и 1953 // Заготовительные производства в машиностроении. 2017. Т. 15, № 5. С. 231 – 239.

Zamani S. M., Hassanzadeh-Tabrizi S. A., Sharifi H. Failure analysis of drill pipe: A review // Eng. Fail. Anal. 2016. V. 59. P. 605 – 623.

Moradi S., Ranjbar K. Experimental and computational failure analysis of drillstrings // Eng. Fail. Anal. 2009. V. 16, Is. 3. P. 923 – 933.

Bert D., Storaune A., Zheng N. Case study: Drillstring failure analysis and new deep-well guidelines lead to success // SPE Drilling and Completion. 2007. V. 24, Is. 4. SPE-110708-MS.

Hossain M. M., Rahman M. K., Rahman S. S., Akgun F. Fatigue life evaluation: a key to avoid drillpipe failure due to die-marks // IADC/SPE: Asia Pacific Drilling Conference. Jakarta, Indonesia. 1998. IADC/SPE 47789.

API RP 7G. Recommended Practice for Drill Stem Design and Operating Limits, 16 Ed., 1998. 204 p.

Xiao W. L., Chen H. B., Yin Y. Effects of surface roughness on the fatigue life of alloy steel // Key Engineering Materials. 2012. V. 525 – 526. P. 417 – 420.

Кондратьев С. Ю., Альхименко А. А., Харьков А. А. и др. Критерии ускоренной оценки склонности трубных сталей к коррозионному растрескиванию в условиях нефтедобычи // МиТОМ. 2021. № 10(796). С. 16 – 22. (Kondrat’ev S. Yu., Al’khimenko A. A., Khar’kov A. A. et al. Criteria for accelerated estimation of susceptibility of pipe steels to corrosion cracking under oilfield conditions // Met. Sci. Heat Treat. 2022. V. 63, Is. 9 – 10. P. 533 – 539.)

Shvetsov O. V., Kondrat’ev S. Y., Yakhimovich V. A., Kurakin M. K. Operational properties of drill pipes made of coated aluminum alloy 2024 // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 889. 012021.

Takase T., Setoguchi K., Wakahara T. Effect of surface roughness on fatigue strength of 0.25% C annealed steel and policarbonate // Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. A. 1998. V. 64, Is. 622. P. 1463 – 1467.

Morgantini M., MacKenzie D., Gorash Y., Van Rijswick R. The effect of corrosive environment on fatigue life and on mean stress sensitivity factor // MATEC Web of Conferences. 2018. V. 165. 03001.

Szala J., Szala G. A fatigue life calculation method for structural elements made of D16CzATW aluminium alloy // Polish Marit. Res. 2010. V. 17, Is. 3(65). P. 8 – 17.

Кондратьев С. Ю., Зотов О. Г., Швецов О. В. Структурная стабильность и изменение свойств алюминиевых сплавов Д16 и 1953 в процессе изготовления и эксплуатации бурильных труб // МиТОМ. 2013. № 10(700). С. 15 – 21. (Kondrat’ev S. Yu., Zotov O. G., Shvetsov O. V. Structural stability and variation of properties of aluminum alloys D16 and 1953 in production and operation of drill pipes // Met. Sci. Heat Treat. 2014. V. 55, Is. 9 – 10. P. 526 – 532.)

Zhiming Y., Dezhi Z., Shurui H. et al. The failure patterns and analysis process of drill pipes in oil and gas well: A case study of fracture S135 drill pipe // Eng. Fail. Anal. 2022. V. 138. 106171.

Han L., Liu M., Luo S., Lu T. J. Fatigue and corrosion fatigue of G105 and S135 high-strength drill pipe steels in air and H2S environment // Process Saf. Environ. Prot. 2019. V. 124. P. 63 – 74.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2023.2.29-33

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024