Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т
Разработана двухстадийная технология диффузионной сварки в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т с применением промежуточных прослоек. Показано, что использование нанослойной промежуточной прослойки системы Ti–Al со стороны интерметаллида и прослойки из никеля со стороны стали...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101153 |
| 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: | Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т / Г.К. Харченко, А.И. Устинов, Ю.В. Фальченко, Л.В. Петрушинец, С.Г. Григоренко, В.А. Костин, В.П. Гуриенко // Автоматическая сварка. — 2012. — № 4 (708). — С. 15-18. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859611686706610176 |
|---|---|
| author | Харченко, Г.К. Устинов, А.И. Фальченко, Ю.В. Петрушинец, Л.В. Григоренко, С.Г. Костин, В.А. Гуриенко, В.П. |
| author_facet | Харченко, Г.К. Устинов, А.И. Фальченко, Ю.В. Петрушинец, Л.В. Григоренко, С.Г. Костин, В.А. Гуриенко, В.П. |
| citation_txt | Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т / Г.К. Харченко, А.И. Устинов, Ю.В. Фальченко, Л.В. Петрушинец, С.Г. Григоренко, В.А. Костин, В.П. Гуриенко // Автоматическая сварка. — 2012. — № 4 (708). — С. 15-18. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Разработана двухстадийная технология диффузионной сварки в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т с применением промежуточных прослоек. Показано, что использование нанослойной промежуточной прослойки системы Ti–Al со стороны интерметаллида и прослойки из никеля со стороны стали способствует равномерному распределению микротвердости в стыке
A two-stage technology for vacuum diffusion bonding of intermetallic alloy γ-TiAl to steel 12Kh18N10T by using interlayers has been developed. It is shown that application of a nanolayered interlayer of the Ti–Al system on the side of intermetallic and nickel interlayer on the side of steel provides a uniform distribution of microhardness in the bond.
|
| first_indexed | 2025-11-28T13:15:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.4:539.378.3
ДИФФУЗИОННАЯ СВАРКА В ВАКУУМЕ
ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО СПЛАВА γ-TiAl
СО СТАЛЬЮ 12Х18Н10Т
Г. К. ХАРЧЕНКО, д-р техн. наук, А. И. УСТИНОВ, д-р физ.-мат. наук, Ю. В. ФАЛЬЧЕНКО, канд. техн. наук,
Л. В. ПЕТРУШИНЕЦ, инж., С. Г. ГРИГОРЕНКО, В. А. КОСТИН, кандидаты техн. наук,
В. П. ГУРИЕНКО, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Разработана двухстадийная технология диффузионной сварки в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью
12Х18Н10Т с применением промежуточных прослоек. Показано, что использование нанослойной промежуточной
прослойки системы Ti–Al со стороны интерметаллида и прослойки из никеля со стороны стали способствует
равномерному распределению микротвердости в стыке.
К л ю ч е в ы е с л о в а : диффузионная сварка в вакууме, ин-
терметаллидный сплав γ-TiAl, сталь 12Х18Н10Т, нанослой-
ная прослойка, зона соединения, микроструктура, микро-
твердость
Сложность сварки интерметаллидов системы Ti–
Al со сталью определяется малой взаимной рас-
творимостью титана и железа, а образование кар-
бидов, интерметаллидов и эвтектик в зоне соеди-
нения исключает возможность непосредственной
сварки интерметаллида со сталью всеми извест-
ными способами сварки плавлением.
Как правило, соединения титана и его сплавов
со сталью, выполненные способом диффузионной
сварки, имеют низкие показатели ударной вязкос-
ти [1–3].
При сварке в твердой фазе титана со сталью
для получения качественных соединений без об-
разования в стыке хрупких интерметаллидных фаз
[4, 5] применяют промежуточные прослойки, в
частности, ниобий (или ванадий) и медь. Однако
эти материалы отличаются друг от друга как тем-
пературой плавления, так и прочностными харак-
теристиками (табл. 1). Медь применяют как мате-
риал, блокирующий диффузию углерода в ниобий
(сильный карбидобразующий металл). Главный не-
достаток меди в данной композиции — это низкая
температура плавления Tпл = 1083 °С.
Согласно данным работы [2] при сварке спла-
вов титана с нержавеющей сталью через проме-
жуточные барьерные прослойки наименьшую
прочность в зоне соединения имеет участок меди,
по которому происходит разрушение.
