Автоматическая сварка, 2013, №08



2013 №08 (03)

2013 №08 (05)

---

«Автоматическая сварка», 2013, № 8, с. 26-31  

СВАРКА СПЛАВОВ АЛЮМИНИДОВ ТИТАНА (Обзор)

С. В. ЧЕРНОБАЙ

ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11.
E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
Одним из наиболее перспективных направлений в области разработки новых металлических материалов с высоким уровнем жаростойкости и термической стабильности является создание интерметаллидных сплавов системы Ti–Al. Эти сплавы в ближайшем будущем могут составить серьезную конкуренцию суперсплавам на основе никеля, так как алюминиды титана более легкие, не требуют для легирования дорогостоящих и дефицитных элементов. Кроме того, они обладают высокой коррозионной стойкостью, стойкостью к высокотемпературному окислению, а также имеют высокий модуль упругости и прочности. Алюминиды титана можно успешно использовать в виде литых изделий, например, клапанов сверхмощных двигателей внутреннего сгорания; в качестве жаростойких покрытийна лопатках газотурбинных двигателей, подвергающихся воздействию высокотемпературных газовых потоков; как конструкционный материал, работающий при статических нагрузках и больших температурах. Широкому промышленному применению алюминидов титана препятствует их низкая пластичность при комнатной температуре. Это значительно усложняет технологическую обработку и тормозит промышленное применение указанных сплавов. Поэтому использование алюминидов титана в конструкциях различного назначения зависит от создания эффективных процессов их обработки, в том числе и сварки. В связи с этим цель настоящего обзора — анализ современных разработок способов соединения материалов на основе алюминидов титана с помощью различных видов сварки. Анализ литературных данных, приведенных в обзоре, показал, что формирование сварных соединений с применением традиционных способов сварки, основанных на локальном плавлении материала, имеет ряд недостатков, которые можно устранить при использовании разных способов сварки в твердой фазе. Результаты, представленные в опубликованных работах, свидетельствуют о перспективности использования промежуточных вставок для соединения трудносвариваемых сплавов на основе алюминидов титана. Библиогр. 36, рис. 5.
 
Ключевые слова: алюминид титана, сварка плавлением, температура, способы соединения, сварка давлением, структура, вставка, сварной шов, микроструктура
 
