Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению

Методом растровой микроскопии изучен характер структурных превращений, которые протекают в алюминиевом сплаве В96 при сварочном нагреве. Проведена количественная и качественная оценка состава фаз и их морфологических особенностей в зависимости от теплофизических условий сварки неплавящимся электродо...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2006
Hauptverfasser:	Лабур, Т.М., Таранова, Т.Г., Костин, В.А., Ищенко, А.Я., Григоренко, Г.М., Федорчук, В.Е.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2006
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99139
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:	Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению / Т.М. Лабур, Т.Г. Таранова, В.А. Костин, А.Я. Ищенко, Г.М. Григоренко, В.Е. Федорчук // Автоматическая сварка. — 2006. — № 11 (643). — С. 22-26. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99139
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-991392025-02-09T11:21:29Z Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению Effect of structural transformations in welding of aluminium alloy V96 on parameters of fatigue resistance Лабур, Т.М. Таранова, Т.Г. Костин, В.А. Ищенко, А.Я. Григоренко, Г.М. Федорчук, В.Е. Научно-технический раздел Методом растровой микроскопии изучен характер структурных превращений, которые протекают в алюминиевом сплаве В96 при сварочном нагреве. Проведена количественная и качественная оценка состава фаз и их морфологических особенностей в зависимости от теплофизических условий сварки неплавящимся электродом и электронным лучом. Определено влияние объемной доли фаз на процессы зарождения и распространения трещины в условиях внецентренного разрушения образцов сварных соединений. The character of structural transformations occurring in aluminium alloy B96 during welding heating was studied by scanning electron microscopy. The composition of phases and their morphological peculiarities were estimated quantitatively and qualitatively, depending upon the thermal-physical conditions of tungsten electrode and electron beam welding. Effect of the volume content of phases on the processes of initiation and propagation of cracks under conditions of off-centre fracture of samples of welded joints was evaluated. 2006 Article Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению / Т.М. Лабур, Т.Г. Таранова, В.А. Костин, А.Я. Ищенко, Г.М. Григоренко, В.Е. Федорчук // Автоматическая сварка. — 2006. — № 11 (643). — С. 22-26. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99139 621.791:669.71 ru Автоматическая сварка application/pdf 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 Лабур, Т.М. Таранова, Т.Г. Костин, В.А. Ищенко, А.Я. Григоренко, Г.М. Федорчук, В.Е. Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению Автоматическая сварка
description	Методом растровой микроскопии изучен характер структурных превращений, которые протекают в алюминиевом сплаве В96 при сварочном нагреве. Проведена количественная и качественная оценка состава фаз и их морфологических особенностей в зависимости от теплофизических условий сварки неплавящимся электродом и электронным лучом. Определено влияние объемной доли фаз на процессы зарождения и распространения трещины в условиях внецентренного разрушения образцов сварных соединений.
format	Article
author	Лабур, Т.М. Таранова, Т.Г. Костин, В.А. Ищенко, А.Я. Григоренко, Г.М. Федорчук, В.Е.
author_facet	Лабур, Т.М. Таранова, Т.Г. Костин, В.А. Ищенко, А.Я. Григоренко, Г.М. Федорчук, В.Е.
author_sort	Лабур, Т.М.
