Исследование сварных свойств некоторых сплавов титана » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Исследование сварных свойств некоторых сплавов титана

02.11.2020

Материал и методика исследования


В настоящей работе изучено влияние небольших добавок в-стабилизирующих элементов на сварочные свойства сплавов системы Ti+5,5% Al. Исследовался металл лабораторных слитков весом 10 кг следующих составов: Ti+5,5% Al, Ti+5,5% Al+1,2 и 3% V, Ti+5,5% Аl+0,5; 1,0 и 1,5% Mo (или марганца, хрома, железа).

Для оценки сварочных свойств сплавов определялись: 1) механические свойства на образцах, вырезанных из заготовок, предварительно подвергнутых на машине Родигина термической обработке, имитирующей термический цикл околошовной зоны при сварке (нагрев со скоростью 300—400 град./сек. до 1500°, выдержка 5 секунд, охлаждение на воздухе и в воде). Подробное описание этого метода приведено в работе; 2) критический диаметр оправки при испытании на изгиб образцов размером 12x60x260 мм с продольным холостым расплавленным валиком и без валика. (Валик выполнялся вольфрамовым электродом при силе сварочного тока 120 а без присадки.); 3) механические свойства металла шва, выполненного двумя способами сварки: автоматической сваркой погруженной дугой (проплавление основного металла вольфрамовым электродом без присадки и без разделки кромок) и ручной аргоно-дуговой сваркой с применением присадочной проволоки из сплава 48-Т2В (2% Al и 1 % V) при Х-образной симметричной разделке кромок.

При автоматической сварке доля участия основного металла в формировании шва максимальна, поэтому свойства металла шва главным образом будут зависеть от химического состава свариваемого металла. При ручной аргоно-дуговой сварке доля участия основного металла в формировании шва составляет 20—40%. В этом случае для обеспечения равнопрочности сварного соединения необходимо применять легированную присадочную проволоку, что позволяет значительно снизить размеры усиления шва.

Результаты исследования


Из рис. 1, где приведены механические свойства сплавов в кованом и отожженном состоянии, следует, что добавки p-стабилизаторов заметно повышают прочность титаналюминиевого сплава; наиболее сильным упрочнителем является марганец, а самым слабым — ванадий. При этом ванадий, молибден и хром в исследованных пределах практически не влияют на ударную вязкость и предельную пластичность сплава, тогда как присутствие железа и марганца вызывает заметное снижение значений относительного сужения и ударной вязкости.

Изучение микроструктуры сплавов показало, что при добавке ванадия в количестве до 1 %, а молибдена, марганца, хрома и железа — до 0,5% каждого структура сплава Ti+5,5% Al остается однофазной; при увеличении количества p-стабилизаторов свыше указанного в структуре уже наблюдается вторая фаза (возможно, в-фаза)
Исследование сварных свойств некоторых сплавов титана

Как видно из рис. 2, а, где приведены механические свойства сплавов, подвергнутых термическому циклу на машине Родигина, для сплавов всех исследуемых составов характерно повышение прочности и снижение пластичности с увеличением содержания в-стабилизирующих элементов. Наибольшая подкалка при охлаждении с 1500° в воде наблюдается у сплавов Ti+5,5% Al, дополнительно легированных хромом, наименьшая — у сплавов системы Ti—Al—V. При этом пластичность и вязкость сплавов, содержащих ванадий, снижаются весьма незначительно даже при содержании 3% V как после охлаждения на воздухе, так и при охлаждении с 1500° в воде (эта термическая обработка имитирует наиболее жесткий режим сварки, имеющий место при ручной аргоно-дуговой сварке при выполнении галтельных валиков). Добавки молибдена, марганца, хрома или железа даже в количестве 0,5% уже заметно сказываются на предельной пластичности сплава при охлаждении с 1500° в воде. Увеличение содержания легирующих элементов до 1,5% приводит к снижению относительного сужения с 28 до 18,6% (молибден), 16,6% (марганец), 6,5% (железо) и 5,7% (хром) (рис. 2,а). Одновременно с этим существенно снижаются относительное удлинение и ударная вязкость сплава. Особенно резко снижают ударную вязкость образцов, подвергнутых термическому циклу, добавки железа и хрома. Так, легирование сплава Ti + 5,5% Al железом в количестве 1,5% приводит к снижению ударной вязкости с 9 до 3,9 кгс*м/см2 при охлаждении с 1500° в воде и до 2,3 кгс*м/см2 при охлаждении на воздухе. Следует отметить, что при охлаждении с 1500° на воздухе ударная вязкость сплавов, содержащих 1,5% Fe, снижается в значительно большей степени, чем при охлаждении в воде (рис. 2, б). Возможно, это происходит в результате выпадения интерметаллических соединений в процессе охлаждения

