Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС
Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде аргона остается наиболее распространенным, относительно простым и универсальным способом изготовления конструкций из титановых сплавов. Сварку можно осуществлять в различных пространственных положениях и достаточно быстро переналаживать оборудование при...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147527 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС / Г.М. Григоренко, С.В. Ахонин, О.М. Задорожнюк, И.Н. Клочков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 11 (758). — С. 11-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147527 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Григоренко, Г.М. Ахонин, С.В. Задорожнюк, О.М. Клочков, И.Н. 2019-02-15T08:36:23Z 2019-02-15T08:36:23Z 2016 Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС / Г.М. Григоренко, С.В. Ахонин, О.М. Задорожнюк, И.Н. Клочков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 11 (758). — С. 11-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.11.02 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147527 621.791:669.721 Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде аргона остается наиболее распространенным, относительно простым и универсальным способом изготовления конструкций из титановых сплавов. Сварку можно осуществлять в различных пространственных положениях и достаточно быстро переналаживать оборудование при изменении типа соединения и толщины свариваемого металла. Целью данной работы являлось изучение и сравнение структуры и механических свойств проплавленного металла высокопрочных титановых сплавов с дисперсионным упрочнением и без, выполненных аргонодуговым способом. Показано, что в сравнении с титановым сплавом ВТ 23, у опытного дисперсионно-упрочненного сплава показатели прочности проплавленного металла выше, но пластичность и ударная вязкость крайне низкие, поэтому для него этот вид сварки и термообработки не рекомендуются. Tungsten inert gas welding remains the most widespread, relatively easy and versatile method for manufacture of the structures of titanium alloys. Welding can be performed in different spatial positions and equipment can be sufficiently fast readjusted at change of joint type and thickness of metal being welded. Aim of present work lies in study and comparison of a structure and mechanical properties of fully-penetrated metal of high-strength titanium alloys with dispersion hardening and without it, produced using argon-arc method. It is shown that in comparison with titanium alloy VT23 an experimental dispersion-hardened alloy has higher strength indices of fully-penetrated metal, however ductility and impact toughness are extremely low, therefore this type of welding and heat treatment is not recommended for it. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-техничесий раздел Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС Structure and properties of fully-penetrated metal of two-phase titanium alloy with dispersion hardening at AAW Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС |
| spellingShingle |
Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС Григоренко, Г.М. Ахонин, С.В. Задорожнюк, О.М. Клочков, И.Н. Научно-техничесий раздел |
| title_short |
Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС |
| title_full |
Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС |
| title_fullStr |
Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС |
| title_full_unstemmed |
Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС |
| title_sort |
структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при адс |
| author |
Григоренко, Г.М. Ахонин, С.В. Задорожнюк, О.М. Клочков, И.Н. |
| author_facet |
Григоренко, Г.М. Ахонин, С.В. Задорожнюк, О.М. Клочков, И.Н. |
| topic |
Научно-техничесий раздел |
| topic_facet |
Научно-техничесий раздел |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Structure and properties of fully-penetrated metal of two-phase titanium alloy with dispersion hardening at AAW |
| description |
Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде аргона остается наиболее распространенным, относительно простым и универсальным способом изготовления конструкций из титановых сплавов. Сварку можно осуществлять в различных пространственных положениях и достаточно быстро переналаживать оборудование при изменении типа соединения и толщины свариваемого металла. Целью данной работы являлось изучение и сравнение структуры и механических свойств проплавленного металла высокопрочных титановых сплавов с дисперсионным упрочнением и без, выполненных аргонодуговым способом. Показано, что в сравнении с титановым сплавом ВТ 23, у опытного дисперсионно-упрочненного сплава показатели прочности проплавленного металла выше, но пластичность и ударная вязкость крайне низкие, поэтому для него этот вид сварки и термообработки не рекомендуются.
