 |
Реклама. ООО ГК "Велунд Сталь Сибирь" ИНН 5405075282 Erid: 2SDnjf1Guop
| |
В общих чертах, также термообработка и сварка титана ВТ15 рассматривается прямо на его страничке в марочнике сплавов - титан ВТ15.
Выбор способов, режимов и технологии сварки плавлением в-сплавов титана зависит от типа сварной конструкции, ее назначения, условий работы и характера термической обработки до и после сварки. Так как сварные соединения из в-сплавов предназначены для использования в состоянии после упрочняющей термической обработки, то основным критерием выбора режимов и технологии сварки является оптимальный интервал скорости охлаждения при сварке. Его назначают из целесообразности получения максимальных пластических свойств соединений после сварки в результате благоприятного соотношения структурных составляющих.
В связи с высоким содержанием в-стабилизаторов в сплавах интервал вопт следует выбирать так, чтобы развивающаяся в процессе сварки химическая и физическая неоднородность в сварных швах и околошовной зоне была минимальной. Имеются в виду внутрикристаллическая неоднородность в металле шва при последующем охлаждении, рост зерна в околошовной зоне, обогащение пограничных областей зерен, субзерен и фрагментов легирующими элементами и другие процессы, приводящие к резкому снижению дисперсности продуктов старения, т. е. выделений а-фазы и интерметаллических соединений. Кроме того, для получения по возможности равномерных механических свойств во всех участках сварного соединения необходимо исключить подстаривание основного металла в процессе сварки в участке зоны термического влияния, который нагревается до температур интенсивного старения. Обычно эти требования выполняют при условии сварки на весьма жестких режимах.
Исходная структура металла шва определяет его механические свойства. В табл. 30 сравниваются результаты испытаний механических свойств швов, выполненных различными способами сварки.
Однако при выборе оптимальных способов сварки в-сплавов титана необходимо учитывать, что качество сварных соединений зависит от структуры и свойств околошовной зоны, которые определяются исходными химическим и фазовым составами сплава и сварочным термическим циклом, поэтому целесообразно сравнить различные способы сварки плавлением по их тепловому влиянию на околошовную зону. Главной задачей при исследовании зоны, так же как и шва, является определение зависимости структуры и свойств этого участка сварного соединения от погонной энергии.
Поскольку формообразование металла (вальцовка, штамповка, гибка и др.) выполняется только в закаленном состоянии вследствие высокой пластичности в-фазы после закалки, представляет интерес установить связь между погонной энергией при сварке и свойствами околошовной зоны на предварительно закаленном сплаве. Одним из возможных вариантов получения высокопрочных соединений из в-сплавов титана является сварка с утолщенными кромками предварительно термически упрочненного основного металла, поэтому важно оценить влияние погонной энергии на упрочненный основной металл.
Для решения поставленных задач проводили замеры термических циклов в различных участках околошовной зоны при сварке стыковых соединений из сплава ВТ15. Термические циклы записывали с помощью двадцатиканального осциллографа Н004. Для замеров температур использовали платино-платинородиевые и хромель-алюмелевые термопары.
Для оценки свойств зоны из сварных соединений вырезали стандартные образцы Менаже с надрезом по линии сплавления и на различных расстояниях от нее (1 -10 мм). Твердость измеряли по всей ширине зоны термического влияния и, кроме того, исследовали микроструктуру.
В сплаве ВТ15, как и в других сплавах, претерпевающих при сварке фазовые и структурные превращения при нагреве и охлаждении, образуются участки околошовной зоны с характерными изменениями структуры и свойств (перегрева или крупного зерна, полной перекристаллизации, частичной перекристаллизации).
В околошовной зоне под воздействием термического цикла сварки в-фаза претерпевает распад, который определяется в основном скоростью охлаждения. В соответствии с диаграммой анизотермического превращения сплава ВТ15 и литературными данными распад в-твердого раствора происходит при вoxл<9 °С/с, хотя по границам субзерен наблюдается образование второй фазы и при вoxл>9°С/с.
Исследованиями микроструктур в различных участках околошовной зоны установлены некоторые особенности выделения второй фазы. Количество и характер расположения ее в околошовной зоне и в шве несколько различны: в зоне меньше второй фазы и располагается она преимущественно внутри зерна, в то время как в шве - и внутри, и по границам зерен. Это, очевидно, объясняется различной термодинамической устойчивостью границ зерен литого металла шва и деформированного основного металла. В зоне выделения второй фазы по границам зерен наблюдаются только при очень малых скоростях охлаждения (менее 1,1 °С/с). При удалении от линии сплавления количество второй фазы уменьшается.