title	Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению
title_short	Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению
title_full	Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению
title_fullStr	Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению
title_full_unstemmed	Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению
title_sort	влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава в96 на параметры сопротивления разрушению
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Научно-технический раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99139
citation_txt	Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению / Т.М. Лабур, Т.Г. Таранова, В.А. Костин, А.Я. Ищенко, Г.М. Григоренко, В.Е. Федорчук // Автоматическая сварка. — 2006. — № 11 (643). — С. 22-26. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT laburtm vliâniestrukturnyhprevraŝenijprisvarkealûminievogosplavav96naparametrysoprotivleniârazrušeniû AT taranovatg vliâniestrukturnyhprevraŝenijprisvarkealûminievogosplavav96naparametrysoprotivleniârazrušeniû AT kostinva vliâniestrukturnyhprevraŝenijprisvarkealûminievogosplavav96naparametrysoprotivleniârazrušeniû AT iŝenkoaâ vliâniestrukturnyhprevraŝenijprisvarkealûminievogosplavav96naparametrysoprotivleniârazrušeniû AT grigorenkogm vliâniestrukturnyhprevraŝenijprisvarkealûminievogosplavav96naparametrysoprotivleniârazrušeniû AT fedorčukve vliâniestrukturnyhprevraŝenijprisvarkealûminievogosplavav96naparametrysoprotivleniârazrušeniû AT laburtm effectofstructuraltransformationsinweldingofaluminiumalloyv96onparametersoffatigueresistance AT taranovatg effectofstructuraltransformationsinweldingofaluminiumalloyv96onparametersoffatigueresistance AT kostinva effectofstructuraltransformationsinweldingofaluminiumalloyv96onparametersoffatigueresistance AT iŝenkoaâ effectofstructuraltransformationsinweldingofaluminiumalloyv96onparametersoffatigueresistance AT grigorenkogm effectofstructuraltransformationsinweldingofaluminiumalloyv96onparametersoffatigueresistance AT fedorčukve effectofstructuraltransformationsinweldingofaluminiumalloyv96onparametersoffatigueresistance
first_indexed	2025-11-25T21:12:44Z
last_indexed	2025-11-25T21:12:44Z
_version_	1849798337948024832
fulltext	УДК 621.791:669.71 ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ПРИ СВАРКЕ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА В96 НА ПАРАМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ РАЗРУШЕНИЮ Т. М. ЛАБУР, д-р техн. наук, Т. Г. ТАРАНОВА, В. А. КОСТИН, кандидаты техн. наук, чл.-коры А. Я. ИЩЕНКО, Г. М. ГРИГОРЕНКО, В. Е. ФЕДОРЧУК, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Методом растровой микроскопии изучен характер структурных превращений, которые протекают в алюминиевом сплаве В96 при сварочном нагреве. Проведена количественная и качественная оценка состава фаз и их морфо- логических особенностей в зависимости от теплофизических условий сварки неплавящимся электродом и электронным лучом. Определено влияние объемной доли фаз на процессы зарождения и распространения трещины в сварных соединениях в условиях внецентренного разрушения. К л ю ч е в ы е с л о в а : высокопрочный алюминиевый сплав, термический цикл сварки плавлением, зона термического влияния, скорость охлаждения, сопротивление разрушению, микроструктура, включения, исследования Структурные превращения, происходящие в алю- миниевых сплавах при термическом цикле сварки, вызывают разупрочнение металла в околошовной зоне, а также охрупчивание отдельных структур- ных составляющих [1–5]. Судя по публикациям, однозначного мнения о влиянии фазовых вклю- чений и частиц на прочность и вязкость разру- шения сварных соединений нет. При этом отме- чается, что частицы снижают сопротивление разрыву, способствуют разрушению металла пе- ред вершиной трещины, отслоению их поверх- ности от границы контакта с матрицей и