CALCULATION OF THE FORMATION PROCESS OF TERMITIC ALLOY LAYER ON A STEEL SUBSTRATE DURING SHS PROCESS

  • Ihor Skidin Kryvyi Rih National University
  • Oksana Vodennikova Zaporozhe national university
  • Sergii Vodennikov Zaporozhe polytechnic national university
  • Levan Saithareiev Kryvyi Rih National University
  • Dmytro Baboshko Kryvyi Rih National University

Abstract

The most perspective directions of realization of process of self - propagating high -temperature synthesis (SHS) are considered. It is shown that in the SHS process specialattention is paid to the mechanism of structure formation and product formation in selfpropagatingthermite reactions. Іn order to obtain dense SHS material with high functionalcharacteristics, it is necessary to take into account the patterns of combustion of the reactionmixture, the formation of chemical and phase compositions of the final product and the mode ofcrystallization of the alloy. In the laboratory, the process of formation of thermite alloy layerbased on the Fe-Cr-C system on a steel substrate using self-propagating high-temperaturesynthesis is considered. It is shown that preheating of the charge components of the thermitemixture leads to an increase in the hotness of the product, reduces productivity and increasesthe cost of synthesis of the final SHS products, but does not reduce the likelihood ofnonstoichiometric compounds. Сalculations show that the concentration of chromium carbidepowders in the charge to form a layer of thermite alloy can’t be more than 13.5%. In the processof heating the termite mixture from 273 K to 873 K, 67.1% of additional iron and 24.5% ofchromium carbide are formed, which is introduced from the number of components of thetermite mixture. 2318.44 kJ of heat is used to heat the iron powder, and 3314.93 kJ of heat isused to heat the chromium powder per 1 kg of mixture. The optimal content of metal filler in thethermite mixture heated to 873 K is 40%. It is shown that the excess heat generated during aluminothermic reactions can be spent on melting an additional amount of iron powder.Metallographic studies of samples of the formed layer of thermite alloy from chromium-basedcharge showed the formation of small inclusions of corundum. These are the products of theexothermic reaction of iron oxide with aluminum, which create the effect of inoculatingmodification of thermite alloy and promote the formation of chromium carbides.

References

1. Мержанов А. Г., Мукасьян А. С. Твердопламенное горение. Москва: Торус Пресс. 2007. 336 с.
2. Коидзуми М. Химия синтеза сжиганием. Москва: Мир. 1998. 247 с.
3. Мержанов А. Г. Концепция развития СВС как области научно-технического прогресса. Черноголовка: Территория. 2003. 367 с.
4. Кузнецов М. В., Мороз Ю. Г. Огненные технологии или СВС. Химия и жизнь. 2004. № 1. С. 16-19.
5. Orru’ R., Simoncini B., Carta D., Cao G. On the mechanism of structure and product formation in self-propagating ther mite reactions. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 1997. Vol. 6. P. 15-27.
6. Orru’ R., Simoncini B., Virdis P.F., Cao G. Self-propagating thermite reactions: effect of alumina and silica in the starting mixture on the structure of the final products. Metallurgical Science & Technology. 1997. Vol. 15. No. 1. P. 31-38.
7. Orru’ R., Simoncini B., Virdis P.F., Cao G. Mechanism of structure formation in self-propagating thermite reactions: the case of alumina as diluent. Chemical Engineering Communication. 1998. Vol. 163. P. 23-36.
8. Евтушенко А.Т. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез инструментальной стали. Известия Томского политехнического института. 2008. Т. 313. № 3. С. 100-104.
9. Луцак Д. Л., Криль Я. А., Пилипченко О. В. Застосування самопоширюваного високотемпературного синтезу в технологіях нанесення зносостійких покриттів. Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. 2015. № 2. С. 43-50.
10. Ситников А. А., Яковлев В. И., Татаркин М. Е. Новые порошковые материалы из СВС-композитов для электродуговой наплавки износостойких покрытий. Инновации в машиностроении: Материалы 1-й международной научно-практической конференции. Бийск: Изд-во АлтГТУ, 2010. С. 191-193.
11. Середа Б. П., Чернета О. Г., Середа Д. Б. Математическое моделирование получения износостойких покрытий с использованием технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Перспективні технології та прилади. 2016. Вип. 8. С. 94-102.
12. Санин В. Н., Андреев Д. Е., Юхвид В. И. СВС-металлургия труб с износостойким защитным покрытием с использованием техногенных отходов металлургических производств. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2011. № 2. С. 37-43.
13. Юхвид В. И. Создание защитных покрытий методами СВС-металлургии. Наука производству. 1998. № 8. С. 52-56.
14. Середа Б. П., Белоконь Ю. А., Середа Д. Б., Кругляк И. В. Получение хромоалитированных покрытий на углеродистых материалах в условиях самораспространяющегося високо температурного синтеза. Строительство, материаловедение, машиностроение. Серия: Стародубовские чтения. 2015. Вып. 80. С. 296-301.
15. Белоконь Ю. A., Павленко Д. В., Пахолка С. Н. Получение интерметаллидных титановых сплавов для деталей компрессора газотурбинных двигателей на основе метода самораспространяющегося высокоскоростного синтеза. Вестник двигателестроения. 2016. № 1. С. 72-80.
16. Скідін І. Е., Саітгареєв Л. Н., Ткач В. В. Дослідження впливу металевого наповнювача термітної шихти на якісні показники сплаву, наплавленого методом СВС. Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2017. № 2. С. 66-70.
17. Скідін І. Е., Жбанова О. М. Дослідження показників змін температур при наплавленні методом СВС. Литво. Металургія-2017: Матеріали XIII Міжнарод. наук.-практ. конф. (23-25 травня 2017 р., м. Запоріжжя). Запоріжжя : АА Тандем, 2017. С. 217-219.
18. Жигуц Ю. Ю. Матеріали, синтезовані металотермією і СВС-процесами. Вісник Сумського державного університету. Серія Технічні науки. 2005. № 12(84). С. 164-171.
19. Жигуц Ю. Ю., Похмурський В. І., Скиба Ю. Ю., Легета Я. П. Матеріали, синтезовані металотермією і СВС-процесами. Науковий Вісник Ужгородського університету. Серія Фізика. 2014. Випуск 16. С. 93-103.
20. Гулієва Н. М. Технологічний процес виготовлення пористих проникних матеріалів. Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні та приладобудуванні. 2015. № 822. С. 78-85.
21. Кухтов В. Г., Лузан С. А, Сидоренко И. В. О возможностях применения СВС-процессов совместно с газотермическим напылением. Вісник ХНТУСГ. Механізація сільськогосподарського виробництва. 2006. Вип. 44. Т. 2. С. 42-46.
Published
2021-02-17
How to Cite
Skidin, I., Vodennikova, O., Vodennikov, S., Saithareiev, L., & Baboshko, D. (2021). CALCULATION OF THE FORMATION PROCESS OF TERMITIC ALLOY LAYER ON A STEEL SUBSTRATE DURING SHS PROCESS. Scientific Journal "Metallurgy", (1), 55-62. https://doi.org/10.26661/2071-3789-2020-1-08

Most read articles by the same author(s)