Tungsten inert gas welding remains the most widespread, relatively easy and versatile method for manufacture of the structures of titanium alloys. Welding can be performed in different spatial positions and equipment can be sufficiently fast readjusted at change of joint type and thickness of metal being welded. Aim of present work lies in study and comparison of a structure and mechanical properties of fully-penetrated metal of high-strength titanium alloys with dispersion hardening and without it, produced using argon-arc method. It is shown that in comparison with titanium alloy VT23 an experimental dispersion-hardened alloy has higher strength indices of fully-penetrated metal, however ductility and impact toughness are extremely low, therefore this type of welding and heat treatment is not recommended for it.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147527 |
| citation_txt |
Структура и свойства проплавленного металла двухфазного титанового сплава с дисперсионным упрочнением при АДС / Г.М. Григоренко, С.В. Ахонин, О.М. Задорожнюк, И.Н. Клочков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 11 (758). — С. 11-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT grigorenkogm strukturaisvoistvaproplavlennogometalladvuhfaznogotitanovogosplavasdispersionnymupročneniempriads AT ahoninsv strukturaisvoistvaproplavlennogometalladvuhfaznogotitanovogosplavasdispersionnymupročneniempriads AT zadorožnûkom strukturaisvoistvaproplavlennogometalladvuhfaznogotitanovogosplavasdispersionnymupročneniempriads AT kločkovin strukturaisvoistvaproplavlennogometalladvuhfaznogotitanovogosplavasdispersionnymupročneniempriads AT grigorenkogm structureandpropertiesoffullypenetratedmetaloftwophasetitaniumalloywithdispersionhardeningataaw AT ahoninsv structureandpropertiesoffullypenetratedmetaloftwophasetitaniumalloywithdispersionhardeningataaw AT zadorožnûkom structureandpropertiesoffullypenetratedmetaloftwophasetitaniumalloywithdispersionhardeningataaw AT kločkovin structureandpropertiesoffullypenetratedmetaloftwophasetitaniumalloywithdispersionhardeningataaw |
| first_indexed |
2025-11-26T06:39:33Z |
| last_indexed |
2025-11-26T06:39:33Z |
| _version_ |
1850615683642032128 |
| fulltext |
НАУ НО- Е НИ ЕСКИ АЗ ЕЛ
11SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
УДК 621.791:669.721
стрУКтУра и свойства проплавленного металла
ДвУхФазного титанового сплава
с Дисперсионным УпроЧнением при аДс
Г. М. ГРИГОРЕНКО, С. В. АХОНИН, О. М. ЗАДОРОЖНЮК, И. Н. КЛОЧКОВ
иЭс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира малевича, 11. E-mail: livoxana@i.ua
Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде аргона остается наиболее распространенным, относительно простым
и универсальным способом изготовления конструкций из титановых сплавов. сварку можно осуществлять в различных
пространственных положениях и достаточно быстро переналаживать оборудование при изменении типа соединения
и толщины свариваемого металла. Целью данной работы являлось изучение и сравнение структуры и механических
свойств проплавленного металла высокопрочных титановых сплавов с дисперсионным упрочнением и без, выполненных
аргонодуговым способом. показано, что в сравнении с титановым сплавом вт23, у опытного дисперсионно-упрочнен-
ного сплава показатели прочности проплавленного металла выше, но пластичность и ударная вязкость крайне низкие,
поэтому для него этот вид сварки и термообработки не рекомендуются. библиогр. 11, табл.6, рис.16.
К л ю ч е в ы е с л о в а : аргонодуговая сварка, ТИГ, структура, дисперсионное упрочнение, силициды титана, меха-
нические свойства, термообработка
Конструкционные высокопрочные сплавы на
основе титана благодаря своим уникальным ха-
рактеристикам, таким как высокая удельная
прочность при сохранении удовлетворительной
пластичности и высокая коррозионная стойкость,
нашли широкое применение в самолето- и раке-
тостроении, а также в производстве газотурбин-
ных двигателей. так, например, в конструкции
планеров современных пассажирских самолетов
сложнолегированные титановые сплавы по мас-
се составляют около 15 %, а в военных самолетах
— до 40 %. Дальнейшее развитие авиационной и
ракетной техники требует существенного повы-
шения эксплуатационных характеристик титано-
вых сплавов. одним из путей повышения предела
прочности таких сплавов является дисперсионное
упрочнение металла за счет выделения дисперс-
ных частиц из твердого раствора [1–5].
Дуговая сварка вольфрамовым электродом в
среде аргона до сих пор остается наиболее рас-
пространенным, относительно простым и универ-
сальным способом изготовления конструкций из
титановых сплавов [6].
помимо экспериментального (α+β)-сплава
(близкого по составу к известному Ti-1008) [7]
(табл. 1), были исследованы структура, фазовый
состав и механические свойства соединений про-
мышленного высокопрочного сплава вт23, вы-
полненного аргонодуговой сваркой. Это средне-
легированный (α+β)-сплав мартенситного класса,
который после закалки из β-фазы переходит в
α-мартенситную форму. Этот сплав отличается от
других повышенной технологической пластично-
стью, что позволяет в процессе изготовления де-
талей использовать прокатку, вальцовку, вытяжку,
ковку, штамповку, отбортовку и др. операции, свя-
занные с обработкой давлением [8].
при увеличении степени легирования сплавов
повышается их чувствительность к термическо-
му циклу сварки и опасность хрупкого разрушения
сварных соединений из-за пониженной пластично-
сти. Двухфазные (α+β)-сплавы титана значительно
повышают прочностные характеристики после ста-
рения и закалки. однако высокую прочность этих
сплавов, за редким исключением, не удается реа-
лизовать в сварных конструкциях, что обусловлено
трудностями, возникающими в процессе закалки и
старения конструкций, и главным образом понижен-
ной пластичностью сварных соединений в термиче-
ски упрочненном состоянии [9].
Целью данного исследования являлось изучение
влияния тиг-метода сварки на свариваемость тита-
новых сплавов с дисперсионным упрочнением. ре-
зультаты исследования структуры, фазового состава
© г. м. григоренко, с. в. ахонин, о. м. задорожнюк, и. н. Клочков, 2016
Т а б л и ц а 1 . Химический состав исследуемых сплавов, мас. %
сплав тип сплава Al Sn Zr Nb Mo V Cr Fe Si
№ 6 (α + β) 4,29 4,39 5,95 4,26 1,57 0,68 0,00 0,00 0,35
вт23 (α + β) 4,55 0,00 <0,35 <0,15 2,05 4,50 1,2 0,60 <0,15
НАУ НО- Е НИ ЕСКИ АЗ ЕЛ
12 SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
и механических свойств основного металла опытно-
го сплава подробно описаны в работе [7].
сварочный нагрев выполнялся вольфрамовым
неплавящимся электродом (присадочная проволо-
ка отсутствует) без сквозного проплавления ме-
талла. ток сварки составлял 350 а, скорость свар-
ки 10 м/ч, напряжение дуги 12 в.
химический состав исследуемых сплавов при-
веден в табл. 1.
микроструктура проплавленного металла экс-
периментального сплава № 6 представляет собой
крупные вытянутые зерна по нормали к линии
сплавления (рис. 1). структура и фазовый состав
определяются термическим циклом аргонодуго-
вой сварки (рис. 2).
микротвердость проплавленного металла со-
ставила 3680 мпа, в то время, как в металле зтв
она снизилась до 3430 мпа, и затем к основному
металлу ее значение возросло до 4010 мпа. при
исследованиях на сЭм установки JAMP 9500F
было обнаружено, что в шве дисперсные частицы
сложных силицидов, которые были обнаружены в
основном металле опытного сплава [7], в процес-
се проплавления металла практически полностью
растворились, вследствие чего не было возмож-
ности их идентифицировать. найдено некоторое
количество наночастиц алюмосилицидов тита-
на, расположенных по границам зерен (рис. 3, а).
Это объясняет понижение микротвердости в про-
плавленном металле по сравнению с основным
металлом.
на участке сплавления проплавленного ме-
талла с основным металлом данного образца на-
блюдается чередование полос шириной поряд-
ка 150 мкм без частиц и полос шириной около
83 мкм со значительным количеством дисперсных
частиц (рис. 3, б). в данной области происходят
основные фазовые превращения (температурный
интервал 890...1668 °с на рис. 2). микротвер-
дость этого участка у линии сплавления составля-
ет 3730 мпа, что, по-видимому, связано с наличи-
ем упрочняющих частиц алюмосилицидов титана
в месте измерения микротвердости.
в отличие от структуры проплавленного ме-
талла, в металле зтв наблюдается значитель-
ное увеличение количества частиц. размеры ча-
стиц сложных силицидов колеблются от 50 нм до
1 мкм. они расположены преимущественно рав-
номерно как по телу зерен, так и по границам.
Форма зерен приближается к равновесной, обра-
зуя тройную границу в вершине их соприкоснове-
ния (рис. 4).
в основном металле наблюдается наиболее
равномерное распределение частиц и максималь-
ная микротвердость (до 4010 мпа). Эти частицы
также расположены как по телу зерен, так и по
границам. размеры частиц варьируются в преде-
лах 70...150 нм (рис. 5).
рис. 1. различные участки сплава № 6 с проплавленным металлом, ×10 (а); микроструктура проплавленного металла, ×100
(б); микроструктура металла зтв, ×100 (в); микроструктура основного металла, ×100 (г)
НАУ НО- Е НИ ЕСКИ АЗ ЕЛ
13SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
с помощью программного обеспечения
STIMAN была посчитана объемная доля частиц.
Как было показано выше, в шве частицы практи-
чески отсутствуют. по линии сплавления их объ-
емная доля составила 0,9 %. в металле зтв их
размеры и количество возросло до 1,4 %, а в ос-
новном металле — 1,9 %.
Для качественного определения фазового со-
става был выбран участок, содержащий все струк-
турные составляющие. химический состав дис-
рис. 2. термический цикл аргонодуговой сварки (α+β)-титановых сплавов
рис. 3. микроструктура проплавленного металла опытного сплава: а — граница зерен в участке проплавленного металла,
×10000; б — участок линии сплавления, ×200
рис. 4. тройная граница зерен в металле зтв опытного спла-
ва, ×5000
рис. 5. характер расположения частиц по границе зерен ос-
новного металла опытного сплава, ×30000
НАУ НО- Е НИ ЕСКИ АЗ ЕЛ
14 SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
персных упрочняющих частиц, α-фазы и β-фазы
сварного соединения опытного сплава приведен в
табл. 2. характеристические спектры собирались
с участков анализа, отмеченных на рис. 6.
Как показывают результаты микрорентгенов-
ского анализа, анализ спектров 1 и 2 проводил-
ся в участках сложных силицидов (повышенное
содержание кремния и циркония), спектра 3 — в
участке β-фазы (повышенное содержание тяже-
лых элементов ниобия, молибдена и ванадия, ко-
торые отличаются светлой окраской на изображе-
нии сЭм), а спектра 4, соответственно, в участке
α-фазы с повышенным содержанием алюминия.
после проведенных исследований структуры и
фазового состава проплавленного металла опыт-
ного сплава выполнялась имитация послесвароч-
ной печной термической обработки (то). режим
нагрева: до температуры 1000 °с (1 ч), охлажде-
ние до 600...650 °с (1 ч) с последующим охлажде-
нием до комнатной температуры.
микроструктура проплавленного металла
опытного сплава после то представляет собой та-
кие же крупные вытянутые зерна, как и до то, но
в проплавленном металле обнаружена трещина
(рис. 7).
Т а б л и ц а 2 . Химический состав фазовых составляющих опытного сплава (мас. %)
Участок анализа
(номер спектра) Al Si Ti V Zr Nb Mo Sn всего
1 4,24 5,36 38,70 0,00 27,24 4,61 2,50 4,28 100,00
2 3,71 1,98 51,78 0,86 15,11 6,31 8,32 4,00 100,00
3 2,97 0,31 58,05 5,19 7,34 9,53 13,17 2,17 100,00
4 9,40 0,18 67,15 0,67 6,73 4,07 1,33 7,42 100,00
рис. 6. Электронное изображение участков анализа для энер-
годисперсионной спектрометрии (ЭДс), ×20000
рис. 7. макроструктура проплавленного металла опытного сплава после то, ×10 (а); микроструктура участка проплавленного
металла, ×100 (б); микроструктура металла зтв, ×100 (в); микроструктура основного металла, ×100 (г)
НАУ НО- Е НИ ЕСКИ АЗ ЕЛ
15SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
микротвердость проплавленного металла со-
ставляет 3860 мпа, в то время как в металле зтв
она снижается до значений 3600...3200 мпа, а в
основном металле незначительно возрастает до
значения 3580 мпа. таким образом, проплавлен-
ный металл после то характеризуется макси-
мальной твердостью и прочностью, но при этом
низкой пластичностью, что приводит к образова-
нию трещины.
на участке проплавленного металла после тер-
мообработки обнаружено значительное количе-
ство равномерно расположенных упрочняющих
дисперсных частиц разного размера (рис. 8), что
обеспечивает повышенное значение микротвердо-
сти по сравнению с зтв и основным металлом.
в зтв частицы обнаружены в меньшем коли-
честве и меньшего размера. в основном металле
наблюдаются частицы более крупных размеров.
объемная доля частиц на участке проплавленно-
го металла составляет 1,9 %, в зтв — 1,7 %, а в
основном металле 2,1 %. Это, возможно, свиде-
тельствует о том, что большое количество частиц
в проплавленном металле увеличиваются в разме-
рис. 8. распределение дисперсных частиц сложных сили-
цидов на поверхности шлифа опытного сплава после то,
×10000
рис. 9. изображение в обратнорассеянных электронах границы зерен на участке проплавленного металла сплава № 6 после
то: а — участок границы зерен с частицами, ×7000; б — коагулированные силициды по границе зерен, ×20000
рис. 10. макроструктура проплавленного металла сплава вт23, ×10 (а); микроструктура в центре проплавленного металла,
×50 (б); микроструктура участка металла зтв, ×50 (в); микроструктура основного металла, ×100 (г)
НАУ НО- Е НИ ЕСКИ АЗ ЕЛ
16 SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
рах за счет высокой температуры в процессе то.
в основном металле их объемная доля несколько
выше вследствие укрупнения их размеров.
исследования границ зерен и химического со-
става частиц опытного сплава после то проводи-
лись на сканирующем электронном микроскопе
высокого разрешения TESCAN MIRA 3 LMU с си-
стемой микроанализа OXFORD INSTRUMENTS
INCA ENERGY+.
по границам зерен шва наблюдается значи-
тельное скопление упрочняющих частиц сфериче-
ской формы. их размеры варьируются в широких
пределах — от 50 нм до 1 мкм (рис. 9, а). также
по границам обнаружены коагулированные сили-
циды (рис. 9, б). такие конгломераты по границам
зерен вызывают большие внутренние напряже-
ния, что возможно, является причиной образова-
ния трещины.
результаты исследований проплавленного ме-
талла экспериментального двухфазного сплава
сравнивали с результатами исследований про-
мышленного сплава вт23.
макроструктура проплавленного металла
сплава вт23 практически не отличается от макро-
структуры экспериментального сплава (рис. 10,
а). наблюдаются аналогичные вытянутые круп-
ные зерна по нормали к линии сплавления
(рис. 10, б). микротвердость участка проплавлен-
ного металла составляет 3550...3560 мпа. при пе-
реходе в зтв наблюдаются также участки крупно-
го зерна, но уже более равноосного типа (рис. 10,
в). микротвердость в металле зтв повышается
до значений 3750...3950 мпа. в основном метал-
ле сварного соединения сплава вт23 наблюдает-
ся двухфазная структура (рис. 10, г) со значением
микротвердости порядка 3200 мпа. такое рас-
пределение микротвердости связано с тем, что в
проплавленном металле и металле зтв образует-
ся метастабильная α′′-фаза мартенситного типа,
которая отличается высокой твердостью. помимо
этого, в проплавленном металле имеет место вы-
деление αн-фазы (низкотемпературной модифика-
ции α-фазы), которая более пластична [10].
исследования структуры проплавленного ме-
талла промышленно освоенного сплава вт23,
проведенные на сЭм TESCAN MIRA 3 LMU, по-
казали, что и на участке проплавленного металла,
и в зтв, и в основном металле наблюдаются чи-
стые границы зерен без охрупчивающих выделе-
ний, пор и микротрещин (рис. 11).
также как и в случае опытного сплава был про-
веден анализ химического состава проплавленно-
го металла сплава вт23 (табл. 3 по рис. 11 ).
проплавленный металл титановых сплавов
№ 6 и вт23 после имитации аргонодуговой свар-
ки подвергался испытаниям на растяжение и удар-
ную вязкость. результаты механических испыта-
ний приведены в табл. 4.
образец сплава № 6 при испытании на растя-
жение цилиндрических образцов разорвался в ме-
сте захвата. Это, возможно, связано с тем, что вся
нагрузка пришлась на участок с микротрещина-
ми. вследствие этого была получена низкая, не-
характерная для данного сплава прочность. поэ-
тому были проведены дополнительные испытания
на сжатие (на испытательной машине UTM-100 с
максимальной нагрузкой 100 кн). результаты ме-
ханических испытаний на сжатие приведены в
табл. 5.
