CC BY
17ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ УДК 539.3
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
НЕОДНОРОДНОСТЬ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ НАГРУЖЕНИИ В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ ВЗРЫВОМ*
Д.В. ПАВЛЮКОВА, аспирант,
И.А. БАТАЕВ, канд. техн. наук, доцент
В.И. МАЛИ, канд. физ.-мат. наук, доцент
Т.В. ЖУРАВИНА, аспирант,
Е.Б. МАКАРОВА, аспирант,
П. С. ЯРЦЕВ, студент
(НГТУ, г Новосибирск)
Статья поступила 03 мая 2011 г.
Павлюкова Д.В. - 630092, Новосибирск, пр. К.Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: pavlyukova_87@mail.ru
Исследованы особенности локализации пластического течения при сварке взрывом титановых пластин различного химического состава. Изучены зоны пластической деформации, содержащие максимальное количество полос локализованного пластического течения. Структурные исследования позволили выявить закономерности в расположении полос, а также оценить их ширину и протяженность.
Ключевые слова: титан, сварка взрывом, структура, пластическая деформация
Одной из характерных особенностей, наблюдаемых при сварке металлов взрывом, является неоднородность процессов пластической деформации. Высокоскоростное нагружение свариваемых заготовок приводит к деформированию локальных участков, сопровождаемому нагревом до высоких температур [1, 2].
В работе изучается характер локализации пластического течения при сварке взрывом пластин из титана технической чистоты ВТ1-0 и высокопрочного титанового сплава ВТ23. В исходном состоянии заготовки из сплава ВТ 1-0 имели структуру а-титана. Пластины ВТ23 находились в двухфазном (а+Р) состоянии. Габариты соединяемых пластин ВТ 1-0 и ВТ23 составляли 100х50х0,6 мм и 100х50х2,2 мм соответственно. Сварка взрывом осуществлялась по параллельной
Взрыватель Взрывчатое вещество ^Пластины из ВТ1-0 Пластины из ВТ23
' Стальное основание
СО пЛ 1 т
"Ti
Рис. 1. Схема сварки пластин
схеме, представленной на рис. 1. Расчетная скорость точки контакта для всех пластин была равна Ук1 = = 3,5 км/с. Углы соударения пластин в трех сварных швах составили у1 = 30о; у2 = 8о; у3 = 7о.
В результате сварки взрывом были получены че-тырехслойные заготовки, состоящие из чередующихся слоев ВТ1-0 и ВТ23. Морфология границ раздела различна для каждого из сварных швов. Первый шов имел характерную для процесса сварки взрывом волнообразную форму (рис. 2, а). Второй и третий швы были ровными. В некоторых зонах наблюдалось оплавление свариваемых поверхностей (рис. 2, б). На отдельных участках сварного шва № 3 зафиксировано образование вихрей (рис. 2, в).
Наиболее существенные структурные изменения происходят в сварном шве № 1. Двухфазная мелкокристаллическая структура сплава ВТ23 позволяет наблюдать особенности локализации пластического течения, реализующегося в процессе взрывного нагружения. Наиболее интенсивно процесс пластической деформации протекает в слое, прилегающем непосредственно к границе раздела соединяемых пластин. Толщина деформированного слоя во впадинах волн больше, чем на гребнях, и составляет ~10.. .12 мкм и ~2 мкм соответственно (рис. 3).
* Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».
46 № 2 (51) 2011
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
а б
Рис. 2. Строение границ раздела: а - шов № 1; б - шов № 2; в - шов № 3
Для титана, характеризующегося низким коэффициентом теплопроводности, при высокоскоростном нагружении характерно образование полос локализованного течения. Ширина этих полос, как правило, не превышает ~2 мкм, а длина достигает 70 мкм. Степень пластической деформации металла в локализуемых зонах можно оценить по изменению формы кристаллитов.
а б
Рис. 3. Толщина деформированного слоя: а - во впадинах волн первого шва, б - на гребнях волн
Вовлеченные в процесс интенсивной пластической деформации зёрна в-фазы вытягиваются в 3.. .5 раз.
В расположении и направлении полос локализованного течения прослеживается определенная закономерность (рис. 4). Образование полос наиболее интенсивно идет в характерных повторяющихся от гребня к гребню зонах. Практически во всех исследуемых образцах наблюдались длинные полосы локализованного течения, соединяющие вихревые зоны одного гребня с вершиной другого.
Полосы, образующиеся во впадинах, формируют своеобразный сетчатый узор (рис. 5). Центральные области наблюдаемых ячеек представляют собой слабодефор-
мированную структуру, почти не отличающуюся от структуры сплава ВТ23 в исходном недеформиро-ванном состоянии. Зафиксированные металлографически полосы пластического течения свидетельствуют о явно выраженной неоднородности деформации материала.
Такое поведение титана в условиях динамического нагружения означает, что запас пластических свойств материала исчерпывается неэффективно. Необходим поиск технологических решений, позволяющих снизить степень локализации пластической деформации и устранить опасность преждевременного разрушения сплавов на основе титана при реализации технологических процессов, связанных с высокоскоростным нагружением материала.
Рис. 4. Схема локализации пластической деформации в композите «ВТ 1-0 - ВТ23»
Рис. 5. Расположение полос локализованного течения во впадинах волн
Список литературы
1. Локализация пластического течения в низкоуглеродистой стали, деформированной взрывом / И.А. Батаев, А.А. Батаев, И.А. Балаганский, В.Г. Буров, Е. А. Приходько, Н.А. Морева, А. А. Руктуев // Физическая мезо-механика. - 2011. - № 1, Т. 14. - С. 93-99.
2. Peculiarities of weld seams and adjacent zones structures formed in process of explosive welding of sheet steel plates / I.A. Bataev, A.A. Bataev, V.I. Mali, M.A. Esikov, V.A. Bataev // Materials Science Forum. - 2011. -Vol. 673. - P. 95-100.
в
Inhomogeneity of the plastic flow of titanium alloys under the high-speed loading during the explosion welding process
D.B. Pavlyukova, I.A. Bataev, V.I. Mali, T.V. Zhuravina, E.B. Makarova, P.S. Yartsev
Particularities of the plastic flow localization during the explosion welding of dissimilar titanium plates have been investigated. Aries of the most severe plastic deformation and bands of the localized flow have been studied. Structural studies revealed the consistent pattern of the bands location and allowed to estimate their width and length.
Key words: titanium, explosion welding, structure, plastic flow
№ 2(51) 2011
