Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг
Рассмотрен процесс контактной стыковой сварки сопротивлением жаропрочного никелевого сплава Rene 80 с использованием наноструктурных фольг систем Ti–Al и Ag–Cu. Исследованы особенности формирования сварных соединений и их микроструктура. Показано распределение микротвердости в сварных соединениях. T...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102936 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг / Кучук-Яценко В. С. // Автоматическая сварка. — 2011. — № 11 (703). — С. 16-19. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860258827950096384 |
|---|---|
| author | Кучук-Яценко, В.С. |
| author_facet | Кучук-Яценко, В.С. |
| citation_txt | Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг / Кучук-Яценко В. С. // Автоматическая сварка. — 2011. — № 11 (703). — С. 16-19. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Рассмотрен процесс контактной стыковой сварки сопротивлением жаропрочного никелевого сплава Rene 80 с использованием наноструктурных фольг систем Ti–Al и Ag–Cu. Исследованы особенности формирования сварных соединений и их микроструктура. Показано распределение микротвердости в сварных соединениях.
The process of resistance flash-butt welding of high-temperature nickel alloy Rene80 using nano-structured foils of Ti–Al and Ag–Cu system is considered. Features of welded joint formation and their microstructure are studied. Microhardness distribution in welded joints is shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:52:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.762
КОНТАКТНАЯ СТЫКОВАЯ СВАРКА
ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОСТРУКТУРНЫХ ФОЛЬГ
В. С. КУЧУК-ЯЦЕНКО, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрен процесс контактной стыковой сварки сопротивлением жаропрочного никелевого сплава Rene 80 с
использованием наноструктурных фольг систем Ti–Al и Ag–Cu. Исследованы особенности формирования сварных
соединений и их микроструктура. Показано распределение микротвердости в сварных соединениях.
К л ю ч е в ы е с л о в а : контактная стыковая сварка, жа-
ропрочный никелевый сплав, непровар, микротрещина, на-
ноструктурная фольга, основной металл, зона термичес-
кого влияния, распределение микротвердости, микрострук-
тура
Научно-технический прогресс предъявляет все
более высокие требования к жаропрочности ма-
териалов в сочетании с пластичностью, сопротив-
лением термической и малоцикловой усталости,
устойчивостью против действия газовой среды,
долговечностью. Это стимулирует развитие работ
по разработке и внедрению новых сплавов, в част-
ности жаропрочных литейных сплавов на нике-
левой основе.
Литейные жаропрочные сплавы на никелевой
основе эффективно применяются в промышлен-
ности как материал для деталей газотурбинных
двигателей [1, 2]. С учетом одного из способов
повышения уровня свойств (оптимизации леги-
рования) предложен экспериментальный литейный
жаропрочный сплав на никелевой основе, химичес-
кий состав которого следующий, мас. %: 0,17 C;
18,0 Cr; 8,5 Co; 1,8 Mo; 2,6 W; 0,9 Nb; 3,4 Ti;
3,5 Al; 1,75 Ta; 0,5 ≤ Fe; Ni — остальное. Отли-
чительной особенностью этого сплава является по-
вышенное содержание алюминия, титана (соответ-
ственно 3,5 и 3,4 мас. %) и других легирующих
элементов.
Металлографические исследования показали,
что структура сплава типична для литого металла
(рис. 1). Основу составляют дендриты γ-фазы,
представляющие собой сложнолегированный
твердый раствор на основе никеля. В межденд-
ритном пространстве располагаются фазы двух
видов. Очевидно, это γ′-фаза на основе соединения
(Ni, Cr)3(Ti, Al) и карбиды типа МeС, способные
создавать такие элементы, как титан, тантал, ни-
обий. Местоположение этих фаз свидетельствует
о том, что выделение их происходило при крис-
таллизации междендритного расплава с γ′-фазы
и карбидов. Единичные включения этих фаз об-
наружены и в объеме дендритов.
Размеры γ′-фазы и карбидов больше, чем та-
ковые при дисперсионном выделении из твердого
раствора. Это, а также преимущественное распо-
ложение по границам зерен, меняет их роль в ук-
реплении сплава. Уровень жаропрочности опреде-
ляет замедление зернограничного скольжения.
Внедрение новых сплавов осложняется проб-
лемой получения их неразъемных соединений
между собой и с другими материалами. Сложное
легирование химически активными элементами и
термическая нестабильность при высоких темпе-
ратурах вызывает определенные трудности при
сварке жаропрочных сплавов.
© В. С. Кучук-Яценко, 2011
Рис. 1. Микроструктуры (а, б) литейного жаропрочного никелевого сплава Rene 80
16 11/2011
Контактная стыковая сварка (КСС) обеспечи-
вает локальный высокоскоростной ввод тепла в
зону соединения [3]. С учетом опыта предыдущих
разработок по КСС таких сложносвариваемых ма-
териалов [4, 5] предложено осуществлять сварку
жаропрочного никелевого сплава с использова-
нием наноструктурных фольг.