Пластические свойства всех сплавов (за исключением сплавов системы Ti—Al—Fe) при охлаждении на воздухе снижаются гораздо меньше, чем при охлаждении в воде, значительно меньше в этом случае и величина упрочнения. По всей вероятности, это явление связано с превращением в—>а+в, протекающим в процессе охлаждения на воздухе (рис. 2), тогда как в результате быстрого охлаждения с 1500° в воде диффузионные процессы частично подавляются и конечным продуктом распада наряду с равновесными а- и p-фазами является мартенситная а'-фаза (рис. 3).

Резкое снижение пластичности при охлаждении на воздухе у сплавов, содержащих железо, по-видимому, также можно объяснить выпадением интерметаллидов. Подобный эффект наблюдался и ранее на двойных и тройных сплавах титана, содержащих железо.

Из табл. 1 следует, что гибовые пробы с холостым валиком из сплава Ti+5,5% Al, а также из сплавов с основой Ti+5,5% Al, дополнительно легированных ванадием в количестве 1% или молибденом, хромом, марганцем и железом в количестве 0,5% каждого, выдерживают испытание практически на той же оправке, что и образцы без валика. Пробы с валиком, изготовленные из сплава Ti+5,5% Al+2% V, загибаются без трещин на оправке равной 9 толщинам. (Критический диаметр оправки для образцов без валика из этого же сплава составляет 8 толщин). Дополнительное легирование сплава Ti+5,5% Al молибденом, хромом или марганцем в количестве 1 % приводит к увеличению критического диаметра оправки для образцов с валиком уже до 10 толщин; образцы же из сплавов, содержащих добавки 1 % Fe или молибдена, марганца и хрома в количестве 1,5%, при испытании на оправке диаметром 10 толщин уже разрушаются. Гибовые пробы из сплава Ti+5,5% Al+1,5% Fe как с валиком, так и без него также не выдерживают испытания на оправке диаметром 10 толщин.

Результаты испытания образцов из металла шва пластин, сваренных ручной и автоматической сваркой по режимам, указанным в табл. 2, приведены на рис. 4, из которого видно (автоматическая сварка неплавящимся электродом), что с увеличением содержания в-стабилизаторов в металле шва наблюдается повышение прочностных характеристик, причем наиболее резко значения предела текучести возрастают у металла плавок, легированных железом, марганцем и хромом. На этих же образцах наиболее заметно снижаются и пластические свойства (относительное удлинение и относительное сужение).

Аналогичное изменение свойств получено на образцах из основного металла, подвергнутых обработке на установке Родигина (рис. 2).

Повышение прочностных характеристик металла шва объясняется, по-видимому, тем, что высокое содержание p-стабилизаторов в металле шва приводит к закалке сварочного шва из области жидкого расплав ленного металла, так как кристаллизация шва протекает в условиях, аналогичных условиям заливки расплавленного металла в изложницу, с той лишь существенной разницей, что в процессе кристаллизации и последующего охлаждения шов получает дополнительно наклеп.

Рассмотрение результатов испытания образцов из металла шва, выполненного ручной аргоно-дуговой сваркой (рис. 4,б), показывает, что, несмотря на более высокие скорости охлаждения металла шва, прочностные характеристики незначительно повышаются. Это объясняется тем, что доля участия основного металла в формировании шва при ручной сварке меньше, чем при автоматической; следовательно, меньше и содержание легирующих элементов в шве.

В соответствии с этим и прочностные характеристики металла шва значительно ниже, чем основного металла, а пластические и ударные свойства соответственно выше тех же характеристик основного металла.

Выводы


1. При легировании сплава Ti + 5,5% Al ванадием и молибденом в количествах соответственно до 2 и 1%, марганцем, железом или хромом в количестве 0,5% каждого свойства околошовной зоны при воздействии термического цикла сварки практически остаются на уровне основного металла.

2. Увеличение содержания легирующих элементов выше указанных пределов приводит к повышению прочности, снижению пластичности и вязкости зоны термического влияния.

При этом увеличение содержания ванадия до 3% или молибдена до 1,5% сказывается на сварочных свойствах сплава в значительно меньшей степени, чем увеличение содержания железа, марганца и хрома свыше 0,5%. Легирование сплава Ti+5,5% Al железом, марганцем или хромом в количестве до 1,5% каждого приводит к резкому снижению пластических свойств сварных соединений. В связи с этим вводить указанные элементы в таком количестве в сплав, свариваемый без последующей термической обработки, нецелесообразно.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: