Studying the Structure and Properties of the Material of the Nodes a Honeycomb Structure after Diffusion Aluminizing

N. B. Pugacheva; L. M. Zamaraev; A. S. Igumnov

doi:10.17804/2410-9908.2016.4.071-088

N. B. Pugacheva, L. M. Zamaraev, A. S. Igumnov

STUDYING THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF THE MATERIAL OF THE NODES A HONEYCOMB STRUCTURE AFTER DIFFUSION ALUMINIZING

DOI: 10.17804/2410-9908.2016.4.071-088

The paper presents results of studying the structure and properties of the material of the interfaces of a honeycomb structure after diffusion aluminizing. The structure is tightly rolled straight and corrugated Cr15Al5 alloy tapes, 55 µm thick, with a 2 mm thick outer jacket made of steel 12Cr18Ni10Ti. It is shown that, after aluminizing, the content of aluminum increases regularly through the tape thickness. It preserves the ferrite structure, in which there appear ordering domains of the В2-phase. The values of the temperature linear expansion coefficient for aluminized Cr15Al5 alloy and 12Cr18Ni10Ti steel samples have been obtained. The distributions of stresses in the nodes of the honeycomb structure arising at heating up to 600 °С and 900 °С have been obtained by the results of calculation on triangular finite element meshes in the elastic region. The stresses arising at heating in the majority of the nodes are shown to be compressive, the maximal tensile stresses being small.

Keywords: honeycomb structure, corrugated tape, steel, alloy, aluminide, diffusion welding, stress, strain, elastic modulus, finite element method

References:

Naoto Y. An addition agent effect on the high-temperatures oxidation resistance of the foil, made of ferritic stainless steel, applied as a metallic catalyst support. Dzaire to Purosesu (Сurr. Adv. Mater. and Proc.), 1991, vol. 4, no. 6, pp. 1772–1775. (In Russian).
Mikio Y. Development of the heat-resistant steel foil, applied as a metallic support. Dzaire to Purosesu (Сurr. Adv. Mater. and Proc.), 1991, vol. 4, no. 6, pp. 1784–1787. (In Russian).
Kositsyn S.V., Korol'kov V.V., Tesla V.I., Vladimirov A.N., Pugacheva N.B. Increase in thermal stability o metallic monolith supports for catalysts by gas-phase calorizing. Kinetics and Catalysis, 1998, vol. 39, iss. 5, pp. 649–654.
Kornilov I.I. Zheleznye splavy. Splavy zhelezo-khrom-aluminiy [Iron Alloys. Iron-Chromium-Aluminum Alloys]. M.; L., Izd-vo AN SSSR Publ., 1945, 416 p. (In Russian).
Zhukov L.P., Plemyannikova I.M., Mironova M.N., Barkaya D.S., Shumkov U.V. Splavy dlya nagrevateley [Alloys for Heaters]. M., Metallurgiya Publ., 1985, 144 p. (In Russian).
Mrowiec S., Werber J. Sovremennye zharostoikie materialy: spravoch. izd. [Modern Heat Resistant Materials: reference book, transl., ed. S.B. Maslenkova]. M., Metallurgiya Publ., 1986, 360 p. (In Russian).
Pugacheva N.B., Ekzemplyarova E.O., Zadvorkin S.M. Effect of aluminium on the structure and physical properties of Fe-Cr-Al alloys. Russian Metallurgy (Metally), 2006, no. 1, pp. 61–68. DOI: 10.1134/S0036029506010113.
Oliver W.C., Phar G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journals of Materials Research, 1992, vol. 7, iss. 06, pp. 1564–1583. DOI: 10.1557/JMR.1992.1564.
Golovin Yu.I., Ivolgin V.I., Korenkov V.V. Determination of a complex of mechanical properties of nanomaterials by nanoindentation. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy, 2001, vol. 3, no. 2, pp. 122–135. (In Russian).
Bulychev S.I., Alekhin V.P. Determination of yield strength from the actual contact area of a spherical indenter in nano-, micro- and macroindentation. Deformatsiya i razrushenie materialov, 2007, no. 1, pp. 30–37. (In Russian).
Guzanov B.N., Kositsyn S.V., Pugacheva N.B. Uprochnyayushchie zashchitnye pokrytiya v mashinostroenii [Strengthening Protective Coatings in Mechanical Engineering]. Ekaterinburg, UrO RAN Publ., 2004, 244 p. (In Russian).
Kolachev B.A., Ilyin A.A. Drozdov P.D. Composition, structure and mechanical properties of binary intermetallics. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya metallurgiya, 1997, no. 6, pp. 41–52. (In Russian).
Pugacheva N.B. The structure and properties of alloys and coatings with an ordered β- phase following heat treatment. Metal Science and Heat Treatment, 2007, iss. 5, pp. 240–247. DOI: 10.1007/s11041-007-0043-4.
Smirnov S.V., Pugacheva N.B., Tropotov A.V., Soloshenko A.N. Resistance to deformation of structural constituents of a high-alloy brass. Physics of Metals and Metallography, 2001, vol. 91, no. 2, pp. 210–215.
Smirnov S.V., Pugacheva N.B., Soloshenko A.N., Tropotov A.V. Plastic deformation of a high-alloy brass. Physics of Metals and Metallography, 2002, vol. 93, no. 6, pp. 584–593.
Smirnov S.V., Pugacheva N.B., Myasnikova M.V., Matafonov P.P., Polkovnikov T.V. Micromechanics of fracture and deformation of brass. Fizicheskaya mezomekhanika, 2004, no. 7, part 1, pp. 165–168. (In Russian).
Kolmogorov V.L. Mekhanika obrabotki metallov davleniem [Mechanics of Metal Forming]. M, Metallurgiya Publ., 688 p. (In Russian).
Klyuch staley. Izgotovlenie i postavka: spravochnik [Key to Steels. Production and Delivery: reference book, trans. Germ.]. M., Intermet Inzhiniring Publ., 2001, 734 p. (In Russian).
Stali i splavy. Marochnik: sprav. izd. [Steels and Alloys. Grade Guide, eds. V.G. Sorokin, M.A. Gervasiev]. M., Intermet Inzhiniring Publ., 2003, 608 p. (in Russian).