т. д. Для более полного понимания явлений, происхо- дящих при термическом цикле сварки, исследо- вали сплав В96, который характеризуется высо- кими значениями механических свойств, но трудно сваривается [6]. С целью установления объемной доли фаз, вы- деляющихся во время термического цикла сварки, выявления особенностей их морфологии и хими- ческого состава, влияния на процессы зарождения и распространения трещин в структуре околошов- ной зоны использовали метод моделирования тер- мического цикла сварки дугой неплавящимся электродом и электронным лучом. Для этого вы- резали из листа толщиной 3 мм плоские образцы размером 36 57 мм с острым надрезом глубиной 11 мм и радиусом 0,1 мм в вершине. Режимы наг- рева образцов выбирали, исходя из термокинети- ческой диаграммы превращений исследуемых сплавов [7]. В результате нагрева получили об- разцы с различными структурными составляющи- ми, идентичные тем, которые возникают в локаль- ных участках металла ЗТВ при сварке алюмини- евых сплавов. Последующее испытание обрабо- танных образцов выполняли в условиях внецен- тренного растяжения, что позволило, помимо изу- чения структуры, определить характеристики соп- ротивления разрушению отдельных участков. Структурный анализ частиц, выделяющихся в сплаве при нагреве и охлаждении, выполняли с помощью растрового электронного микроскопа JSM-840. Изучив изменение рельефа поверхности разрушения, отмечали особенности структурных фрагментов излома на пути распространения тре- щины. Определение объемной доли частиц, рас- положенных вдоль границ зерен, размера, формы и топологии распределения позволило установить влияние зависимости их на основные физико-ме- ханические свойства сварных соединений в ме- талле ЗТВ. Количественную оценку объемной доли частиц в структурах исследуемых образцов проводили с использованием компьютерной программы Image Pro 30, которая помогает выделить характерные элементы структуры на основании цветового кон- траста с последующей математической обработ- кой. В сочетании с программой Statistica 5.0 она позволяет обработать полученные результаты по одному из статистических подходов и на их ос- нове построить графические зависимости. Как показали результаты исследования объем- ной доли включений характер их распределения неоднородный на разном расстоянии от надреза по высоте образца (рис. 1). Во время термического цикла сварки дугой неплавящимся электродом он составляет 2…7,2, электронным лучом — 0,8…4 %. Максимальное количество выделений при дуговой сварке отмечается в состоянии после отжига, в условиях сварки электронным лучом © Т. М. Лабур, Т. Г. Таранова, В. А. Костин, А. Я. Ищенко, Г. М. Григоренко, В. Е. Федорчук, 2006 22 11/2006 — на участке закалки. В состоянии перегрева (550 °С), который имитирует металл границы сплавления сварных соединений, объемная доля их изменяется в пределах 2,11…3,58 % (мини- мальная по сравнению с другими условиями наг- рева и охлаждения при сварочном цикле), что со- ответствует расстоянию от надреза 10 и 18 мм. Нагрев сплава В96 до температуры закалки (460 °С) при обоих способах сварки приводит к увеличению объемной доли включений. В условиях быстрого охлаждения металла в воде наибольшее количество включений (3,9 %) отмечается на участке, расположенном на рассто- янии 10 мм, а наименьшее (2,1 %) — 18 мм от надреза. При охлаждении на воздухе эта величина составляет 6,44 и 2,34 % соответственно. Подоб- ная закономерность фазовых выделений в иссле- дуемом сплаве отмечается при охлаждении с тем- пературы отжига (360 °С). Количество выделений при охлаждении в воде сохраняется, а на воздухе увеличивается в 2…2,5 раза по сравнению с сос- тоянием металла после закалки. В состоянии ме- талла после отпуска значение объемной доли включений близко к их значениям в состоянии отжига при охлаждении на воздухе, в состоянии старения наблюдается резкое снижение объемной доли фаз при их укрупнении. В