Автоматическая сварка, 2015, №09



2015 №09 (09)

2015 №09 (02)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 9, 2015, с. 7-14
 

Структура соединений алюминида титана γ-ТіАl при контактной стыковой сварке сопротивлением с использованием промежуточных прослоек

С.И. Кучук-Яценко, И.В. Зяхор, С.В. Чернобай, А.А. Наконечный, М.С. Завертанный

ИЭС им. Е.О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
В работе рассмотрены особенности формирования соединений сплава на основе интерметаллида γ-ТіАl при контактной стыковой сварке сопротивлением с использованием промежуточных прослоек в виде фольг, отличающихся толщиной, химическим составом и структурным состоянием. Исследования выполняли на образцах сплава Ti–47Al–2Nb–2Cr (ат. %), полученных электронно-лучевым переплавом, как в состоянии поставки (литом), так и после термической обработки (температура 1250 °С, 6 ч). В качестве прослойки использовали титановую фольгу с микрокристаллической структурой толщиной 100, 200 и 400 мкм и наноструктурированные многослойные фольги — Ti/Al (52 % Ti–48 % Al, ат. %) и Ti/Co (75 % Ti–25 % Co, ат. %) толщиной δ = 30…160 мкм. Эксперименты проводили на установке К802, параметры режима сварки изменяли в пределах: давление при нагреве Рн= 5…20 МПа, давление осадки Рос = 20…100 МПа, величина осадки Δ_ос = 5…15 мм. Микроструктуру и химический состав соединений исследовали с помощью оптической и растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа. Прочностные свойства металла в зоне соединений оценивали по распределению микротвердости и испытаний на разрыв. Установлено, что в зоне соединений сплава Ti–47Al–2Cr–2Nb, выполненных с использованием сплошной титановой фольги, обнаруживается структурная неоднородность в виде сплошной прослойки титана и диффузионной зоны между прослойкой и свариваемым сплавом, содержащей цепочки пор. Использование наноструктурированных фольг Ti/Al и Ti/Co обеспечивает формирование бездефектных соединений. Структура металла в зоне соединения — мелкозернистая бимодальная γ/γ+α2 независимо от исходной структуры основного металла. Остатки наноструктурированных фольг системы Ti/Al присутствуют в зоне соединения в виде прослойки дисперсного интерметаллида γ-TiAl, не содержащего хрома и ниобия. При использовании фольги системы Ti/Co эвтектического состава (75 % Ti–25 % Co) химическая неоднородность в виде продуктов трансформации фольги в стыке не обнаруживается. При испытаниях соединений на разрыв разрушение происходит по основному металлу сплава Ti–47Al–2Cr–2Nb. Участок соединения с повышенной твердостью во всех рассмотренных случаях совпадает с зоной структурных изменений в результате термодеформационного воздействия процесса сварки.
Библиогр. 21, рис. 11
 
Ключевые слова: контактная стыковая сварка сопротивлением, алюминид титана, промежуточная прослойка,
наноструктурированная многослойная фольга, сварное соединение
 
Поступила в редакцию 21.04.2015
Подписано в печать 10.09.2015
 

1. Иванов В.И., Ночовная В.А. Интерметаллиды на основе титана (анализ состояния вопроса) // Титан. – 2007. – № 1. – С. 44–48.
2. Полькин И.С., Колачев Б.А., Ильин А.А. Алюминиды титана и сплавы на их основе // Технол. легк. славов. – 1997. – № 3. – С. 32–39.
3. Dimiduk D.M. Gamma titanium aluminides – an emerging materials technology // Gamma titanium aluminides. Annual Meeting TMS’95. – Las Vegas, 1995. – P. 3–20.
4. 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.
5. 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 // Вестн. Уфим. гос. авиац. техн. ун-та. – 2011. – 15, № 4. – С. 200–202.
6. 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.
7. Titanium aluminide: electron beam weldability / R.A. Patterson et al. // Welding J. – 1990. – № 1. – P. 39–44.
8. Выбор температуры предварительного подогрева ?-алюминида титана при ЭЛС / В.Н. Замков, Е.А. Великоиваненко, В.К. Сабокарь и др. // Автомат. сварка. – 2001. – № 11. – С. 20–23.
9. Сварка давлением интерметаллидного сплава ?-TiAl / А.Н. Юштин, В.Н. Замков, В.К. Сабокарь и др. // Там же. – 2001. – № 1. – С. 33–37.
10. Miyashita T., Hino H. Friction welding characteristics of TiAl intermetallic compound // J. Japan Inst. Metals. – 1994. – 58, № 2. – P. 215–220.
11. Linear friction welding of Ti–48Al–2Cr–2Nb (at. pct) titanium aluminide’ / W.A. Baeslack, P.L. Threadgill, E.D. Nicholas, T.F. Broderick // Proc. of ‘Titanium ‘95 - Science and Technology’, Birmingham, UK, 22–26 Oct. 1995, Institute of Materials. 1996. – Р. 424–431.
12. Gam G., Bohm K.N., Kocak M. Diffusionsschweiben fein gegossener Titanaluminide // Schweissen ubd Schneiden. – 1999. – № 8. – S. 47–475.
13. Nakao Y., Shinozaki K., Hamada M. Diffusion bonding of intermetallic compound TiAl // Proc. of the 3rd Intern. confe. on trends in welding research. – Gattinburg, Tennessee, USA June 1–5, 1992. – ASM International Materials Park, Ohio, 1992. – P. 1057–1061.
14. Yan P., Somekh R.E., Wallach E.R. Solid state bonding of TiAl with interlayers // Там же. – P. 1063–1067.
15. Solid-state diffusion bonding of ?-TiAl alloys using Ti/Al thin films as interlayers / L.I. Duarte, A.S. Ramos, M.F. Vieira et al. // Intermetallics. – 2006. – № 14. – P. 1151–1156.
16. Устинов А.И. 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.
17. 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.
18. Многослойные фольги Ti/Al: Способы получения, свойства и применение при сварке давлением / А.И. Устинов, Ю.В. Фальченко, Т.В. Мельниченко и др. // Спецэлектрометаллургия. – 2012. – № 1. – С. 30–37.
19. Дослідження дифузійних процесів у зварних з’єднаннях алюмініду титану (TiAl)/ Г.К. Харченко, В.Ф. Мазанко, А.І. Устінов та ін. // Вісн. ЧДТУ. Сер. Технічні науки. – 2009. – № 37. – С. 117–119.
20. 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.
21. Кучук-Яценко С.І., Зяхор І.В., Завертанний М.С. Контроль якості з’єднань, виконаних зварюванням тиском з використанням наноматеріалів // Стандартизація, сертифікація, якість. – 2015. – № 1. – С. 38–41.