CC BY
22
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].