участке металла у надреза количество объемной доли включений составляет 0,77, а на расстоянии 10 мм — 2,42 %, что в 2….3 раза меньше по сравнению с другими участками нагрева в металле ЗТВ. Таким образом, установленные закономерности изменения объем- ной доли включений в сплаве В96 от температуры нагрева показывают, что по сравнению с исход- ным состоянием наибольшее количество фаз вы- деляется в условиях нагрева до состояния отжига при охлаждении на воздухе. Этот факт может быть связан с интенсивностью процессов коагуляции неметаллических включений в данном сплаве. Рассмотрим влияние термообработки и среды ох- лаждения на количество включений в металле (табл. 1). При сравнении видно, что нижний пре- дел значений при закалке постоянный и равен при- мерно 2 %. Верхний изменяется от 3,97 до 6,48 %, что указывает на высокую чувствительность спла- ва В96 к скорости охлаждения. В состоянии от- жига скорость охлаждения оказывает влияние как на нижний, так и на верхний предел. При ох- лаждении в воде объем включений такой же, как и в состоянии закалки, и составляет 2,08, а при охлаждении на воздухе — 3,92 %. Верхний пре- дел изменения объемной доли включений при этом равен 7,05 %, что практически близко к сос- тоянию закалки. Такая же закономерность выделений фаз от- мечается и для значений верхнего предела в об- разцах, охлажденных на воздухе. Однако диапазон значений объемной доли фазовых выделений в состоянии закалки шире, чем при отжиге, что можно объяснить различной скоростью образо- вания фаз при исследуемых условиях охлаждения. На рис. 2 и 3 приведена зависимость объемной доли фазовых выделений и микроструктура ис- следуемого сплава от условий нагрева при элек- тронно-лучевой сварке и сварке неплавящимся электродом сплава В96 в различных участках ме- талла ЗТВ. Как видно из данных на рисунках, характер распределения фаз в структурах неоди- наков, что связано с температурно-временными отличиями процессов, протекающих при нагреве и охлаждении исследуемого сплава. Так, в усло- виях нагрева при электронно-лучевой сварке мак- симальные значения выделения фаз наблюдаются для состояний закалки и отпуска, а минимальные — в состоянии старения. Это может вызвать ухуд- шение свойств сварных соединений на соответ- ствующем участке металла ЗТВ. Объемная доля включений при перегреве и отжиге такая же, как и в основном металле (рис. 2). В условиях нагрева, моделирующих сварку неплавящимся электродом (рис. 3), максимальное количество выделений фаз (5,21 %) наблюдается в состоянии отжига, что в 2 раза выше, чем после сварки электронным лу- чом. Обратная закономерность наблюдается в ме- Рис. 1. Характер изменения объемной доли включений по высоте образца в зависимости от состояния металла при наг- реве, имитирующим условия дуговой сварки неплавящимся электродом (а) и электронным лучом (б) Т а б л и ц а 1. Влияние термообработки и среды охлажде- ния на количество включений в металле Вид термообработки Среда охлаждения Объемная доля вклю- чений (max/min), % Закалка (460 °С) Вода 3,97/2,00 Воздух 6,48/2,35 Отжиг (360 °С) Вода 3,54/2,08 Воздух 7,15/3,92 11/2006 23 талле в состоянии закалки. Отмечаемые особенности микроструктуры обуслов- лены разницей скорости охлаждения металла после соответствующего сва- рочного нагрева. При сварке образцов электронным лучом изменение объем- ной доли включений носит синусои- дальный характер, в условиях неплавя- щегося электрода отмеченная зависи- мость нарушается вследствие увеличе- ния продолжительности термического цикла, действующего во время сварки. В ходе исследований морфологии расположения выделяющихся при сва- рочном нагреве частиц установлено, что воздействие термического цикла приво- дит к образованию в сплаве от трех до пяти различных видов выделений, по- мимо нерастворяющихся включений интерметаллидных фаз. Используемая в работе компьютер- ная методика определения объемной