Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики

Рассмотрено влияние способа выплавки титановых сплавов методом вакуумно-дугового переплава (ВДП) или методом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью (ЭЛП) на служебные свойства металла и его свариваемость на примере среднелегированного титанового сплава ВТ6. Показано, что разница в прочно...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2007
Main Authors:	Ахонин, С.В., Топольский, В.Ф., Петриченко, И.К., Вржижевский, Э.Л., Мищенко, Р.Н.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2007
Series:	Автоматическая сварка
Subjects:	Научно-технический раздел
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101417
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики / С.В. Ахонин, В.Ф. Топольский, И.К. Петриченко, Э.Л. Вржижевский, Р.Н. Мищенко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 8 (652). — С. 16-22. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-101417
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1014172016-06-04T03:01:58Z Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики Ахонин, С.В. Топольский, В.Ф. Петриченко, И.К. Вржижевский, Э.Л. Мищенко, Р.Н. Научно-технический раздел Рассмотрено влияние способа выплавки титановых сплавов методом вакуумно-дугового переплава (ВДП) или методом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью (ЭЛП) на служебные свойства металла и его свариваемость на примере среднелегированного титанового сплава ВТ6. Показано, что разница в прочностных и пластических характеристиках не существенна. Установлено, что независимо от способа выплавки, вязкость разрушения К1C основного металла находится на одном уровне, а вязкость разрушения металла швов, выполненных ЭЛС, в обоих случаях выше, чем в основном металле. Показано, что характеристика циклической трещиностойкости как основного металла титанового сплава ВТ6, полученного разными методами плавления, так и их сварных соединений находится на одном уровне. The influence of the method of titanium alloy production by the process of vacuum-arc remelting or electron beam cold hearth melting on the metal performance and its weldability is considered in the case of medium-alloyed titanium alloy VT6. It is shown that the difference in the strength and ductility properties is negligible. It is established that irrespective of the production process, the fracture toughness KIc of the base metal is on the same level, and fracture toughness of the metal of EB welds is higher than that of the base metal in both cases. The characteristic of cyclic crack resistance of both the base metal of VT6 titanium alloy produced by different melting processes and of its welded joints is shown to be on the same level. 2007 Article Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики / С.В. Ахонин, В.Ф. Топольский, И.К. Петриченко, Э.Л. Вржижевский, Р.Н. Мищенко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 8 (652). — С. 16-22. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101417 621.791:669.295 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Ахонин, С.В. Топольский, В.Ф. Петриченко, И.К. Вржижевский, Э.Л. Мищенко, Р.Н. Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики Автоматическая сварка
description	Рассмотрено влияние способа выплавки титановых сплавов методом вакуумно-дугового переплава (ВДП) или методом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью (ЭЛП) на служебные свойства металла и его свариваемость на примере среднелегированного титанового сплава ВТ6. Показано, что разница в прочностных и пластических характеристиках не существенна. Установлено, что независимо от способа выплавки, вязкость разрушения К1C основного металла находится на одном уровне, а вязкость разрушения металла швов, выполненных ЭЛС, в обоих случаях выше, чем в основном металле. Показано, что характеристика циклической трещиностойкости как основного металла титанового сплава ВТ6, полученного разными методами плавления, так и их сварных соединений находится на одном уровне.
format	Article
author	Ахонин, С.В. Топольский, В.Ф. Петриченко, И.К. Вржижевский, Э.Л. Мищенко, Р.Н.
author_facet	Ахонин, С.В. Топольский, В.Ф. Петриченко, И.К. Вржижевский, Э.Л. Мищенко, Р.Н.
author_sort	Ахонин, С.В.
