Автоматическая сварка, 2014, №04



2014 №04 (08)

2014 №04 (02)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 4, 2014, с.13-23

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ С РАЗЛИЧНОЙ РАСТВОРИМОСТЬЮ ЭЛЕМЕНТОВ В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ, ПОЛУЧЕНЫХ СВАРКОЙ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ

Г. М. ГРИГОРЕНКО, Л. И. АДЕЕВА, А. Ю. ТУНИК, C. Н. СТЕПАНЮК, М. А. ПОЛЕЩУК, Е. В. ЗЕЛЕНИН

ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ . 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
Приведены результаты исследования структуры и свойств сварных соединений разнородных металлов, полученных сваркой трением с перемешиванием. Исследованы системы с неограниченной (Ni–Cu) и с ограниченной (Cu–Fe) растворимостью, а также с отсутствием растворимости (Al–Fe) компонентов в твердом состоянии. В результате сварки трением с перемешиванием меди и никеля было получено качественное сварное соединение с взаимным проникновением одного металла в другой на глубину до 3 мм. Ведущую роль в этом процессе играет механическое перемешивание металлов, а процессы диффузии незначительны. В полосах механического перемешивания происходит измельчение структуры вследствие прохождения процессов перекристаллизации. Диффузия меди в никель по границам зерен идет на глубину до 20 мкм с образованием прослоек твердого раствора этих металлов. При исследовании сварного соединения меди со сталью установлено, что ведущую роль в этом процессе также играет перемешивание металлов, роль диффузионных процессов мала. В процессе сварки происходит значительное измельчение зерна как в зоне рекристаллизации, так и в зонах термомеханического и термического влияния. В результате сварки трением с перемешиванием алюминия с железом образовалась зона соединения значительного объема с проникновением алюминия в железо на глубину до 2,5 мм. При этом происходит взаимодействие металлов: массоперенос в первую очередь алюминия и последующее образование соединений Fe₂Al₇, FeAl₂. Наиболее твердые участки зоны соединения содержат интерметаллиды в алюминиевой матрице. Такая структура имеет твердость 2870 ± 410 МПа, что более чем в 3 раза ниже твердости алюминидов железа. Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать данный способ сварки для получения биметаллических соединений разнородных металлов, имеющих различную растворимость элементов в твердом состоянии. Библиогр. 20, табл. 5, рис. 15.

Ключевые слова: сварка трением с перемешиванием, сварное соединение, биметалл, механическое перемешивание металлов, диффузия, растворимость в твердой фазе, микроструктура, рентгеноспектральный микроанализ, элементный состав, микротвердость
 
Поступила в редакцию 02.10.2013
Опубликовано 26.03.2014
 
1. Pat. 9125978.8 GB. Friction stir butt welding / W.M. Thomas, E. D. Nicholas, J. C. Needam et al. – Publ. Oct., 1995.
2. Вилль В. И. Сварка трением металлов. – Л.: Машиностроение, 1970. – 176 с.
3. Сварка трением: Справочник / В.К. Лебедев, И.А. Черненко, Р. Михальски и др. – Л.: Машиностроение, 1987. – 236 с.
4. Mishraa R. S., Ma Z. Y. Friction stir welding and processing // Mater. Sci. and Eng. – 2005. – 50. – Р. 1–78.
5. Эрикссон Л. Г., Ларссон Р. Ротационная сварка трением – научные исследования и новые области применения // Технология машиностроения. – 2003. – № 6. – C. 81–84.
6. Людмирский Ю. Г., Котлышев P. P. Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов в строительстве // Науч. вестн. ВГАСУ . Стр-во и архитектура. – 2010. – № 3. – С. 15–22.
7. Технология восстановительного ремонта слябовых кристаллизаторов МНЛЗ наплавкой трением с перемешиванием / Ю. Н. Никитюк, Г. М. Григоренко, В. И. Зеленин и др. // Современ. электрометаллургия. – 2013. – № 3. – С. 51–55.
8. Watanabe H., Takayama H., Yanagisawa A. Joining of aluminum alloy to steel by friction stir welding // J. Mater. Proc. Technol. – 2006. – 178. – P. 342–349.
9. Interfacial reaction in steel-aluminum joints made by friction stir welding / W.-B. Lee, M. Schmuecker, U. A. Mercardo et al. // Scripta Mater. – 2006. – 55. – P. 355–358.
10. Microstructure of friction stir welding of aluminium alloy to magnesium alloy / A. Kostka, R.S. Coelho, J. dos Santos, A.R. Pyza // Ibid. – 2000. – 66. – P. 953–956.
11. Kwon Y. J., Shigematsu I., Saito N. Dissimilar friction stir welding between magnesium and aluminium alloys // Materials Letters. – 2008. – 62. – P. 3827–3829.
12. Effect of friction stir welding parameters on the microstructure and mechanical properties of the dissimilar Al—Сu joints / P. Xue, D.R. Ni, D. Wang et al. // Mater. Sci. and Eng. – 2011. – 528. – P. 4683—4689.
13. Saeida T., Abdollah-Zadehb A., Sazgarib B. Weldability and mechanical properties of dissimilar aluminum-copper lap joints made by friction stir welding // J. Alloys and Compounds. – 2010. – 490. – P. 652–655.
14. Упрочнение наплавкой трением с перемешиванием никелем медных стенок кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок / Г. М. Григоренко, В. И. Зеленин, П. М. Кавуненко и др. // Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин. – К.: ІЕЗ ім. Є. О . Патона НАН України, 2012. – С. 369–372.
15. Пат. 25394 на промисловий зразок, Україна. Вставка робочого інструмента установки для зварювання і наплавлення методом тертя з перемішуванням / М. А. Полещук, Г. М. Григоренко, П. М. Кавуненко та ін. – Опубл. 10.09.2013, Бюл. № 17.
16. Беккерт М. К., Клемм Х. Способы металлографического травления: Справочник. – М.: Металлургия, 1988. – 400 с.
17. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. – М.: Металлургиздат, 1962. – Т. 1; Т. 2. – 1488 с.
18. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди: Справочник / Под ред. Н. Х. Абрикосова. – М.: Наука, 1979. – 248 с.
19. Рабкин Д. М., Рябов В. Р., Гуревич С. М. Сварка разнородных металлов. – Киев: Техніка, 1975. – 206 с.
20. Сварка разнородных металлов и сплавов / В. Р. Рябов, Д. М. Рабкин, P.C. Курочко, Л. Г. Стрижевская. – М.: Машиностроение, 1984. – 239 с.