Поступила в редакцию 01.03.2013
Опубликовано 10.06.2013
 
1. Мухин В. С. Основы технологии машиностроения (авиадвигателестроения). — Уфа: Изд-во УГАТУ, 2007. — 459 с.
2. Павлинич С. П., Зайцев М. В. Применение интерметаллидных титановых сплавов при литье узлов и лопаток ГТД с облегченными высокопрочными конструкциями для авиационных двигателей новых поколений // Вест. Уфим. гос. авиац. техн. ун-та. — 2011. — 15, №4. — С. 200–202.
3. Иванов В. И., Ясинский К. К. Эффективность применения жаропрочных сплавов на основе интерметаллидов Ti3Al и TiAl для работы при температурах 600…800 °С в авиационной технике // Технол. легк. сплавов. — 1996.
— № 3. — С. 7–12, 93.
4. Lipsitt H. A., Shechtman D., Schafrik R. E. The plastic deformation of TiAl // Met. Trans. A. — 1975. — 6. — P. 1991–1998.
5. Froes F. H., Suryanarayana C., Eliezer D. Production, characteristics and commercialization of titanium aluminides // ISIJ Intern. — 1991. — 31, № 10. — P. 1235–1248.
6. Полькин И. С., Колачев Б. А., Ильин А. А. Алюминиды титана и сплавы на их основе // Технол. легк. славов. — 1997. — № 3. — С. 32–39.
7. Микроструктура и пластическая деформация орторомбических Ti2AlNb сплавов II. Структура и фазовые превращения при сильной деформации / Н. В. Казанцева, Б. А. Гринберг, Н. П. Гуляева и др. // Физ. металла и металловедение. — 2003. — 96, № 4. — С. 23–32.
8. Kim Y.-W., Dimiduk D. M. Progress in the understanding of gamma titanium aluminides // JOM. — 1991. — № 8. — P. 40–47.
9. Механические свойства литых сплавов ?-TiAl / О. А. Банных, К. Б. Поварова, Г. С. Браславская и др. // Металловедение и терм. обработка мет. — 1996. — № 4. — С. 11–14.
10. Boggs Robert N. Titanium aluminide true space-age material // Des. News. — 1989. — 45, № 12. — P. 51–53.
11. Анташаев В. Г., Иванов В. И., Ясинский К. К. Разработка технологии получения литых деталей из интерметаллидного сплава TiAl и их использование в конструкциях // Техн. легк. сплавов. — 1996. — № 3. — С. 20–23. 12. Хино Н., Нисиямо Ю. Использование алюминидов титана // Metals Technol. — 1990. — 60, № 7. — P. 70–76.
13. Arenas M. F., Acoff V. L. Analysis of gamma titanium aluminide welds produced by gas tungsten arc welding // Welding J. — 2003. — № 5. — P. 110–115.
14. Kelly T. Repair welding of gamma titanium aluminide castings // Proc. of the 3rd Intern. SAMPE metals conf., Covina, 25–30 May 1992. — Covina: SAMPE, 1992. — P. 183–191.
15. Bharani D. J., Acoff V. L. Autogenous gas tungsten arc weldability of cast alloy Ti–48Al–2Cr–2Nb (atomic percent) versus extruded alloy Ti–46Al–2Cr–2Nb–0,9Mo (atomic percent) // Met. and Mater. Trans. A. — 1998. — 29, № 13. — P. 927–935.
16. Titanium aluminide: electron beam weldability / R. A. Patterson et al. // Welding J. — 1990. — № 1. — P. 39–44.
17. The effect of postweld heat treatment on the structure and properties of electron beam welded Ti–48Al–2Cr–2Nb / C. M. Jensen, H. Zhang, W. A. Baeslack, T. J. Kelly // Abs. of papers, presented at 79th AWS annual meeting. — Miami: AWS, 1998. — P. 179–180.
18. Выбор температуры предварительного подогрева ?-алюминида титана при ЭЛС / Г. К. Харченко, А. И. Устинов, Ю. В. Фальченко и др. // Автомат. сварка. — 2001. — № 11. — С. 20–23.
19. Сварка давлением интерметаллидного сплава ?-TiAl / А. Н. Юштин, В. Н. Замков, В. К. Сабокарь и др. // Там же. — 2001. — № 1. — С. 33–37.
20. Особенности структурных изменений жаропрочного сплава на основе Ti3Al при сварке давлением в вакууме / В. Н. Замков, Л. И. Маркашова, Л. С. Киреев, И. К. Тяпко // Там же. — 1992. — № 9-10. — С. 13–16.
21. Baeslack W., Threadgill P., Nicholas E. Linear friction welding of alpha-two titanium aluminide // TWI Research Report. — 1992. — 442. — P. 204–210.
22. Miyashita T., Hino H. Friction welding characteristics of TiAl intermetallic compound // J. Japan Inst. Metals. — 1994. — 58, № 2. — P. 215–220.
23. Linear friction welding of Ti–48Al–2Cr–2Nb (at. %) titanium aluminide / W. Baeslack, P. Threadgill, E. Nicholas, T. Broderick // Proc. of the 8th World conf. on titanium, Birmingham, 22–26 Oct. 1995. — Birmingham: Inst. of Materials, 1995. — P. 424–431.
24. Кучук-Яценко С. И., Зяхор И. В. Особенности сварки трением алюминидов титана // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях: Мат. 9-й Ежегод. междунар. конф., Славское, 9–13 февр. 2009 г. — Киев: УИЦ «Наука. Техника. Технология», 2009. — С. 442–445.
25. Зяхор И. В., Кучук-Яценко С. И., Устинов А. И. Использование нанослоистой фольги системы Ti–Al при сварке трением сплавов на основе алюминидов титана // Славянские чтения: Тр. конф., Липецк, 4–5 июня 2009 г. — Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2009. — С. 338–343.
26. Зяхор И. В., Кучук-Яценко С. И. Структура соединений алюминидов титана при сварке трением с применением нанослойной фольги системы Ti–Al // Быстрозакаленные материалы и покрытия: Тр. 8-й Всерос. с междунар. участием науч.-техн. конф., Москва, 30 нояб.–1 дек. 2009 г. — М.: МАТИ, 2009. — С. 51–56.
27. Cam G., Bohm K.-H., Kocak M. Diffusionsschweiben feingegossener Titanaluminide // Schweissen und Schneiden. — 1999. — № 8. — S. 470–475.
28. Получение неразъемных соединений сплавов на основе ?-TiAl с использованием нанослойной прослойки Ti/Al способом диффузионной сварки в вакууме / А. И. Устинов, Ю. В. Фальченко, А. Я. Ищенко и др. // Автомат. сварка. — 2009. — № 1. — С. 17–21.
29. Solid-state diffusion bonding of gamma-TiAl alloys using Ti/Al thin films as Interlayers / L. I. Duarte, A. S. Ramos, M. F. Viera et al. // Intermetallics. — 2006. — № 14. — Р. 1151–1156.
30. Nanometric multilayers: A new approach for joining TiAl / A. S. Ramos, M. T. Viera, L. I. Duarte et al. // Ibid. — 2006. — № 14. — Р. 1157–1162.
31. Yan R., Somekh R. E., Wallach E. R. Solid-state bonding of TiAl with interlayers // Proc. of the 3rd Intern. conf. on trends in welding research, Gattinburg, Tennessee, USA 1–5 Jun. 1992. — Ohio: ASM International, Materials Park, 1992. — P. 1063–1067.
32. Диффузионная сварка в вакууме сплава на основе ?-TiAl с использованием нанослойных прослоек / Г. К. Харченко, А. И. Устинов, Ю. В. Фальченко и др. // Автомат. сварка. — 2011. — № 3. — С. 7–11.
33. Твердофазные реакции при нагреве многослойных фольг TiAl, полученных методом электронно-лучевого осаждения / А. И. Устинов, Л. А. Олиховская, Т. В. Мельниченко и др. // Спец. электрометаллургия. — 2008. — № 2. — С. 21–28.
34. 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. — 2009. — № 3. — С. 19–22.
35. Кочергин А. К. Контактная сварка. — Л.: Машиностроение., 1987. — 240 с.
36. Особенности контактной стыковой сварки алюминиевых сплавов с использованием наноструктурных алюминиево-никелевых и алюминиево-медных фольг / В. С. Кучук-Яценко, В. И. Швец, А. Г. Сахацкий, А. А. Наконечный // Свароч. пр-во. — 2007. — № 9. — С. 12–14.