title	Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики
title_short	Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики
title_full	Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики
title_fullStr	Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики
title_full_unstemmed	Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики
title_sort	влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101417
citation_txt	Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики / С.В. Ахонин, В.Ф. Топольский, И.К. Петриченко, Э.Л. Вржижевский, Р.Н. Мищенко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 8 (652). — С. 16-22. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT ahoninsv vliâniesposobavyplavkititanovyhsplavovnaihsvarivaemostʹislužebnyeharakteristiki AT topolʹskijvf vliâniesposobavyplavkititanovyhsplavovnaihsvarivaemostʹislužebnyeharakteristiki AT petričenkoik vliâniesposobavyplavkititanovyhsplavovnaihsvarivaemostʹislužebnyeharakteristiki AT vržiževskijél vliâniesposobavyplavkititanovyhsplavovnaihsvarivaemostʹislužebnyeharakteristiki AT miŝenkorn vliâniesposobavyplavkititanovyhsplavovnaihsvarivaemostʹislužebnyeharakteristiki
first_indexed	2025-07-07T10:54:02Z
last_indexed	2025-07-07T10:54:02Z
_version_	1836985240603590656
fulltext	УДК 621.791:669.295 ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ВЫПЛАВКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ НА ИХ СВАРИВАЕМОСТЬ И СЛУЖЕБНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ С. В. АХОНИН, д-р техн. наук, В. Ф. ТОПОЛЬСКИЙ, канд. техн. наук, И. К. ПЕТРИЧЕНКО, Э. Л. ВРЖИЖЕВСКИЙ, Р. Н. МИЩЕНКО, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Рассмотрено влияние способа выплавки титановых сплавов по технологии вакуумно-дугового переплава (ВДП) или электронно-лучевой плавки (ЭЛП) с промежуточной емкостью на служебные свойства металла и его сварива- емость на примере среднелегированного титанового сплава ВТ6. Показано, что разница в прочностных и пластических характеристиках не существенна. Установлено, что независимо от способа выплавки, вязкость разрушения К1с основного металла находится на одном уровне, а вязкость разрушения металла швов, выполненных ЭЛС, в обоих случаях выше, чем в основном металле. Показано, что характеристика циклической трещиностойкости как основного металла титанового сплава ВТ6, полученного разными методами плавления, так и их сварных соединений находится на одном уровне. К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, титановые сплавы, вакуумно-дуговой переплав, электронно-лучевая плавка, сва- риваемость, режимы сварки, структура, механические свойства, трещиностойкость Традиционным способом производства слитков титановых сплавов, в том числе и ВТ6, является вакуумно-дуговой переплав (ВДП) [1, 2]. В пос- ледние годы широкое распространение при вып- лавке слитков и слябов нелегированного титана и титановых сплавов получила технология элек- тронно-лучевой плавки (ЭЛП) с промежуточной емкостью [3, 4]. За последние десять лет в США и странах СНГ введены в эксплуатацию новые электронно-лучевые установки общей мощностью 26 тыс. т слитков титана в год [5]. Определение влияния способа выплавки ме- талла (ВДП или ЭЛП) на служебные свойства и свариваемость титановых сплавов проводили на примере среднелегированного титанового сплава ВТ6, относящегося к сплавам с системой леги- рования Ti–6Al–4V, чья доля на мировом рынке составляет более 70 % [1, 2]. Цель настоящей работы состояла в установ- лении влияния способа выплавки слитков тита- новых сплавов на их свариваемость, формиро- вание швов, структуру, механические и служеб- ные характеристики сварных соединений, выпол- ненных сваркой плавлением. Для проведения исследований из выплавленных на ГП «НПЦ «Титан» ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины» по технологии ЭЛП слитков титанового сплава ВТ6 способом горячей прокатки на двух- валковом реверсивном стане получили листы тол- щиной 3, 5 и 12 мм. Используемый для исследо- ваний металл, выплавленный способом ВДП, брали в виде готовых листов ВТ6 толщиной 12 мм, ко- торые затем катали до толщины 3 и 5 мм. При этом для получения мелкозернистой однородной структуры 60 % деформации осуществляли в β-об- ласти (при температуре выше 980 °С), а оставшиеся 40 % — в (α + β)-области (950…860 °С). Анализ химического состава используемого проката показал (табл. 1), что содержание леги- рующих элементов в металле обоих способов вып- лавки является близким. Сварку опытных образцов выполняли наи- более широко применяемыми для титана спосо- бами аргонодуговой (АДС) и электронно-лучевой сварки (ЭЛС). © С. В. Ахонин, В. Ф. Топольский, И. К. Петриченко, Э. Л. Вржижевский, Р. Н. Мищенко, 2007 Т а б л и ц а 1. Химический состав титанового сплава ВТ6 разных способов выплавки (основа — титан) Способ выплав- ки Содержание легирующих элементов и примесей, мас. % Al V Fe C O N H ВДП 5,5 4,00 0,25 0,100 0,096 0,05 0,015 ЭЛП 5,8 3,95 0,26 0,015 0,130 0,02 0,003 Рис. 1. Схема сварки образцов способами АДС, АДС по флюсу и ЭЛС 16 8/2007 АДС проводили неплавящимся вольфрамовым электродом в аргоне по слою флюса, а также про- никающей дугой с использованием установки ОБ- 2146 со сварочной горелкой А-1272 и источником питания ВСВУ-630. При сварке по слою флюса применяли флюс АНТ-25А и опытный флюс ОБ-3, в качестве сварочной проволоки — ВТ6св диа- метром 1,2 и СП15 диаметром 2 мм. ЭЛС выполняли в установке УЛ-144, оснащен- ной источником питания ЭЛА-60/60, сварочной пушкой ЦФ-4 и прибором управления лучом СУ-220. Для выявления внутренних дефектов приме- няли рентгенопросвечивание сварных образцов на установке РАПС/300-70 с использованием пленки Т-4, что позволило обнаружить дефекты, размеры которых составляли не менее 2…3 % толщины металла. Для обнаружения дефектов, размеры ко- торых не разрешались рентгеновским методом, проводили металлографический анализ попереч- ных и продольных шлифов на микроскопе «Ne- ophot». Шлифы подготавливали по обычной для титановых сплавов методике [6]. При всех способах сварку образцов осущест- вляли по схеме, приведенной на рис. 1, оптималь- ный режим, обеспечивающий отсутствие дефек- тов в сварном соединении, удовлетворительное формирование лицевой стороны шва и корня (табл. 2) подбирали на сплаве, полученном ВДП такой же толщины. Для снятия остаточных нап- ряжений после сварки все сварные соединения подвергали отжигу при температуре 750 °С 1 ч и охлаждению на воздухе. Анализ параметров сварных соединений (табл. 2) показал явную тенденцию к увеличению сварочного тока при сварке сплавов, выплавлен- ных способом ЭЛП независимо от способа сварки. Следовательно, для достижения оптимальных па- раметров сварных соединений, полученных на сплавах, выплавленных способом ВДП, необхо- димо на сплавах, выплавленных способом ЭЛП, увеличивать сварочный ток при сварке всеми пе- речисленными способами на 10…12 %, что, воз- можно, обусловлено более высокой плотностью металла, выплавленного способом ЭЛП, по срав- нению с металлом, полученным ВДП [7]. Изготовленные пластины и их сварные сое- динения для оценки качества подвергали стати- ческому растяжению и ударному изгибу. Опре- деляли вязкость разрушения K1с и скорость роста трещины усталости (СРТУ). Использование специальных галогенидных флюсов (АНТ-25А, ОБ-3) позволяет осуществлять сварку титановых листов толщиной до 6 мм за один проход. Применение флюса ОБ-3 позволяет на 25 А уменьшить сварочный ток по сравнению с использованием флюса АНТ-25А. Подача при- садочной проволоки при сварке металла толщи- ной 5 мм в первый проход обусловлена необхо- димостью исключения подрезов. При сварке ме- талла больших толщин применяют способ сварки с разделкой кромок. В этом случае доля приса- Т а б л и ц а 2. Параметры стыковых сварных соединений сплава ВТ6, выполненных различными способами сварки Способ сварки Толщина металла, мм Способ выплавки Параметры режима сварки Параметры сварного соединения Iсв, А U, В vсв,м/ч ширина шва свер- ху, мм ширина шва в кор- не, мм