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...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Автоматическая сварка
Date:2012
Main Authors: Харченко, Г.К., Устинов, А.И., Фальченко, Ю.В., Петрушинец, Л.В., Григоренко, С.Г., Костин, В.А., Гуриенко, В.П.
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