Н. Б. Пугачева, Л. М. Замараев, А. С. Игумнов

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА УЗЛОВ СОТОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ПОСЛЕ ДИФФУЗИОННОГО АЛИТИРОВАНИЯ

В работе представлены результаты исследований структуры и свойств материала узлов сопряжения сотовой конструкции после диффузионного алитирования. Конструкция представляет собой плотно свернутые прямую и гофрированную ленты из сплава Х15Ю5 толщиной 55 мкм с наружным кожухом из стали 12Х18Н10Т толщиной 2 мм. Показано, что после алитирования содержание алюминия увеличивается равномерно по всей толщине ленты. При этом в ней сохраняется ферритная структура, в которой появляются домены упорядочения В2-фазы. Получены значения коэффициента температурного линейного расширения для образцов сплава Х15Ю5 и стали 12Х18Н10Т после алитирования. По результатам расчета на сетках треугольных конечных элементов в упругой области получены распределения напряжений в узлах сотовой конструкции, возникающих при нагревах до 600 и 900 °С. Показано, что возникающие при нагреве напряжения в большинстве узлов являются сжимающими, а максимальные растягивающие напряжения малы.

Ключевые слова: Сотовая конструкция, гофрированная лента, фехраль, сталь, диффузионная сварка, напряжения, модуль упругости, метод конечных элэлементов

Библиография:

Наото Й. Влияние легирующих элементов на стойкость к окислению при высоких температурах фольги из ферритной нержавеющей стали, применяющейся в качестве носителя металлических катализаторов // Дзайре то Пуросэсу (Сurr. Adv. Mater. and Proc.). – 1991. – Vol. 4, no. 6. – С. 1772–1775.
Микио Й. Разработка фольги из термостойкой стали, выполняющую функцию металлического носителя // Дзайре то Поросэсу (Сurr. Adv. Mater. and Proc.). – 1991. – Vol. 4, no. 6. – С. 1784–1787.
Increase in thermal stability of metallic monolith supports for catalysts by gas-phase calorizing / S. V. Kositsyn, V. V. Korol'kov, V. I. Tesla, A. N. Vladimirov, N. B. Pugacheva // Kinetics and Catalysis. – 1998. – Vol. 39, iss. 5. – P. 649–654.
Корнилов И. И. Железные сплавы. Сплавы железо-хром-алюминий: в 2 т. – М.; Л. : Изд-во АН СССР, 1945. – 416 с.
Сплавы для нагревателей / Л. П. Жуков, И. М. Племянникова, М. Н. Миронова, Д. С. Баркая, Ю. В. Шумков. – М. : Металлургия, 1985. – 144 с.
Современные жаростойкие материалы: справ. изд. / под ред. С. Мровец, И. Вербера; пер. с польского под ред. С. Б. Масленкова. – М. : Металлургия, 1986. – 360 с.
Pugacheva N. B., Ekzemplyarova E. O., Zadvorkin S. M. Effect of aluminium on the structure and physical properties of Fe-Cr-Al alloys // Russian Metallurgy (Metally). – 2006. – No. 1. – P. 61–68. – DOI: 10.1134/S0036029506010113.
Oliver W. C., Phar G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // Journals of Materials Research. – 1992. – Vol. 7, iss. 06. – P. 1564–1583. – DOI: 10.1557/JMR.1992.1564.
Головин Ю. Г. Определение комплекса механических свойств материалов в нанообъемах методами наноиндентирования / Ю. И. Головин, В. И. Иволгин, В. В. Коренков, Р. И. Рябко // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2001. – Т. 3, № 2. – С. 122–135.
Булычев С. И., Алехин В. П. Определение предела текучести по фактической площади контакта сферического индентора при нано-, микро- и макроиндентировании // Деформация и разрушение материалов. – 2007. – № 1. – С. 30–37.
Гузанов Б. Н., Косицын С. В., Пугачева Н. Б. Упрочняющие защитные покрытий в машиностроении. – Екатеринбург : Изд-во УрО РАН, 2003. – 244 с.
Колачев Б. А., Ильин А. А., Дроздов П. Д. Состав, структура и механические свойства двойных интерметаллидов // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. – 1997. – № 6. – С. 41–52.
Pugacheva N. B. The structure and properties of alloys and coatings with an ordered β- phase following heat treatment // Metal Science and Heat Treatment. – 2007. – Iss. 5. – P. 240–247. – DOI: 10.1007/s11041-007-0043-4.
Resistance to deformation of structural constituents of a high-alloy brass / S. V. Smirnov, N. B. Pugacheva, A. V. Tropotov, A. N. Soloshenko // Physics of Metals and Metallography. – 2001. – Vol. 91, no. 2. – P. 210–215.
Plastic deformation of a high-alloy brass / S. V. Smirnov, N. B. Pugacheva, A. N. Soloshenko, A. V. Tropotov // Physics of Metals and Metallography. – 2002. – Vol. 93, no. 6. – P. 584–593.
Микромеханика разрушения и деформации латуни / С. В. Смирнов, Н. Б. Пугачева, М. В. Мясникова, П. П. Матафонов, Т. В. Полковников // Физическая мезомеханика. – 2004. – № 7, ч. 1. – С. 165–168.
Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. – М. : Металлургия, 1986. – 689 с.
Ключ сталей. Изготовление и поставка: справочник / пер с нем. – М. : Интермет Инжиниринг, 2001. – 734 с.
Стали и сплавы. Марочник : справ. изд. / науч. ред. В. Г. Сорокина, М. А. Гервасьева. – М. : Интермет Инжиниринг, 2003. – 608 с.

Библиографическая ссылка на статью

Pugacheva N. B., Zamaraev L. M., Igumnov A. S. Studying the Structure and Properties of the Material of the Nodes a Honeycomb Structure after Diffusion Aluminizing // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2016. - Iss. 4. - P. 71-88. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2016.4.071-088. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2016-4/2016-4_90.html
(accessed: 21.12.2024).