доли включений, содержащихся в ис- следуемых образцах, не позволила их идентифицировать в отдельности, что связано с недостаточным разрешением программы Image Pro по цветовому кон- трасту. В связи с этим в ходе изучения особенностей морфологии структуры в зоне распространения трещины были вырезаны шлифы в поперечном сечении относительно проката, поскольку имен- но это направление полуфабрикатов алюминиевых сплавов характеризуется наименьшим уровнем свойств. Соглас- но [8] сплав В96 содержит включения фаз, химический состав которых состо- ит из соединений основных легирую- щих элементов, %: 26…28 Cu, 38…40 Zn, 11…14 Mg. Их форма и размеры в структуре определяются температурой нагрева и условиями охлаждения метал- ла в ЗТВ. Так, при теплофизических ус- ловиях, моделирующих сварку электрон- ным лучом, размеры фаз колеблются в пределах 1,77…4,94, а при сварке неп- лавящимся электродом 2,5…7,82 мкм. Располагаются они в виде скоплений пре- имущественно вдоль границ зерен, орие- нтированных в направлении проката. Микроструктура сплава В96 в сос- тоянии перегрева, характерного для основного металла у границы сплав- ления, характеризуется наличием трех видов фазовых выделений (табл. 2). Стехиометрическая формула фазы бе- лого цвета может быть идентифициро- вана как MgZn2. Она имеет преимущес- Рис. 2. Характер изменения объемной доли включений и микроструктуры ( 200) сплава В96 в зависимости от теплофизических условий нагрева, моделирующих процесс сварки электронным лучом Рис. 3. Характер изменения объемной доли включений и микроструктуры ( 200) сплава В96 от теплофизических условий нагрева, моделирующих процесс сварки дугой неплавящимся электродом 24 11/2006 твенно округлую форму размером 0,5…2 мкм и располагается в объеме твердого раствора (рис. 2, 3, позиция 1). Частицы серого цвета, имеющие игольчатую форму, могут принадлежать соедине- нию Fe2SiAl8. Темные частицы, которые значи- тельно меньше по размерам, можно отнести к фазе Mg2Si. Все перечисленные типы фаз находятся в твердом растворе. По границам зерен отчетливо видны эвтектические образования длиной 2…15 мкм и шириной 0,3…0,7 мкм предположительно- го состава Mg3Zn3Al2 [ 8 ]. После закалки и ох- лаждения на воздухе в микроструктуре сплава об- наруживается пять разновидностей фаз округлой формы (рис. 2, позиция 2), которые неравномерно располагаются в теле и по границам зерен. В от- личие от предыдущего состояния в объеме ме- талла содержатся комплексные фазы (серые с бе- лой окантовкой), которые крупнее по сравнению с другими типами включений. Увеличение скорости охлаждения металла, наг- ретого до температуры закалки, уменьшает коли- чество фазовых выделений до четырех видов. При этом они меньше по размеру (1,77…4,94 мкм), ха- рактер их расположения неоднороден. Темных частиц с белой оторочкой, которые являются эв- тектикой, не обнаружено, что свидетельствует о влиянии скорости охлаждения металла при тер- мическом цикле сварки алюминиевых сплавов не только на объем выделений, но и на разнообразие видов фазовых вы- делений. В структуре металла в состоянии отжига и охлаждения в воде (рис. 2, позиция 3) можно выделить также четыре вида фаз, как и в состоянии закалки. Три из них относятся к основному составу ис- следуемого сплава, указанному выше. В структуре отсутствует фаза серого цвета с темной оторочкой, что, по-видимому, обусловлено температурой нагрева и сре- дой охлаждения. Действие такой темпе- ратуры сравнительно длительное время при охлаждении металла на воздухе дос- таточно для выделения пяти видов фаз (рис. 3, позиция 2). Крупные коагулированные частицы хаотически расположены в объеме зерен, вдоль границ расположены мелкие частицы в виде цепочек. Особенностью данной структуры явля- ется наличие комплексных частиц серого цвета с черной оторочкой. В состоянии старения в ме- талле наблюдается все пять типов более крупных фаз, количество которых больше, чем