Существуют немногочисленные работы по
сварке интерметаллидов системы Ti–Al со сталью
[6, 7]. При диффузионной сварке интерметаллида
системы Ti–Al (Ti–48Al–2Cr–2Nb ат. %) со
сталью без применения промежуточных прослоек
(Tсв = 950 °С, Pсв = 25 МПа, tсв = 6 мин) в стыке
между γ-TiAl и сталью формируются переходные
интерметаллидные слои Ti3Al + FeAl + FeAl2/TiC,
приводящие к охрупчиванию сварного соедине-
ния [6].
Сварку интерметаллида с нержавеющей ста-
лью с применением тонких прослоек в виде фольг
из титана, ванадия, меди, препятствующих обра-
зованию хрупких интерметаллидов в стыке, ис-
следовали в работе [7]. Интерметаллидный сплав
(Ti–47,2Al–1,17Ni–0,56Cr–0,11Nb ат. %) сварива-
ли со сталью. Сварку выполняли при температуре
Tсв = 1000 °С, давлении Pсв = 20 МПа, длитель-
ности сварки tсв = 60 мин. При выборе темпера-
туры сварки авторы прежде всего ориентирова-
лись на физические свойства меди, поскольку при
повышении температуры сварки выше 1083 °С
происходит расплавление медной прослойки и вы-
давливание меди из стыка, а прочность сварных
соединений резко снижается [6]. При оптималь-
ном режиме сварки разрушение образцов в ос-
новном происходит по слою Ti3Al–TiAl и частич-
но по основному металлу (γ-TiAl).
Цель наших исследований заключалась в раз-
работке технологии диффузионной сварки в ваку-
уме (ДСВ) интерметаллидного сплава γ-TiAl со
© Г. К. Харченко, А. И. Устинов, Ю. В. Фальченко, Л. В. Петрушинец, С. Г. Григоренко, В. А. Костин, В. П. Гуриенко, 2012
Т а б л и ц а 1. Механические свойства применяемых ма-
териалов
Материал Tпл, °С δ, % σв, МПа E, МПа
12Х18Н10Т 1455 40 510…860 198000
Медь 1083 60 216…235 128700
Никель 1453 35...40 390…490 201900
Ниобий 2468 30...40 345…491 89100
Титан 1668 40...55 245…345 108000
γ-TiAl ~ 1450 1,5 550…900 180000
4/2012 15
сталью 12Х18Н10Т с более равномерным распре-
делением прочности в стыке. Объектом исследо-
ваний служили интерметаллидный сплав γ-TiAl
(Ti–48Al–2Nb–2Cr ат. %) и сталь 12Х18Н10Т.
При температуре сварки γ-TiAl, равной 1000 °С,
в стыке вследствие большой твердости и малой
пластичности материала образование физическо-
го контакта в полной мере не происходит [8]. В
зоне соединения обнаружено значительное коли-
чество дефектов. Качественные сварные соедине-
ния γ-TiAl, по нашим результатам, можно полу-
чить при более высоких значениях температуры
(примерно 1200 °С), что согласуется с данными
работы [9].
Поскольку соединяются такие разные матери-
алы, как интерметаллидный сплав и медная прос-
лойка с отличающимися физико-химическими
свойствами, то сварку интерметаллида γ-TiAl со
сталью 12Х18Н10Т осуществляли в две стадии.
На первой при температуре 1200 °С к интерме-
таллиду приваривали прослойки из титана и ни-
обия, а на второй стадии при более низкой тем-
пературе (1000 °С) к сборке через медную прос-
лойку присоединяли нержавеющую сталь.
Образцы размерами 15×15×5 мм вырезали на
электроэрозионном станке. Характеристики при-
меняемых при сварке прослоек приведены в
табл. 2. Образцы сваривали в свободном состо-
янии.
Микроструктура сварного соединения, полу-
ченного ДСВ интерметаллидного сплава γ-TiAl
со сталью 12Х18H10Т через прослойки из титана,
ниобия и меди, представлена на рис. 1. Метал-
лографические исследования показали, что в зоне
соединения γ-TiAl/Ti/Nb+Cu/12X18H10T такие
дефекты, как трещины и поры, отсутствуют. Как
следует из рис. 1 и 2, в процессе сварки в зоне
соединения происходят активные диффузионные
процессы с образованием со стороны γ-TiAl ши-
рокой зоны объемного взаимодействия.