рис. 11. изображение в обратнорассеянных электронах ми-
кроструктуры границы зерен в шве сварного соединения
вт23, ×30000
Т а б л и ц а 3 . Химический состав α- и β-фаз проплавленного металла сплава ВТ23 (мас. %)
Участок анализа (номер спектра) Al Si Ti V Cr Fe Mo всего
1 4,21 0,20 82,03 5,63 1,23 0,65 3,92 100,00
2 3,51 0,34 76,22 8,06 2,20 2,20 5,04 100,00
Т а б л и ц а 4 . Механические свойства основного метал-
ла и проплавленного сплавов № 6 и ВТ23
сплав σт,
мпа
σв,
мпа
KCV,
Дж/см2 δ, %
вт23
ом 1050 1200 42 5
проплавленный
металл 1084 1128 29,6 1,3
№ 6
ом 1330 1420 4 1
проплавленный
металл - 560 < 1 < 1
Т а б л и ц а 5 . Механические свойства основного метал-
ла и проплавленного сплава №6 при испытании на сжа-
тие
сплав σт,
мпа
σв,
мпа
ψ,
%
№ 6
ом 1220 1850 6
проплавленный металл 1315 1440 2,5
НАУ НО- Е НИ ЕСКИ АЗ ЕЛ
17SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
таким образом, при испытании на сжатие по-
лучили предел прочности проплавленного метал-
ла, который составляет 80 % предела прочности
основного металла (Кв = 0,8), а предел текучести
проплавленного металла даже превысил показате-
ли основного металла.
поверхность разрушения после испытаний на
ударную вязкость образцов Шарпи в области про-
плавленного металла представляет собой локальный
участок, образованный по механизму микроскола
(рис. 12). его наличие свидетельствует о квазихруп-
ком характере разрушения данного участка металла.
при больших увеличениях видны микротрещины
(рис. 13).
Как и в случае исследования шлифа, на по-
верхности излома не были обнаружены дисперс-
ные частицы алюмосилицидов титана. Это под-
тверждает ранее высказанную мысль о том, что
вследствие высокой температуры и длительности
процесса аргонодуговой сварки эти частицы ча-
стично растворяются и мы не можем их иденти-
фицировать. Это согласуется с возможностью об-
ратимого течения дисперсионного механизма [11].
химический состав участка проплавленного ме-
талла соответствует составу матрицы, и частицы
не обнаружены.
после проведения то проплавленного метал-
ла сплава № 6 также подвергался механическим
испытаниям на ударную вязкость и растяжение.
при небольших увеличениях видны скольные
участки с равноосной крупнозеренной структурой
(рис. 14).
если непосредственно после аргонодуговой
имитации сварки были обнаружены только ми-
кротрещины при больших увеличениях, то тут от-
четливо видны вторичные межзеренные трещины
даже при увеличении 500 крат. Это указывает на
высокую чувствительность данного сплава к на-
греву в процессе то.
при больших увеличениях обнаружено значи-
тельное количество дисперсных упрочняющих ча-
стиц, а также микротрещин, которые идут как по
границам, так и по телу зерен. в процессе то ча-
стицы увеличились в размерах до значений, кото-
рис. 12. поверхность разрушения проплавленного металла
опытного сплава, ×25
рис. 13. Участок излома опытного сплава с микротрещинами, ×5000 (×20000)
рис. 14. поверхность излома образца опытного сплава после
то, ×500
Т а б л и ц а 6 . Химический состав структурных составляющих излома проплавленного металла сплава № 6 после
ТО, мас. % (по рис. 15, а)
Участок анализа (номер спектра) Al Si Ti V Zr Nb Mo Sn всего
1 3,83 8,45 38,89 1,21 35,63 3,48 1,38 4,77 100,00
2 3,72 9,44 38,94 0,38 38,75 1,84 0,43 4,57 100,00
3 8,50 0,24 70,43 1,52 6,10 3,55 0,73 7,79 100,00
НАУ НО- Е НИ ЕСКИ АЗ ЕЛ
18 SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
рые можно идентифицировать с помощью сЭм.
они расположены в ямках излома, что указывает
на более вязкий тип разрушения металла. низкий
уровень пластичности данного материала может
быть связан с увеличением количества и протя-
женности микротрещин вследствие градиента
температур при нагреве во время то. обнаружен-
ные частицы имеют разные размеры — от 1 мкм
до 50 нм. характер распределения частиц и хими-
ческий анализ фазовых составляющих представ-
лены на рис. 15 и в табл. 6 (по рис. 15, а).
результаты химического анализа показывают,
что все частицы, которые обнаружены на поверх-
ности излома сплава после то – алюмосилициды
титана. то способствует увеличению их размеров
до 50 нм и выше.
после механических испытаний промышлен-
ного высокопрочного сплава вт23 также выпол-
няли фрактографический анализ поверхности
разрушения.