при других условиях нагрева (рис. 2, 3, позиция 5). В основ- ном металле также отмечено пять типов фаз (рис. 2, 3, позиция 6), при этом в микроструктуре четко просматривается их строчечное расположе- ние относительно направления проката, неодно- родность распределения фаз, а также большое ко- личество комплексных выделений. Таким образом, в результате проведенных ис- следований можно с уверенностью утверждать, что в алюминиевом сплаве В96 в процессе наг- рева, присущего сварочному циклу, содержится различное количество фаз, зависящее от темпе- ратуры и среды охлаждения. При перегреве име- ется только три типа фаз, состоящих из основных легирующих элементов. Поскольку для данного состояния характерна высокая температура, про- цесс оплавления зерен по сравнению с процессом выделения фаз доминирует. Т а б л и ц а 2. Влияние условий нагрева и среды охлаждения на вид включений Цветовая окраска фаз Перегрев (550 °С, 3 с) Закалка (460 °С, 1 ч, вода) Закалка (460 °С, 1 ч, воздух) Отжиг (360 °С, 20 мин, вода) Отжиг (360 °С, 20 мин, воздух) Отпуск (360 °С, 3 мин) Старение (140 °С) Основной металл (20 °С) Белая MgZn2 MgZn2 MgZn2 MgZn2 MgZn2 MgZn2 MgZn2 MgZn2 Серая Fe2SiAl8 Fe2SiAl8 Fe2SiAl8 Fe2SiAl8 Fe2SiAl8 Fe2SiAl8 Fe2SiAl8 Fe2SiAl8 Темная Mg2Si Mg2Si Mg2Si Mg2Si Mg2Si Mg2Si Mg2Si Mg2Si Темная с белой оторочкой — Mg3Zn3Al2 Mg3Zn3Al2 Mg3Zn3Al2 Mg3Zn3Al2 Mg3Zn3Al2 Mg3Zn3Al2 Mg3Zn3Al2 Серая с черной оторочкой — — Al– Mg3Zn3Al2– MgZn2 — Al– Mg3Zn3Al2– MgZn2 — Al– Mg3Zn3Al2– MgZn2 Al– Mg3Zn3Al2– MgZn2 Общее количество фаз 3 4 5 4 5 4 5 5 Т а б л и ц а 3. Влияние условий нагрева на характеристики вязкос- ти разрушения сплава В96 в различных температурных участках металла ЗТВ сварных соединений Условия нагрева σp, МПа Кс, МПа√м Jc, Дж/см2 УРРТ, Дж/см2 Перегрев (ЗС) (550 °С, 3 с) 415 22,1 6,3 4,3/2,0 Закалка (460 °С, 1 ч) 499/427 12,9/12,9 8,6/8,0 2,2/2,7 Отжиг (360 °С, 20 мин) 343/401 15,1/5,5 8,0/6,3 2,7/0,5 Отпуск (360 °С, 3 мин) 373 26,8 10,6 5,4 Старение (140 °С, 7 ч) 251 8,1 3,5 1,1 Исходное состояние 453 5,5 3,6 0,5 Пр и м е ч а н и е . В числителе приведены результаты испытания после нагрева и охлаждения в воде, моделирующие условия сварки электронным лучом, в знаменателе — после нагрева и охлаждения на воздухе, режимы которых моделируют условия нагрева при дуговой сварке. 11/2006 25 Четыре типа фаз связаны с условиями темпе- ратуры (отпуска) и скоростью охлаждения при за- калке и отжиге. В данном случае появляется слож- ная комплексная темная с белой оторочкой фаза, которая образуется при охлаждении металла с вы- сокой скоростью или в условиях кратковременного (3 мин) нагрева (см. табл. 2). Пять типов фаз свя- заны с появлением дополнительной комплексной фазы серого цвета с черной оторочкой. Возможно, они имеют эвтектический состав, поскольку в ус- ловиях внецентренного растяжения образца проя- вили себя как очаги хрупкого разрушения. Результаты механических испытаний на вне- центренное растяжение образцов сплава В96 в раз- личных термических состояниях показали (табл. 3), что увеличение объемной доли фаз при нагреве и неблагоприятная форма их выделений вдоль границ зерен приводит к облегчению за- рождения и распространению трещины, что сни- жает способность сплава к локальной пластичес- кой деформации. Наибольшее влияние на уровень энергии рас- пространения трещины (УРРТ) оказывает ско- рость охлаждения металла, значение которой в состоянии перегрева соответствует 4,3 Дж/см2. При быстром охлаждении (в воде) после закалки этот показатель составляет 2,2…2,7 Дж/см2. На- именьшие его значения (0,5 Дж/см2) соответству- ют основному металлу в исходном состоянии и образцу после охлаждения на воздухе, модели- рующему условия сварки неплавящимся электро- дом. Максимальные значения УРРТ (5,4 Дж/см2) отмечают в структуре сплава после нагрева до температуры отпуска (360 °С). На участке металла ЗТВ, где при сварочном нагреве