При исследовании распределения микротвер-
дости в зоне соединения γ-TiAl+2Х18H10Т
(рис. 3) определено, что на границе интерметал-
лид γ-TiA–прослойка титана отмечено повышение
микротвердости до 4050 МПа. В данной области
фиксируется 8,95 ат. % Al за счет диффузии алю-
миния из интерметаллида в сторону титана.
Со стороны нержавеющей стали на границе с
медной прослойкой обнаружено резкое снижение
микротвердости (до 1100 МПа), что соответствует
значению микротвердости меди. Очевидно, опас-
ным местом с точки зрения работоспособности
сварного соединения γ-TiAl/Ti/Nb+Cu/12Х18H10Т
является участок размещения меди, где значения
микротвердости в 2 раза ниже, чем в соседних
участках.
Для выравнивания микротвердости в зоне со-
единения со стороны интерметаллида применяли
Т а б л и ц а 2. Состав и толщина применяемых при свар-
ке прослоек
Тип прослойки Состав прослойки Толщина, мкм
Ti–Al Ti–52Al ат. % 20
Титан Титан 100
Ниобий Ниобий 50
Медь Медь 50
Никель Никель 50
Рис. 1. Микроструктура (×600) зоны соединения γ-TiAl со
сталью 12Х18H10Т с применением промежуточных прослоек
сплошного сечения (титан, ниобий, медь)
Рис. 2. Распределение элементов в зоне соединения γ-TiAl со
сталью 12Х18H10Т с применением промежуточных прослоек
сплошного сечения из титана, ниобия и меди (h — толщина
прослойки)
Рис. 3. Распределение значений микротвердости поперек зо-
ны соединения γ-TiAl+12X18H10T, полученного с примене-
нием промежуточных прослоек из титана, ниобия, меди
16 4/2012
нанослойную прослойку типа Ti–Al (см. табл. 2)
общей толщиной 20 мкм и толщиной отдельных
слоев алюминия и титана примерно 20 нм, что
обеспечивает дополнительную активацию свари-
ваемых поверхностей.
Необходимо также отметить, что при медлен-
ном нагреве нанослойных прослоек Ti/Al со ско-
ростью 50 °С/мин, характерной для ДСВ, зафик-
сирована следующая последовательность фазовых
превращений: Al3Ti→Al5Ti2→Al2Ti→AlTi [10]. В
нанослойных прослойках дифракционные призна-
ки формирования интерметаллида Ti3Al отсутс-
твуют. Образование в процессе сварки между ин-
терметаллидным сплавом и прослойкой титана
диффузионного слоя с составом Ti/Al, более плас-
тичным, чем Ti3Al, может существенно влиять на
повышение качества сварных соединений [6].
Прослойку типа Ti/Al размещали между интер-
металлидом и прослойкой из титана. Между сталью
и ниобием располагали прослойку из никеля, так
как диффузионная подвижность его в железо и его
прочностные характеристики выше, чем у меди (см.
табл. 1).
В паре Nb–Ni при образовании интерметалли-
да существует латентный период. Так, при тем-
пературе 1000 °С время образования интерметал-
лида толщиной примерно 1,5 мкм составляет
11 мин [11].
Сварку проводили в две стадии: соединяли ин-
терметаллид с прослойками Ti/Al–Ti–Nb при Tсв =
= 1200 °С, Pсв = 40 МПа, tсв = 20 мин с после-
дующей приваркой прослойки из никеля и стали
12Х18H10Т при Tсв = 1000 °С, Pсв = 20 МПа, tсв =
= 10 мин.
Металлографические исследования соедине-
ний показали, что в стыке дефекты сварки от-
сутствуют. Как видно из микроструктуры свар-
ного соединения (рис. 4) и распределения эле-
ментов (рис. 5), в процессе сварки в стыке активно
проходят диффузионные процессы, что приводит
к образованию между интерметаллидом и тита-
ном, а также ниобием и титаном зон объемного
взаимодействия. Анализ значений микротвердос-
ти в зоне соединения γ-TiAl–Ti/Al–Ti–Nb–Ni–
12Х18H10Т (рис. 6), полученного ДВС, показал,
что характер распределения микротвердости
более равномерный, чем при сварке с прослой-
ками Ti–Nb–Cu.