поверхность излома менее хрупкая в сравне-
нии с экспериментальным сплавом (рис. 16), что
подтверждает более высокие показатели ударной
вязкости и пластичности.
таким образом, после изучения проплавлен-
ного металла экспериментального дисперсион-
но-упрочненного (α+β)-титанового сплава и про-
мышленного высокопрочного (α+β)-титанового
сплава вт23, выполненных тиг-методом, можно
заключить следующее:
– непосредственно после имитации сварки
дисперсные упрочняющие алюмосилициды ти-
тана на участке проплавленного металла частич-
но растворяются вследствие длительного воз-
действия высокой температуры, т. е. после тиг
проплавленный металл экспериментального спла-
ва является не дисперсионно-упрочненным, а с
твердорастворным упрочнением. помимо это-
го, при больших увеличениях наблюдаются ми-
кротрещины, обусловленные послесварочными
напряжениями;
– после то происходит укрупнение упрочня-
ющих частиц за счет коагуляционных процессов.
Эти частицы обусловливают более вязкий излом
по ямочному механизму отрыва. микротрещины
увеличиваются в размерах и в количестве и приво-
дят к трещине по центру проплавленного металла.
рис. 15. излом проплавленного металла опытного сплава после то: а — упрочняющие частицы и микротрещины, ×10000;
б — наночастицы в ямке излома и наноразмерные трещины, × 40000
рис. 16. излом проплавленного металла сплава вт23: а — во вторичных электронах; б — в обратнорассеянных, ×4000
НАУ НО- Е НИ ЕСКИ АЗ ЕЛ
19SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
Это происходит вследствие градиента температур
при нагреве во время то;
– в сравнении с промышленным высокопроч-
ным (α+β)-титановым сплавом вт23, у опытного
дисперсионно-упрочненного сплава показатели
прочности выше, но пластичность и ударная вяз-
кость крайне низкие, поэтому для него нельзя ре-
комендовать этот вид сварки и то.
1. гольдштеин м. и. специальные стали: учебник для ву-
зов / м. и. гольдштеин, с. в. грачев, Ю. г. векслер. – м.:
металлургия, 1985. – 408 с.
2. ржевская с. в. материаловедение: учебник / с. в. ржев-
ская. – [4-е изд.]. – м.: логос, 2004. – 413 с.
3. металлы и сплавы. справочник: под ред. Ю. п. солнце-
ва; с.-пб: нпо «профессионал», 2003. – 1066 с.
4. трефилов в. и. Деформационное упрочнение и разру-
шение поликристаллических металлов / в. и. трефилов,
1987. – 248 с.
5. повышение прочности или упрочнение материалов
[Электронный ресурс] / а. а. бочвар. – 2012. – режим
доступа к статье: http://do.gendocs.ru/docs/index-223261.
html
6. замков в. н. металлургия и технология сварки титана и
его сплавов / в. н. замков. – [2-е изд.]. – К.: наукова дум-
ка, 1986. – 240 с.
7. Дисперсионно-упрочненные титановые сплавы системы
Ti–Si–X / г. м. григоренко, с. в. ахонин, т. г. тарано-
ва [и др.] // современная электрометаллургия. – 2012. –
№ 1. – с. 45–53.
8. нпо «титан». справка. [Электронный ресурс]. – режим
доступа к справочнику: http://www.npctitan.ru/spravka/
alloys/23/.
9. глазунов с. г. Конструкционные титановые сплавы /
с. г. глазунов, в. н. моисеев. – м.: металлургия, 1974.
– 368 с.
10. математическое моделирование структурных превраще-
ний в зтв титанового сплава вт23 при сварке тиг / с.
в. ахонин, в. Ю. белоус, а. Ф. мужиченко [и др.] // ав-
томатическая сварка. – 2013. – № 3. – с. 26–29.
11. григоренко г. м. Дисперсионное упрочнение – путь к
повышению прочностных свойств титановых сплавов
нового поколения (обзор) / г. м. григоренко, о. м. за-
дорожнюк // современная электрометаллургия. – 2012.
– № 4. – с. 42–50.
поступила в редакцию 12.04.2016
Международная конференция
СВАРКА И РОДСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ —
СЕГОДНЯ И В БУДУЩЕМ
100-
5 6 2018
Научные направления конференции
-
тезисы докладов направлять до 01.11.2017 г. в адрес оргкомитета:
E-mail: journal@paton.kiev.ua
www.patonpublishinghouse.com
І
|