На рис. 51 представлена зависимость ударной вязкости в различных участках околошовной зоны от погонной энергии в состоянии после сварки и термической обработки. Из приведенных данных видно, что ударная вязкость находится на уровне соответвующих свойств основного металла и лишь при увеличении погонной энергии до 1200 кал/см наблюдается небольшое уменьшение этого показателя.
Сварка предварительно закаленных пластин понижает ударную вязкость околошовной зоны с 8,5 кгс•м/см2 для основного металла до 3 кгс•м/см2 вблизи линии сплавления (рис. 52). С увеличением погонной энергии ударная вязкость понижается и при максимальных ее значениях (1200 кал/см) даже на расстоянии 10 мм от линии сплавления ан=4,5 кгс•м/см2. Следовательно, на предварительно закаленном сплаве ВТ15 в прилегающих к шву участках образуется область с пониженной ударной вязкостью. Микроструктура этого участка отличается от основного металла большим количеством выделившейся второй фазы. Существенных изменений твердости в разных участках зоны по сечению шлифов не обнаружено.
Значения ударной вязкости в зоне термического влияния после отпуска предварительно закаленного и сваренного образца, а также образца, повторно закаленного после сварки, примерно одинаковы и близки по величине к ударной вязкости основного металла после закалки и отпуска. Это позволяет сделать вывод, что для получения оптимальных свойств в околошовной зоне при сварке предварительно закаленного металла повторной закалки не требуется.
Одним из способов повышения конструктивной прочности изделий из сплава ВТ15 является изготовление сварных конструкций с утолщенными кромками: отдельные узлы предварительно подвергают упрочняющей термической обработке, а швы после сварки оставляют в необработанном состоянии.
В процессе сварки предварительно упрочненного металла нагрев прилегающих к шву участков околошовной зоны до высоких температур может вызвать разупрочнение сварного соединения. Вследствие особых теплофизических свойств титановых сплавов (высокая температура плавления, малая теплопроводность, большая теплоемкость и др.) области, нагретые при сварке до высоких температур, значительно больших размеров, чем у стали и особенно у таких цветных металлов, как алюминий и медь. Ширина утолщения должна быть достаточной для того, чтобы участки околошовной зоны, которые нагреваются в процессе сварки до высоких температур и в связи с этим разупрочняются, полностью находились на утолщенной части кромок. Экспериментально установлено, что с повышением погонной энергии при сварке предварительно закаленного и состаренного металла участок зоны термического влияния с пониженной твердостью увеличивается. Понижение твердости согласуется с увеличением ударной вязкости металла в соответствующих участках околошовной зоны.
На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что на структуру и свойства околошовной зоны в сварных соединениях сплава ВТ15 влияют погонная энергия и соответственно скорость охлаждения. Для получения качественных сварных соединений необходимо выполнять сварку с минимальной погонной энергией и с максимальными скоростями охлаждения. Применение наряду с аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом способа сварки с флюсами разного состава позволило выполнять соединения на металле данной толщины при затратах погонной энергии, изменяющихся в широких пределах (350-1200 кал/см). Режимы сварки сплава ВТ15 толщиной 3,5 мм приведены в табл. 31.
На рис. 53 показаны термические циклы нагрев - охлаждение в разных участках околошовной зоны для трех вариантов сварки, приведенных в табл. 31.
Как видно из рис. 53, скорость охлаждения околошовной зоны при сварке сплава ВТ15 может колебаться в широких пределах.
Скорость охлаждения от температуры Т для зоны термического влияния можно представить в следующем виде:
Подставив значения q/v из табл. 31 для режимов 1 и 3, получим сравнение скоростей охлаждения при обычной аргонодуговой сварке и с применением флюса:
Полученные результаты свидетельствуют о том, что использование специально разработанного флюса при аргонодуговой сварке сплава ВТ15 позволяет резко увеличить скорость охлаждения околошовной зоны по сравнению со сваркой без флюса. Для сплава толщиной 3,5 мм эта скорость увеличивается почти в 9 раз.
Из сравнения микроструктур в равноудаленных от линии сплавления местах при сварке с различными погонными энергиями установлено, что, чем ниже значение q/v, тем меньше количество второй фазы. При минимальной затрате погонной энергии, которой соответствует максимальная скорость охлаждения, вторая фаза практически отсутствует даже в участках, прилегающих к линии сплавления. Только при больших увеличениях ее (в 1000 раз и более) наблюдаются мелкодисперсные выделения второй фазы.