Выводы
1. С учетом различий физико-химических свойств
свариваемых материалов предложена двухстадий-
ная схема сварки γ-TiAl со сталью 12Х18H10Т.
2. В соединениях, полученных ДВС, интерме-
таллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18H10Т
через промежуточные прослойки Ti–Nb–Cu отме-
чается резкое снижение значений микротвердости
на медной прослойке.
3. Применение никеля вместо медной прослой-
ки при сварке γ-TiAl со сталью 12X18H10T поз-
воляет получать бездефектные сварные соедине-
ния при равномерном распределении микротвер-
дости в стыке.
1. Биметаллические соединения / К. Е. Чарухина, С. А. Го-
лованенко, В. А. Мастеров, Н. Ф. Казаков. — М.: Метал-
лургия, 1970. — 280 с.
2. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов /
С. М. Гуревич, В. Н. Замков, В. Е. Блащук и др. — 2-е
изд., доп. и перераб. — Киев: Наук. думка, 1986. —
240 с.
3. Чарухина К. Е., Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка в
вакууме разнородных металлов. — Л.: ЛДНТП, 1964. —
24 с.
Рис. 4. Микроструктура зоны соединения TiAl+12Х18H10Т,
полученного с применением прослоек Ti/Al–Ti–Nb–Ni
Рис. 5. Распределение элементов в зоне соединения
TiAl+12Х18H10Т, полученного с применением прослоек
Ti/Al–Ti–Nb–Ni
Рис. 6. Распределение микротвердости поперек зоны соеди-
нения γ-TiAl+12Х18H10Т, полученного с применением
прослоек Ti/Al–Ti–Nb–Ni
4/2012 17
4. Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. — М.:
Машиностроение, 1976. — 312 с.
5. Шмаков В. М., Измирлиева А. Н. Диффузионная сварка
разнородных металлов // Сварка новых высокопрочных
материалов. — Куйбыш. кн. изд-во, 1967. — С. 82–86.
6. Microstructure and strength of diffusion-bonded joints of
TiAl base alloy to steel / P. He, J. C. Feng, B. G. Zhang,
Y. Y. Qian // Materials Characterization. — 2002. — № 48.
— P. 401–406.
7. A new technology for diffusion intermetallic TiAl to steel
with composite barrier layers / P. He, J. C. Feng, B. G. Zang,
Y. Y. Qian // Ibid. — 2003. — № 50. — P. 87–92.
8. Получение неразъемных соединений сплавов на основе
γ-TiAl с использованием нанослойной прослойки Ti/Al
способом диффузионной сварки в вакууме / А. И. Усти-
нов, Ю. В. Фальченко, А. Я. Ищенко и др. // Автомат.
сварка. — 2009. — № 1. — С. 17–21.
9. Yoshikuni Nakao, Kenji Shinozaki, Masahiko Hamada. Dif-
fusion bonding of intermetallic compound TiAl // ISIJ In-
tern. — 1991. — 31, № 10. — P. 1260–1266.
10. Твердофазные реакции при нагреве многослойных фольг
Al/Ti, полученных методом электронно-лучевого осаж-
дения / А. И. Устинов, Л. А. Олиховская, Т. В. Мельни-
ченко и др. // Современ. электрометаллургия. — 2008. —
№ 2. — С. 21–28.
11. Харченко Г. К., Шевчук Т. В., Игнатенко А. И. Исследо-
вание соединения ниобий–прослойка никеля–сталь, вы-
полненного сваркой давлением // Автомат. сварка. —
1976. — № 9. — С. 71–72.
A two-stage technology for vacuum diffusion bonding of intermetallic alloy γ-TiAl to steel 12Kh18N10T by using
interlayers has been developed. It is shown that application of a nanolayered interlayer of the Ti–Al system on the side
of intermetallic and nickel interlayer on the side of steel provides a uniform distribution of microhardness in the bond.
Поступила в редакцию 08.12.2011
12-я МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ИНЖЕНЕРИЯ ПОВЕРХНОСТИ И РЕНОВАЦИЯ ИЗДЕЛИЙ»
28.05–01.06.2012 г. Ялта, Украина
Тематика конференции:
• научные основы инженерии поверхности:
– материаловедение
– физико-химическая механика материалов
– физико-химия контактного взаимодействия
– износо- и коррозионная стойкость, прочность поверхностного слоя
– функциональные покрытия и поверхности
– технологическое управление качеством деталей машин
– вопросы трибологии в машиностроении
• технология ремонта машин, восстановления и упрочнения деталей
• метрологическое обеспечение ремонтного производства
• экология ремонтно-восстановительных работ
В рамках конференции будет проведен практический семинар «Сварка, наплавка
и другие реновационные технологии на предприятиях горно-металлургической,
машиностроительной промышленности и на транспорте».
