ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА ШВА

摘要

Одной из главных проблем металлоконструкций является их склонность к хрупким разрушениям, возникающим внезапно, без заметных предшествующих деформаций. Такое разрушение обусловлено действием напряжений и рядом факторов, стесняющих развитие пластических деформаций металла: динамический характер нагружения, отрицательная температура, концентраторы напряжений, разнозерни-стость сварного соединения (шов, околошовная зона, свариваемый металл), остаточные сварочные напряжения и др. Анализ хрупких разрушений металлоконструкций показал, что очаги разрушения в большинстве случаев находятся в металле шва, структура которого формируется в процессе кристаллизации сварочной ванны. Такая структура, по сравнению со свариваемым мелкозернистым прокатом, менее пластична и состоит из малопластичных дендритов, росших на базе зерен, оплавленных по линии сплавления. Возникающие в процессе кристаллизации дефекты сплошности (поры, неметаллические включения) служат концентратами напряжений и усугубляют охрупчивание металла шва. Наиболее эффективным способом повышения пластичности сварных соединений является формирование мелкозернистой структуры металла шва. Известно много способов получения указанной структуры шва в процессе кристаллизации сварочной ванны, но наиболее результативный из них - процесс модифицирования путем введения в сварочную ванну готовых центров кристаллизации - частиц тугоплавких элементов или химических соединений-инокуляторов. Перспективным направлением в измельчении микроструктуры металла шва является использование в качестве инокулято-ров - новой аллотропной модификации углерода - углеродных нанотрубок. Уникальные их свойства, такие как высокая удельная поверхность, механическая прочность, тугоплавкость, наличие условной физической поверхности раздела фуллерен-расплав, позволяют предположить большую перспективу их применения для управления формированием кристаллической структуры металла. В настоящей работе показано, что углеродные нанотрубки по эффективности воздействия на формирование мелкозернистой структуры металла шва, несмотря на ничтожную их массовую концентрацию, не уступают известным модификаторам ТiO_2, Аl-2O_3, ТiC.