происходит ста- рение, показатель составляет 1,1 Дж/см2. Значение критического коэффициента интенсивности нап- ряжения Кс также определяется скоростью охлаж- дения металла, особенно после нагрева до тем- пературы отжига. В этом случае величина Kс уменьшается в 3 раза. Изменения структуры, происходящие при искус- ственном старении сплава В96, приводят к сниже- нию не только значений номинального разрушающего напряжения в 1,5 раза, но и других показателей вяз- кости разрушения (Kс = 8,1МПа√м, Jc = 3,5 Дж/см2, УРРТ = 1,1 Дж/см2). Таким образом, полученные результаты иссле- дований дают представление о структурных из- менениях, протекающих в сплаве В96, в процессе технологического нагрева и их влиянии на способ- ность сварных соединений сплава сопротивляться зарождению и распространению трещин при раз- рушении. Тот факт, что наблюдаемые явления протекают в пределах определенных теплофизи- ческих условий, показывает необходимость их учета при разработке технологии соединения. Выводы 1. Установлены закономерности образования структурной неоднородности в металле ЗТВ спла- ва В96 при различных теплофизических условиях сварки плавлением. Показано, что при сварочном нагреве сформировавшаяся структура сварных со- единений определяет физико-механические свойства в зависимости от способа и режима свар- ки. Степень изменения свойств зависит от объем- ной доли фаз и включений, связанных с исходным состоянием сплава и способом сварки. 2. Проведена количественная и качественная оценка фаз, выделяющихся в околошовной зоне сплава В96 под воздействием термического цикла сварки. Определено влияние объемной доли фаз на процессы зарождения и распространения тре- щины при разрушении. 3. Исследованы условия нагрева и охлаждения, при которых формируется однородная структура с минимальным объемом хрупких выделений межзеренных прослоек, обеспечивающих высокие значения характеристик сопротивления металла зарождению и распространению трещин при раз- рушении сварного соединения сплава В96. 1. Давыдов В. Г. Металловедческие и технологические ис- следования алюминиево-литиевых сплавов на современ- ном этапе // Технология легких сплавов. — 1997. — № 5. — С. 15–25. 2. Фудзивара Т. Технологии соединения легких металлов в авиационной и космической технике // Кэйкиндзоку есэ- цу. — 2001. — 39, № 3. — С. 1–11. 3. Kiyoto S. Materials and joining technologies for rocket struc- tures // J. the Japan Welding Soc. — 1993. — 62, № 8. — P. 46–52. 4. Ищенко А. Я., Склабинская И. Е. Особенности превра- щений в зоне термического влияния при сварке некото- рых высокопрочных алюминиевых сплавов // Автомат. сварка. — 1979. — № 5. — С. 26–29. 5. Рабкин Д. М. Металлургия сварки плавлением алюминия и его сплавов. — Киев: Наук. думка, 1986. — 256 с. 6. Алюминиевые сплавы. Структура и свойства полуфабри- катов из алюминиевых сплавов: Справочник / Под ред. В. А. Ливанова. — М.: Металлургия, 1974. — 432 с. 7. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение): Справочник / Под ред. Х. Нильсена, В. Хуфнагеля, Г. Гану- лиса: Пер. с нем. — М.: Металлургия, 1979. — 680 с. 8. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. — М.: Металлургия, 1979. — 639 с. The character of structural transformations occurring in aluminium alloy B96 during welding heating was studied by scanning electron microscopy. The composition of phases and their morphological peculiarities were estimated quantitatively and qualitatively, depending upon the thermal-physical conditions of tungsten electrode and electron beam welding. Effect of the volume content of phases on the processes of initiation and propagation of cracks under conditions of off-centre fracture of samples of welded joints was evaluated. Поступила в редакцию 06.07.2005 26 11/2006

Влияние структурных превращений при сварке алюминиевого сплава В96 на параметры сопротивления разрушению

Institution

Ähnliche Einträge