Организаторы: Ассоциация технологов-машиностроителей Украины
Контакты: 04074, г. Киев, ул. Автозаводская, 2.
Тел./факс: +38044-430-85-00
www: atmu@ism.kiev.ua
18 4/2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101153 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T13:15:25Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Харченко, Г.К. Устинов, А.И. Фальченко, Ю.В. Петрушинец, Л.В. Григоренко, С.Г. Костин, В.А. Гуриенко, В.П. 2016-05-31T15:40:08Z 2016-05-31T15:40:08Z 2012 Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т / Г.К. Харченко, А.И. Устинов, Ю.В. Фальченко, Л.В. Петрушинец, С.Г. Григоренко, В.А. Костин, В.П. Гуриенко // Автоматическая сварка. — 2012. — № 4 (708). — С. 15-18. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101153 621.791.4:539.378.3 Разработана двухстадийная технология диффузионной сварки в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т с применением промежуточных прослоек. Показано, что использование нанослойной промежуточной прослойки системы Ti–Al со стороны интерметаллида и прослойки из никеля со стороны стали способствует равномерному распределению микротвердости в стыке A two-stage technology for vacuum diffusion bonding of intermetallic alloy γ-TiAl to steel 12Kh18N10T by using interlayers has been developed. It is shown that application of a nanolayered interlayer of the Ti–Al system on the side of intermetallic and nickel interlayer on the side of steel provides a uniform distribution of microhardness in the bond. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т Diffusion vacuum welding of intemetallic alloy γ-TiAl with steel 12Kh18N10T Article published earlier |
| spellingShingle | Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т Харченко, Г.К. Устинов, А.И. Фальченко, Ю.В. Петрушинец, Л.В. Григоренко, С.Г. Костин, В.А. Гуриенко, В.П. Научно-технический раздел |
| title | Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т |
| title_alt | Diffusion vacuum welding of intemetallic alloy γ-TiAl with steel 12Kh18N10T |
| title_full | Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т |
| title_fullStr | Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т |
| title_full_unstemmed | Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т |
| title_short | Диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-TiAl со сталью 12Х18Н10Т |
| title_sort | диффузионная сварка в вакууме интерметаллидного сплава γ-tial со сталью 12х18н10т |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101153 |
| work_keys_str_mv | AT harčenkogk diffuzionnaâsvarkavvakuumeintermetallidnogosplavaγtialsostalʹû12h18n10t AT ustinovai diffuzionnaâsvarkavvakuumeintermetallidnogosplavaγtialsostalʹû12h18n10t AT falʹčenkoûv diffuzionnaâsvarkavvakuumeintermetallidnogosplavaγtialsostalʹû12h18n10t AT petrušineclv diffuzionnaâsvarkavvakuumeintermetallidnogosplavaγtialsostalʹû12h18n10t AT grigorenkosg diffuzionnaâsvarkavvakuumeintermetallidnogosplavaγtialsostalʹû12h18n10t AT kostinva diffuzionnaâsvarkavvakuumeintermetallidnogosplavaγtialsostalʹû12h18n10t AT gurienkovp diffuzionnaâsvarkavvakuumeintermetallidnogosplavaγtialsostalʹû12h18n10t AT harčenkogk diffusionvacuumweldingofintemetallicalloyγtialwithsteel12kh18n10t AT ustinovai diffusionvacuumweldingofintemetallicalloyγtialwithsteel12kh18n10t AT falʹčenkoûv diffusionvacuumweldingofintemetallicalloyγtialwithsteel12kh18n10t AT petrušineclv diffusionvacuumweldingofintemetallicalloyγtialwithsteel12kh18n10t AT grigorenkosg diffusionvacuumweldingofintemetallicalloyγtialwithsteel12kh18n10t AT kostinva diffusionvacuumweldingofintemetallicalloyγtialwithsteel12kh18n10t AT gurienkovp diffusionvacuumweldingofintemetallicalloyγtialwithsteel12kh18n10t |