высота кор- ня шва, мм ширина ЗТВ, мм сверху в корне АДС 3 ВДП 180 12 12 10,5 3,0 0,25 4,2 7,8 ЭЛП 180 12 12 11,0 2,5 0,20 4,4 8,1 5 ВДП 385 14 30 7,5 4,0 0,30 2,0 3,2 ЭЛП 385 14 30 8,5 3,0 0,25 1,5 4,0 АДС по слою флюса 3 ВДП 135 9 12 5,5 5,5 0,30 3,3 3,0 ЭЛП 135 9 12 5,8 5,2 0,20 3,2 3,4 5 ВДП 250 11 12 8,5 8,0 0,50 4,0 5,0 ЭЛП 250 11 12 9,0 6,0 0,40 3,5 4,5 ЭЛС 5 ВДП Iлуч = = 38 мА Uуск = = 60 кВ 25 5,2 2,1 0,16 2,1 3,1 ЭЛП 25 6,0 1,3 0,100 1,4 3,8 12 ВДП Iлуч = = 75 мА Uуск = = 60 кВ 25 3,8 3,5 2,00 1,5 1,0 ЭЛП 25 4,0 2,9 1,60 1,5 1,0 АДС с разделкой кромок проволо- кой ВТ6св 12 ВДП 110; 180; 230 15; 9; 9 15 11 4 1,40 4,0 4,0ЭЛП АДС кромок про- волокой CG15cd 12 ВДП 110; 180; 230 15; 9; 9 20 10 4 1,30 4,0 4,0ЭЛП 8/2007 17 дочного металла составляет приблизительно 70…80 % объема металла шва. Для получения сварного соединения, близкого по прочности основному металлу (ОМ), необходимо применять более легированную присадочную проволоку. Та- кие свойства при сварке с разделкой кромок обес- печивает сварочная проволока СП15св, разрабо- танная ранее в ИЭС им. Е. О. Патона. Для срав- нения сварку с разделкой кромок проводили с использованием присадочной проволоки ВТ6св (табл. 3). Исследования микроструктуры сварных соеди- нений сплава ВТ6 толщиной 5 мм, выполненных АДС по слою флюса (проникающей дугой) на ме- талле ЭЛП, показали (рис. 2, а–в), что ОМ имеет преимущественно глобулярную структуру, хотя наблюдаются и участки с пластинчатой структурой, а металл шва и околошовного участка ЗТВ харак- теризуется наличием грубоигольчатой мартенсит- ной α′-фазы. Соответствующие зоны сварного соединения сплава ВТ6, полученного способом ВДП, имеют аналогичные структуры (рис. 2, г, д). ОМ, полученный по способу ЭЛП, после про- катки до толщины 5 мм имеет меньшую степень глобуляризации α-фазы в структуре, чем металл, выплавленный ВДП. Отмеченные особенности связаны с некоторыми отличиями в режимах про- катки сплавов, выплавленных различными спо- собами. Однако структуры металла шва и ЗТВ идентичны и сходны со структурой соответству- ющих участков сварного соединения, выполнен- ного АДС на металле толщиной 3 и 12 мм, хотя структуры ОМ отличаются (металл, выплавлен- ный ВДП, имеет глобулярно-пластинчатую, а ЭЛП — глобулярную структуру). Применение флюса при сварке (АДС по флю- су) не внесло существенных изменений в струк- туру сварного соединения. Механические свойства ОМ и сварных соеди- нений, полученных способами АДС по слою флю- са, АДС с разделкой кромок и ЭЛС после отжига при температуре 750 °С для снятия остаточных напряжений, приведены в табл. 3. Анализ полу- ченных результатов показывает, что сварные со- единения, выполненные сквозным проплавлением с одновременной подачей присадочной проволоки СП15св, а также с разделкой кромок этой про- волокой, имеют прочность и пластичность прак- тически на уровне ОМ. Эти же соединения, вы- полненные с присадочной проволокой ВТ6св, имеют показатели несколько ниже как по проч- ности, так и по пластичности. Что касается ЭЛС, то независимо от способа выплавки сплава проч- ность сварных соединений находится на уровне ОМ, ударная вязкость металла шва и ЗТВ сос- тавляют около 80…85 % ударной вязкости ОМ, что соответствует технологическим рекомендаци- ям, а также требованиям отечественных и зару- бежных стандартов к сварным соединениям спла- ва ВТ6 или его аналога Grade 5. Разница прочностных характеристик сварных соединений, выполненных на металле, получен- ных способами ВДП и ЭЛП, несущественна, а ударная вязкость металла шва и ЗТВ зависит не столько от способа выплавки свариваемого ме- Т а б л и ц а 3. Механические характеристики сплава ВТ6 и его сварных соединений Способ сварки и марка сварочной проволоки Толщина металла, мм Способ выплавки Основной металл Сварное соединение Место разрушения σв, МПа KCV, Дж/см2 σв, МПа KCV, Дж/см2 шов ЗТВ АДС по слою флюса 5 ВДП 970 42 950 30 32 Шов ЭЛП 980 36 970 27 30 » » АДС по слою флюса сварочной проволо- кой: ВТ6св 5 ВДП 970 42 955 32 38 » » СП15св 5 968 32 38 ЗТВ ВТ6св 5 ЭЛП 980 36 975 27 38 Шов СП15св 5 980 32 38 ЗТВ АДС с разделкой кромок: ВТ6св 12 ВДП 950 40 940 30 34 Шов СП15св 12 952 33 34 ЗТВ ВТ6св 12 ЭЛП 1000 35 950 27 32 Шов СП15св 12 998 30 32 ЗТВ ЭЛС 12 ВДП 960 45 960 40 37 ОМ ЭЛП 1010 37 1020 30 28 » » Пр и м е ч а н и е . Приведены средние значения по результатам испытаний пяти образцов. 