Научная статья на тему 'Особенности свариваемости алюминиевого сплава 1913'

Особенности свариваемости алюминиевого сплава 1913 Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
124
21
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Лукин В.И., Иода Е.Н., Лоскутов В.М., Каримова С.А., Базурина Е.Я.

Разработана технология сварки плавлением и состав присадочного материала для сварки сплава 1913, обеспечивающие получение практически равнопрочных основному материалу сварных соединений (σ в≥430 МПа). Установлено положительное влияние длительных эксплуатационных нагревов (85°С, 2000 ч) сварных соединений на их коррозионную стойкость и пластичность. Ил. 1. Табл. 3. Библ. 6 назв.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Особенности свариваемости алюминиевого сплава 1913»

ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ

УДК 669.715

B.И. Лукин, Е.Н. Иода, В.М. Лоскутов,

C.А. Каримова, Е.Я. Базурина, Е.Ю. Савичева

ОСОБЕННОСТИ СВАРИВАЕМОСТИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 1913

Сплав 1913 относится к системе Al-Zn-Mg-Cu, но в отличие от высокопрочных (типа В95) алюминиевых сплавов этой системы имеет пониженное содержание Zn и Cu, что положительно сказывается на его свариваемости.

Однако, так же как высокопрочные сплавы, сплав 1913 склонен к образованию горячих трещин при сварке плавлением. Установлено, что склонность к образованию таких трещин тем больше, чем больше вероятность формирования расплавленных границ зерен в зоне термического влияния.

Среди множества известных металлургических и технологических факторов, влияющих на трещиностойкость сварного соединения, в работе особое внимание уделялось характеру формирования структурно-фазового состояния в шве и зоне взаимной кристаллизации.

Анализ данных по легированию присадочных материалов [1-3] показал, что для предотвращения горячих трещин при сварке сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu целесообразно в состав присадки вводить Sc и Zr. При совместном введении этих элементов, образующиеся интерметаллиды обеспечивают повышение прочности и способствуют измельчению зерна [4], размеры которого уменьшаются на порядок.

Положительное влияние на трещиностойкость оказывает серебро при содержании его в присадочном материале не более 0,5% [5, 6]. В этом случае при кристаллизации эвтектика располагается по границам первичных кристаллов твердого раствора в виде отдельных мелких включений. Комплексное легирование серебром и РЗМ (Y, Nd) алюминиевых сплавов приводит к улучшению свариваемости, обеспечивая повышение прочности и коррозионной стойкости сварного соединения. В работе исследовалось влияние на свариваемость сплава 1913 присадочных материалов с добавками скандия и серебра. Работа проводилась на листовом материале 1913 толщиной 2 мм, прошедшем полную термообработку по режиму: закалка + двухступенчатое искусственное старение. Подготовка материала к сварке в соответствии с принятой технологией включала химическое травление и шабрение кромок.

В ранее проведенных исследованиях установлено, что применение присадочных материалов на основе системы Al-Cu эвтектического состава (присадка Св-1217) позволяет значительно увеличить трещиностойкость сварных соединений сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu. Для уточнения состава присадочного материала были опробованы известные (Св-1597, Св-1545, Св-1217) и новые присадочные материалы на основе сплавов 1217 и 1597, легированные серебром (№7 и №2 - табл. 1).

Трещиностойкость определялась по пробе МВТУ им. Н.Э. Баумана на установке ЛТП1-6. При испытаниях определялась максимальная скорость деформации (укр, мм/мин), которая вызывала появление горячих трещин. Наличие трещин определялось при визуальном осмотре сварного соединения со стороны усиления шва и проплава. Установлено, что при сварке без присадочного материала v^=0. Самые высокие значения укр получены для присадочного материала №7 ^кр >4,0 мм/мин - см. табл. 1).

Таблица 1

Химический состав присадочной проволоки

Присадочный материал Содержание элементов, % (по массе) ^кр, мм/мин

Mn Mg ТС Zr V Sc Ag Zn Be Al

Св-1597 - - 4,4 0,05 0,1 - 0,3 - - 0,0001 Остальное 1,5

Св-1545 - - 4,3 0,07 0,1 - 0,21 - Се 0,002 0,0015 Остальное 1,7

Св-1217 10 - Bi 0,03 0,1 0,15 0,10 0,3 & 0,15 - 0,0015 Остальное 3,0

№7 10 0,3 - 0,1 0,15 - 0,2 0,5 - - Остальное 4,0

№2 - 0,5 6,2 - - - 0,8 0,2 - B 0,01 Остальное 2,8

Введение серебра в присадочный материал позволяет повысить значение укр на 30-60% благодаря значительному рафинирующему и модифицирующему эффекту. Исследование механических свойств проводилось на образцах, полученных по двум технологическим процессам автоматической сварки неплавящимся электродом: с обычной подачей аргона и с импульсной подачей смеси защитных газов - аргона и гелия. Установлено, что введение в защитную атмосферу гелия улучшает качество и надежность защиты сварных соединений. Применение данного способа защиты дает возможность отказаться от дополнительного поддува защитных газов со стороны корня шва, что в свою очередь облегчает процесс сварки при изготовлении сложных объемных сварных конструкций в условиях производства.

Автоматическую сварку осуществляли на автомате АДСВ-7 по режиму: /св=145 А, ^в=18 м/ч. Изменение амплитуды и частоты подачи газовой смеси не оказало видимого влияния на характер формирования сварного соединения. Однако анализ дефектности сварных соединений показал, что импульсная подача защитного газа, увеличивая колебания и перемешивание расплавленного металла, снижает склонность к образованию пор и оксидных включений.

Механические свойства сварных соединений, полученных с использованием различных присадочных материалов, представлены в табл. 2. В случае применения технологии с импульсной подачей смеси защитных газов, вследствие снижения степени термического воздействия на основной металл и дополнительного измельчения структуры металла шва и зоны взаимной кристаллизации, происходит повышение механических свойств сварных соединений.

Таблица 2

Механические свойства* сварных соединений сплава 1913

Вид сварки Присадочный материал Ств.св металла шва Угол изгиба а, град КШ, Дж/м2, с надрезом

МПа по шву по зоне сплавления

Автоматическая аргоно-дуговая (ААрДЭС) Св-1597 422-431 427 340-373 368 34-76 51,3 233-280 264 148-201 176

Св-1545 420-433 426 351-385 372 31-65 49 236-278 260 150-179 165

Св-1217 401-434 418 365-385 372 34-50 38 56-60 58 30-43 37

№7 427-440 435 368-380 370 32-54 40 59-69 63 30-47 41

№2 420-438 430 350-377 370 39-74 53 245-291 273 150-210 185

Автоматическая с импульсной подачей смеси (Лг + №) Св-1597 430-445 440 378-400 395 42-79 57 269-302 285 175-224 192

* В числителе - максимальные и минимальные значения, в знаменателе - средние.

Применение для сварки присадочных материалов на основе системы А1-М£, легированных Sc (Св-1597, Св-1545), и особенно Sc и Ag (№ 2), позволяет повысить пластичность сварного соединения на ~30%, а ударную вязкость в ~4 раза. В работе исследовано влияние длительных нагревов (85°С, 500-2000 ч) на механические свойства и коррозионную стойкость сварных соединений, выполненных присадкой Св-1597. Анализ механических свойств показал (см. рисунок), что прочность сварного соединения в процессе выдержки увеличивается на ~5%, пластичность на ~60%, снижаются значения ударной вязкости на ~50%, оставаясь на достаточно высоком уровне (134 кДж/м2).

440

450

Влияние эксплуатационных нагревов (85°С) на свойства сварных соединений сплава 1913:

• - предел прочности при растяжении св.св;

• ; • - ударная вязкость КСи при надрезе по шву и зоне термического влияния соответственно; ф - угол изгиба а

св

с

264

1^207

176

155

,82--О

\ 9

134 117

0 500 2000

Продолжительность выдержки при 85°С, ч

В целом следует отметить, что сварные соединения сплава 1913 имеют высокие значения механических свойств как непосредственно после сварки, так и после воздействия длительных эксплуатационных нагревов. Сварные соединения практически равнопрочны основному материалу в состоянии Т3 (ав.св^0,95ав). Исследовано сопротивление сварных соединений, выполненных присадкой 1597, локальным видам коррозии (межкристаллитной (МКК) и расслаивающей (РСК)). Оценивалась коррозионная стойкость основного материала, зоны термического влияния и сварного шва (табл. 3).

Таблица 3

Коррозионные свойства сварных соединений

Термообработка РСК, балл М КК, мм

до после зона сварной основной зона сварной основной

сварки сварки термического шов металл термического шов металл

влияния влияния

Т3 Без нагрева 7 6 2 Нет Нет Нет

85°С,2000 ч 2 3 2 Нет Нет Нет

Результаты испытаний показали, что сварные соединения сплава 1913 не склонны к МКК, как в исходном состоянии, так и после длительных нагревов (85°С, 2000 ч). Склонность к РСК проявляется в большей степени по зоне термического влияния после сварки (7 балл). Длительные нагревы снижают склонность к РСК до 2 балла.

Таким образом, в результате проведенной работы показано, что применение для сварки сплава 1913 нового присадочного материала на основе системы Al-Mg с добавками Sc и Ag и технологии автоматической сварки с пульсирующей подачей смеси защитных газов позволило не только получить практически равнопрочные основному материалу сварные соединения (авсв>0,95ав), но и повысить в 4 раза значения ударной вязкости (по сравнению со свойствами сварного соединения с присадочным материалом Св-1217).

Длительные эксплуатационные нагревы сварных соединений (85°С, 2000 ч) приводят к повышению пластичности (на 50-60%) и стойкости к расслаивающей коррозии по зоне термического влияния.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фридляндер И.Н., Ткаченко Е.А. и др. Влияние микролегирования на структуру и свойства сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu //МиТОМ, 1986, № 4, с. 46.

2. Berezina A.L., Chuistov K.V., Kolobnev N.I., Khokhlatova L.B. Sein aluminium alloys: The 8-th International Conference on Aluminium alloys (ICAA-8)-UK, 2002, v. 2, p. 741-746.

3. Лукин В.И. Se - перспективный элемент для присадочных материалов //Сварочное производство, 1995, № 6, с.13-14.

4. Лукин В.И., Арбузов Ю.П., Грушко О.Е. Химические элементы, влияющие на свариваемость сплавов Al-Mg-Li //Сварочное производство, 1994, № 1, с. 22-24.

5. Kusui Iun, Yokoe Kazuhiko et al. Characteristics of super-highly strength Al-Zn-Mg-Cu alloys //Alloys, 1977, v. 3, p.1777.

6. Mukhopadhyay A.K., Reddy G.M. Influence of Trase addition of Ag on the weldability of Al-Zn-Mg-Cu-Zr Base 7010 alloy: 8-th Materials science forum //ICAA, 2002, v. 396-402, p. 1665-1670 (Transtechpublication LTD - Sweden, Germany, GB, USA).

УДК 621.791.4

Л.Л. Старова, В.Г. Ковальчук, М.Т. Борисов, В.И. Лукин, Е.В. Голев

ПРИСАДОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Повышение весовой отдачи материалов, используемых в современном самолетостроении, является весьма актуальной проблемой. Среди конструкционных материалов в изделиях авиационной техники достаточное место занимают стали, обрабатываемые на прочность до 1900 МПа. Эффективность применения сталей с прочностью свыше 1900 МПа во многом определяется возможностью изготовления из них сварных конструкций и прочностью сварных соединений.

Для сварки высокопрочных сталей с прочностью свыше 1900 МПа может быть применена серийно изготовляемая проволока ВЛ1-ДГ. Однако прочность сварных соединений в этом случае не превышает 1600 МПа. В качестве высоколегированной стали с прочностью более 1900 МПа исследовалась сталь 40ХС3Н5К2 (ВКС-12; ав>2100 МПа) [1].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.