В данной работе использовали наноструктур-
ные фольги систем Ti–Al и Ag–Cu. Производство
подобных наноструктурных фольг на основе па-
рофазной технологии освоено в ИЭС им. Е. О.
Патона [6].
Фольга системы Ti–Al представляет собой
многослойную композицию из чередующихся
слоев титана и алюминия, отвечающих стехио-
метрическому составу γ′-Ti–Al. Нагрев такой
фольги до температуры приблизительно 300 °С
приводит к взаимодействию титана и алюминия
с образованием интерметаллида. Реакция взаимо-
действия развивается с большой скоростью и соп-
ровождается выделением дополнительного тепла.
Фольга системы Ag–Cu по составу близка к
эвтектическому состоянию сплавов системы Ag–
Cu. Температура плавления эвтектики составляет
779 °С [7]. Образование на контактной границе
расплава при температуре, меньшей температуры
плавления сплава, благоприятно влияет на фор-
мирование соединения.
КСС проводили на модернизованной установ-
ке «Schlatter». Максимальная мощность установки
составляла 25 кВ⋅А, усилие осадки — 800 МПа.
Сварку образцов размером 10×10×100 мм осущес-
твляли на воздухе при давлении 2 МПа, свароч-
ном токе 4…5 кА и времени сварки 3…5 с.
Анализ микроструктуры и химической неод-
нородности соединений проводили на оптическом
микроскопе «НЕОФОТ 32» и растровом элект-
ронном микроскопе ISM-840 с микроанализато-
ром Link-system.
Для оценки механических свойств сварных со-
единений определяли распределение микротвер-
дости на микрозондовой компьютеризованной
системе «Mикрон–гамма».
При КСС сплава в однородном соединении без
использования фольг в зоне соединения зафик-
сированы дефекты — непровары, микротрещины
(рис. 2). Вероятной причиной неудовлетворитель-
ного формирования соединений является нерав-
номерный нагрев образцов.
В зоне термического влияния полученного со-
единения отмечено следующее (рис. 2). К основ-
ному металлу с древовидными дендритами при-
мыкает участок с равновесными зернами γ′-фазы.
Количество карбидов и γ′-фазы при этом сохра-
няется. На примыкающем к шву участке коли-
чество карбидов и γ′-фазы значительно уменьша-
ется. По границам зерен обнаружены единичные
выделения этих фаз. Далее дендритная структура
и количество карбидов и γ′-фазы восстанавлива-
ются.
Рис. 2. Микроструктура (а) и распределение микротвердости в соединении жаропрочного сплава, полученного без использо-
вания наноструктурных фольг (б)
11/2011 17
Для оценки изменения прочностных характерис-
тик в зоне термического воздействия было проа-
нализировано распределение микротвердости.
Как видно, снижение микротвердости в основ-
ном металле от 3000 до 2500 МПа зафиксировано
на участке с измельченными зернами твердого
Рис. 3. Микроструктура (а) и
распределение микротвердос-
ти в соединении жаропрочно-
го сплава, полученного с ис-
пользованием наноструктур-
ной фольги системы Ti–Al (б)
Рис. 4. Микроструктура (а) и распреде-
ление микротвердости в соединении
жаропрочного сплава, полученного с
использованием наноструктурной фо-
льги системы Ag–Cu (б)
18 11/2011
раствора, который формируется по линии соеди-
нения (см. рис. 2). Увеличение микротвердости
выше 3000 МПа происходит на участке частич-
ного растворения и, вероятно, дальнейшего дис-
персионного выделения упрочняющей γ′-фазы в
твердом растворе (см. рис. 2).
На следующем этапе получены сварные сое-
динения сплава с использованием нанострутур-
ных фольг систем Ti–Al, Ag–Cu.
В зоне термического влияния соединений об-
наружен распад пересыщенного твердого раство-
ра в междендритных объемах металла и форми-
рование упрочняющей γ′-фазы (рис. 3, 4). В сре-
динной части термомеханическое воздействие
приводит к измельчению структуры.
В соединении, полученном с использованием
фольги системы Ti–Al, сохраняются древовидные
дендриты, фрагменты фольги в шве не зафикси-
рованы (см. рис. 3), а в соединениях, полученных
с использованием фольги системы Ag–Cu, отме-
чены равноосные зерна (см. рис. 4). Микрострук-
тура в этом случае является результатом твердо-
жидкого взаимодействия эвтектического расплава
системы Ag–Cu с основным металлом сплава.
Сравнительный анализ распределения микро-
твердости показал, что в срединной части сое-
динения, полученного с использованием фольги
системы Ti–Al, микротвердость возрастает по от-
ношению к основному металлу и составляет около
3000 МПа. В то же время в срединной части со-
единения, выполненного с применением фольги
системы Ag–Cu, микротвердость ниже, чем в ос-
новном металле, и составляет около 2250 МПа.
Таким образом, использование наноструктур-
ных фольг при КСС жаропрочного никелевого
сплава позволяет обеспечить равномерный высо-
коконцентрированный нагрев зоны соединения и
снизить температуру процесса, что предотвращает
разупрочнение основного металла.
1. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. — М.:
Металлургия, 1969. — 752 с.
2. Жаропрочность литейных никелевых сплавов и защита
их от окисления / Б. Е. Патон, Г. Б. Строганов, С. Т.
Кишкин и др. — Киев: Наук. думка, 1987. — 256 с.
3. Кучук-Яценко С. И. Контактная стыковая сварка оплав-
лением. — Киев: Наук. думка, 1992. — 236 с.
4. Особенности контактной стыковой сварки алюминие-
вых сплавов с использованием наноструктурных алюми-
ниево-никелевых и алюминиево-медных фольг / В. С.
Кучук-Яценко, В. И. Швец, А. Г. Сахацкий, А. А. Нако-
нечный // Свароч. пр-во. — 2007. — № 9. — С. 12–14.
5. Особенности контактной сварки алюминидов титана с
использованием нанослойных алюминиево-титановых
фольг / В. С. Кучук-Яценко, В. И. Швец, А. Г. Сахацкий,
А. А. Наконечный // Автомат. сварка. — 2008. — № 6.
— С. 5–7.
6. Мовчан Б. А. Неорганические материалы, осажденные из
паровой фазы в вакууме // Сучасне матеріалознавство
XXI сторіччя. — Киев: Наук. думка, 1998. — С. 318–332.
7. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди
/ Под ред. С. В. Шухардина. — М.: Наука, 1979. — 248 с.
The process of resistance flash-butt welding of high-temperature nickel alloy Rene80 using nano-structured foils of Ti–Al
and Ag–Cu system is considered. Features of welded joint formation and their microstructure are studied. Microhardness
distribution in welded joints is shown.
Поступила в редакцию 24.06.2011
Шестая МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА
ТЕРМООБРАБОТКА
25–27 сентября 2012 Москва, ЦВК «Экспоцентр», павильон 5
Основные разделы:
• Промышленные печи: муфельные, вакууумные, плавильные, шахтные, камерные, элек-
тропечи
• Индукционный нагрев: ТВЧ продукция, индукционные печи
• Оборудование для химико-термической обработки: азотирования, цементации и т. д.
• Закалочное оборудование, масла и среды
• Лабораторные печи, сушильные шкафы
• Оснастка для термического оборудования
• Размерная и поверхностная обработка: формообразование, напыление
• Автоматизация термообработки, системы управления, контроль качества, тепло-
технические измерения
• Энергосберегающие технологии термических производств
Контакты: ООО «Выставочная компания «Мир-Экспо»
Россия, 115533, пр-т Андропова, 22
Тел./факс: 8 499 618-0565, 8 499 618-36-83
E-mail: info@htexporus.ru
11/2011 19
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102936 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:52:37Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кучук-Яценко, В.С. 2016-06-13T04:15:16Z 2016-06-13T04:15:16Z 2011 Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг / Кучук-Яценко В. С. // Автоматическая сварка. — 2011. — № 11 (703). — С. 16-19. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102936 621.791.762. Рассмотрен процесс контактной стыковой сварки сопротивлением жаропрочного никелевого сплава Rene 80 с использованием наноструктурных фольг систем Ti–Al и Ag–Cu. Исследованы особенности формирования сварных соединений и их микроструктура. Показано распределение микротвердости в сварных соединениях. The process of resistance flash-butt welding of high-temperature nickel alloy Rene80 using nano-structured foils of Ti–Al and Ag–Cu system is considered. Features of welded joint formation and their microstructure are studied. Microhardness distribution in welded joints is shown. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг Resistance butt welding of heat-resistant nickel alloy with use of nanostructured foils Article published earlier |
| spellingShingle | Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг Кучук-Яценко, В.С. Научно-технический раздел |
| title | Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг |
| title_alt | Resistance butt welding of heat-resistant nickel alloy with use of nanostructured foils |
| title_full | Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг |
| title_fullStr | Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг |
| title_full_unstemmed | Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг |
| title_short | Контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг |
| title_sort | контактная стыковая сварка жаропрочного никелевого сплава с использованием наноструктурных фольг |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102936 |
| work_keys_str_mv | AT kučukâcenkovs kontaktnaâstykovaâsvarkažaropročnogonikelevogosplavasispolʹzovaniemnanostrukturnyhfolʹg AT kučukâcenkovs resistancebuttweldingofheatresistantnickelalloywithuseofnanostructuredfoils |