С понижением погонной энергии участок максимальных температур в околошовной зоне уменьшается и время пребывания металла при высоких температурах резко сокращается. Это способствует менее интенсивному росту зерна в зоне полной перекристаллизации. При переходе от режима 1 к режиму 3 (см. табл. 31) общая протяженность зоны уменьшается в 2,5 раза. Такое сужение зоны благоприятно сказывается и на свойствах соединений, особенно в случае их термической обработки.
Замерами твердости в зоне термического влияния на металле толщиной 3,5 мм, сваренном на режимах 1-3 (табл. 31) и подвергнутом перед сваркой закалке и старению, показано, что разупрочнение от нагрева происходит на участке протяженностью до 10-11 мм от линии сплавления при режиме сварки 1 и 7,5 и 2 мм - при сварке на режимах 2 и 3 соответственно. Эти расстояния соответствуют максимальным температурам нагрева 520 и 560° С. Повышение температуры нагрева на 40° С без понижения прочности при сварке с флюсом вызвано тем, что действие этих температур весьма кратковременно (см. рис. 53). Если принять во внимание, что при сварке сплава рассмотренной толщины ширина шва, сваренного без флюса, составляет 12 мм, а сваренного с флюсами - 6 и 4 мм, то общая ширина утолщенной кромки будет равна 18, 12 и 5 мм соответственно режимам 1, 2, 3.
Таким образом, применение флюса при АДСНп сплава ВТ15 позволяет значительно уменьшить затраты погонной энергии при сварке, сократить протяженность зоны термического влияния и резко увеличить скорость охлаждения в околошовных участках, что обеспечивает благоприятное сочетание структуры и свойств зоны термического влияния и всего сварного соединения.
Исследования свариваемости в-сплавов титана показали, что в состоянии после сварки прочностные характеристики и показатели пластичности металла шва могут находиться на уровне свойств основного металла. Однако основное назначение метастабильных в-сплавов титана - использование их в термически упрочняемых сварных конструкциях с пределом прочности 140 кгс/мм2 и более.
Установлено, что закалка сварных соединений сплавов ВТ15 и B120VCA приводит к понижению пластичности и особенно ударной вязкости, в то время как закаленный основной металл обладает наиболее высокой пластичностью и ударной вязкостью. Причина этого точно не выяснена. Предполагают, что понижение ударной вязкости и пластичности вызвано ростом зерна в области высоких температур, химической неоднородностью этого металла и дополнительным распадом твердого раствора, поэтому сварные соединения из термически нестабильных в-сплавов титана не рекомендуется подвергать после сварки нагревам под закалку или отжигу.
После термической обработки, рекомендуемой для основного металла, сварные соединения становятся хрупкими, не достигая высокой прочности. Некоторое улучшение свойств достигается применением ступенчатого старения. В этом случае при некотором понижении прочности удается повысить пластичность сварных соединений. Для сварных соединений сплава B120VCA рекомендуется старение при 482°С в течение 20-30 ч с охлаждением на воздухе и повторный нагрев до 538°С с выдержкой 1 ч. Считают, что такая термическая обработка исключает возможность присутствия следов в-фазы в швах. Однако двойной отпуск не дает положительных результатов. Сопоставление свойств сварных соединений, выполненных различными методами, показало перспективность для в-сплавов сварки электронным лучом.
При АДСНп значения свойств сварных соединений можно значительно повысить путем специальных мер, к которым относятся магнитная или механическая вибрация кристаллизующегося металла для измельчения зерна, металлургическое рафинирование и модифицирование структуры, понижение погонной энергии.
Для получения высокой конструктивной прочности сварных узлов из сплавов типа ВТ15 рекомендуется ряд технических мер. Например, это может быть достигнуто при сварке термически обработанного основного металла с .утолщенными кромками. Перспективным путем повышения прочности и пластичности является механико-термическая обработка сварных соединений. Разработано несколько вариантов механико-термической обработки, которые различаются между собой температурой закалки перед деформацией, температурой деформации, наличием или отсутствием кратковременного нагрева после деформации и режимом старения. Сочетание полигонизационного отжига деформированной в-фазы, приводящего к развитой структуре, и последующего стабилизирующего старения обеспечивает максимально равномерное и высокодисперсное выделение второй фазы.
Однако рассмотренные способы используют мало из-за значительного усложнения технологического процесса и увеличения массы конструкций. В некоторых случаях конструктивные особенности изделий вообще не позволяют применить эти методы, поэтому проблема получения удовлетворительных по свойствам сварных соединений после термической обработки является актуальной. | 
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