18 8/2007 талла, сколько от способа сварки. Ударная вяз- кость в металле ЗТВ после АДС выше, чем в шве, в то время как при ЭЛС наблюдается об- ратная тенденция. К числу наиболее важных характеристик, оп- ределяющих работоспособность сварных соеди- нений из высокопрочных титановых сплавов, от- носятся также характеристики вязкости разруше- ния K1с и СРТУ. Вязкость разрушения на воздухе K1с определяет сопротивляемость материала раз- рушению при статическом или усталостном наг- ружении при наличии в нем трещин. Оценку ве- личины K1с ОМ и металла сварных соединений титановых сплавов, выплавленных ВДП и ЭЛП, осуществляли в соответствии с нормативным до- кументом ASTM1 Е 399-90. Испытания сварных соединений титанового сплава ВТ6, проведенные согласно указанной вы- ше методики, позволили определить вязкость раз- рушения К1с для металла, выплавленного ЭЛП и ВДП, толщиной 12 мм (табл. 4). Анализ полу- Рис. 2. Микроструктура ( 200) металла сварного соединения сплава ВТ6, полученного ЭЛП (а–в) и ВДП (г–е), толщиной 5 мм, выполненного АДС проникающей дугой: а, г — ОМ; б, д — шов; в, е — металл ЗТВ Т а б л и ц а 4. Показатели вязкости разрушения ОМ и сварных соединений, выполненных ЭЛС № образца Способ выплавки сплава (участок соединения) К1с, МПа√м 1 ЭЛП (ОМ) 65,9 2 54,0 3 62,6 4 ЭЛП (металл ЗТВ при ЭЛС) 73,9 5 69,4 6 74,2 7 ВДП (ОМ) 62,2 8 61,9 9 54,4 10 66,8 11 ВДП (металл ЗТВ при ЭЛС) 78,3 12 77,9 13 79,3 8/2007 19 ченных результатов показал, что титановые спла- вы, выплавленные методом ВДП и ЭЛП, как и их сварные соединения, очень близки по пока- зателю вязкости разрушения (K1с ОМ соответс- твенно 61,3 и 60,8 МПа√м, а K1с сварного сое- динения — 78,5 и 72,5 МПа√м). Важно отметить, что вязкость разрушения ме- талла сварных соединений выше, чем у ОМ. По мнению авторов работы [8], последнее связано с различной структурой ОМ (преобладает глобуляр- ная) и сварного соединения (пластинчатая круп- нозернистая структура). В пластинчатой структу- ре наблюдаются более резкие изменения направ- ления движения трещин, чем в глобулярной, а иногда и их ветвление с образованием вторичных трещин. Происходящее в результате этих процес- сов увеличение общей длины трещины требует большей энергии и включает большие объемы ме- талла в работу пластической деформации. После испытаний исследовали изломы разру- шенных образцов. На рис. 3, а представлен общий вид поверхности излома ОМ. В его верхней части, где от надреза развивалась усталостная трещина, наблюдаются три ступени ее скачкообразного рос- та, механизмом разрушения является квазискол с элементами вязкого разрушения (рис. 3, б). Пе- реход от зоны распространения усталостной тре- щины к зоне распространения трещины при ста- тическом нагружении образца представлен на рис. 4, в. В этой части образца преобладает вязкий характер разрушения с участками расслоения, ко- торые, по-видимому, возникают при распростра- нении трещины вдоль устойчивых полос сколь- жения. Если в начальной зоне распространения магистральной трещины от статической нагрузки на фоне ямочного излома встречаются единичные фасетки квазискола, то по мере ее дальнейшего продвижения элементы квазихрупкого разруше- ния исчезают, и строение излома становится ис- ключительно ямочным (рис. 3, г). Поверхность излома образца ОМ сплава ВТ6, выплавленного способом ВДП, имеет аналогич- ное строение. Несмотря на различие структуры мелкозернис- того ОМ и крупнозернистого металла шва, мик- роструктура изломов образцов сварных соедине- ний, выполненных ЭЛС, сходна со структурой аналогичных участков изломов образцов ОМ. На участке развития усталостной трещины преобла- дающим механизмом разрушения является ква- зискол, а переход к распространению трещины от статической нагрузки сопровождается увели- чением количества вязких элементов в строении излома. Таким образом, проанализировав результаты сравнительных испытаний вязкости разрушения ОМ — сплава ВТ6, выплавленного способами ВДП и ЭЛП, и его сварных соединений, выпол- ненных ЭЛС, можно сделать вывод, что для из- Рис. 3. Вид излома (а, 10) и фрактографическая картина поверхности образца титанового сплава, полученного способом ЭЛП (пояснения б–г см. в тексте) 20 8/2007 ломов образцов ОМ и металла швов основным механизмом разрушения в зоне развития усталос- тной трещины является квазискол. При дальней- шем продвижении трещины под действием ста- тической нагрузки в изломах образцов ОМ наб- людается переход к вязкому разрушению, а в из- ломах образцов металла швов — преимуществен- но к межзеренному вязкому разрушению. Усталостные испытания на циклическую тре- щиностойкость [8, 9] образцов ОМ сплава ВТ6, выплавленного способами ВДП и ЭЛП, и металла швов, выполненных ЭЛС, проводили в соответ- ствии с требованиями стандарта ASTM-E647-93. Испытывали плоские образцы сечением 60 4 мм с центрально расположенным трещиноподобным дефектом. В сварных образцах определяли зако- номерности роста усталостных трещин при их раз- витии в металле швов. Центрально расположенный трещиноподоб- ный дефект выполняли в виде кругового отвер- стия радиусом 1,5 мм и механических надрезов, равных 1,5 мм. Затем при циклической нагрузке с размахом напряжений, меньшим размаха нап- ряжений при испытании, выращивали трещины в обе стороны надрезов до достижения одной из них длины 1 мм. Полученный центрально рас- положенный дефект принимали за усталостную трещину для дальнейшего исследования кинетики усталостного разрушения образцов. Скорость роста усталостной трещины опреде- ляли как отношение приращений длины трещины к соответствующему приращению количества циклов перемен напряжений, а размах коэффи- циента интенсивности напряжений вычисляли для среднего значения длины трещины. В результате обработки экспериментальных данных построили кинетические диаграммы усталостного разруше- ния как для ОМ, выплавленного ВДП и ЭЛП, так и для их сварных соединений, выполненных ЭЛС (рис. 4). На полученных кинетических ди- аграммах усталостного разрушения эксперимен- тальные данные охватывают диапазон изменения скорости от 0,5⋅10–8 до 10–5 м/цикл и соответству- ющий этим скоростям диапазон изменения размаха коэффицие- нта интенсивности напряжений от 15 до 75 МПа√м, что соответствует линейному (пэ- рисовскому) участку кинетических диаграмм ус- талостного разрушения. Фрактографические исследования изломов разрушившихся образцов после усталостных ис- пытаний показали, что в зоне медленного разви- тия трещины как в ОМ, так и в металле швов превалирующим является квазихрупкое разруше- ние. При переходе в зону ускоренного развития трещины характер разрушения ОМ и сварных швов становится смешанным. Наряду с элемен- тами квазихрупкого разрушения появляются эле- менты вязкого разрушения, в частности, в швах наблюдаются преимущественно элементы межзе- ренного вязкого разрушения. В зоне долома на- блюдается преимущественно межзеренное вязкое разрушение. Анализ результатов испытаний циклической трещиностойкости показал, что скорость роста ус- Рис. 4. Кинетическая диаграмма усталостного разрушения металла шва сварных соединений титанового сплава ВТ6, выпол- ненных ЭЛС: а — ЭЛП; б — ВДП 8/2007 21 талостной трещины ОМ титанового сплава ВТ6, полученного различными способами плавки (ВДП или ЭЛП), а также металла шва их стыковых со- единений, выполненных ЭЛС, практически оди- накова. Это следует из того, что все эксперимен- тальные данные соответствующих кинетических диаграмм усталостного разрушения с учетом зоны их рассеяния практически совпадают, образуя единую зону рассеяния. Таким образом, проведенный комплекс иссле- дований показал, что свариваемость и служебные характеристики титанового сплава ВТ6, получен- ного различными способами плавки (ВДП или ЭЛП), а также его сварных соединений практи- чески совпадают. Полученные результаты подт- верждают перспективность использования пере- довой технологии ЭЛП для получения титановых сплавов. Выводы 1. Для получения мелкозернистой однородной структуры в деформированном высокопрочном сплаве (ВТ6), выплавленном способом ЭЛП, про- катку необходимо вести в β-области до дефор- мации 55…60 % и 40…45 % в двухфазной (α + + β)-области. 2. Для получения оптимальных равнозначных параметров соединений при сварке сплавов, полу- ченных ЭЛП, необходимо увеличивать сварочный ток на 10…12 % по сравнению со сваркой сплавов, полученных способом ВДП. 3. Показано, что независимо от способа вып- лавки сплава ВТ6 прочность сварных соединений, выполненных ЭЛС, находится на уровне ОМ, а ударная вязкость металла шва и ЗТВ соответс- твуют 80…85 % ОМ. Аналогичные характерис- тики обеспечиваются при АДС с применением сварочной проволоки СП15св. 4. Установлено, что независимо от способа выплавки сплава ВТ6 вязкость разрушения K1с находится на одном уровне, а вязкость разруше- ния металла швов, выполненных ЭЛС, в обоих случаях выше, чем в ОМ. 5. Титановые сплавы, полученные способом ЭЛП, и их сварные соединения полностью отве- чают требованиям стандартов и ASTM и не ус- тупают по качеству сплавам, выплавленным спо- собом ВДП, и соответствующим сварным соеди- нениям. 6. Установлено, что циклическая трещиностой- кость ОМ титанового сплава ВТ6, полученного раз- личными способами плавки (ВДП, ЭЛП), а также металла шва стыковых соединений, выполненных ЭЛС, практически одинакова. 7. Сплавы, выплавленные способом ЭЛП, могут быть рекомендованы к применению в различных отраслях народного хозяйства при изготовлении от- ветственных сварных конструкций. 1. Mitchel A. The production of high-quality materials by spe- cial process // J. Vac. Technol. — 1987. — № 4. — P. 2672–2677. 2. Seagle S. R. New titanium developments in products, proces- ses and applications in the USA // Titanium 1990. Intern. Conf., Dayton, USA, 1990. — Vol. 1. — P. 66–73. 3. Poulsen E., Chinnis W., Mede M. Status of titanium cold he- arth melting // Proc. of the Ninth world conf. on titanium. — Saint Petersburg, 7–11 June 1999. — Saint Petersburg: Pro- metey, 1999. — P. 1541–1544. 4. Некоторые тенденции развития металлургического пе- редела титана / Б. Е. Патон, Н. П. Тригуб, С. В. Ахонин и др. // Пробл. спецэлектрометаллургии. — 1996. — № 1. — С. 25–31. 5. Электронно-лучевая плавка титана / Б. Е. Патон, Н. П. Тригуб, С. В. Ахонин и др. — Киев: Наук. думка, 2006. — 246 с. 6. Металлография титановых сплавов / Е. А. Борисова, Г. А. Бочвар, М. Я. Брун и др. — М.: Металлургия, 1980. — 464 с. 7. Электронно-лучевая плавка / Б. Е. Патон, Н. П. Тригуб, Д. А. Козлитин и др. — Киев: Наук. думка, 1997. — 265 с. 8. Боек Д. Основы механики разрушения. — М.: Высш. шк., 1980. — 368 с. 9. Трощенко В. Г., Покровский В. В., Прокопенко Д. В. Тре- щиностойкость металлов при циклическом нагружении. — Киев: Наук. думка, 1987. — 251 с. The influence of the method of titanium alloy production by the process of vacuum-arc remelting (VAR) or electron beam melting with an intermediate crucible (EBM) on the metal performance and its weldability is considered in the case of medium-alloyed titanium alloy VT6. It is shown that the difference in the strength and ductility properties is negligible. It is established that irrespective of the production process, the fracture toughness KIC of the base metal is on the same level, and fracture toughness of the metal of EB welds is higher than that of the base metal in both the cases. The characteristic of cyclic crack resistance of both the base metal of VT6 titanium alloy produced by different melting processes and of its welded joints is shown to be on the same level. Поступила в редакцию 26.01.2007 22 8/2007

Влияние способа выплавки титановых сплавов на их свариваемость и служебные характеристики

Institution

Similar Items