CC BY
72
УДК 621.791.13
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1289-1291
ПРИМЕНЕНИЕ БАРЬЕРНОГО СЛОЯ ИЗ ВАНАДИЯ В БИМЕТАЛЛЕ СТАЛЬ-ТИТАН
© И.В. Сайков1*, А.Ю. Малахов1*, И.Н. Нурсаинов2), В.С. Челноков2*
1) Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, e-mail: revan.84@mail.ru 2) Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва, Российская Федерация, e-mail: revan.84@mail.ru
В работе рассмотрен вопрос получения биметаллической композиции титан ВТ1 -0 + нержавеющая сталь 08Х18Н10Т с промежуточным барьерным слоем из ванадия. Промежуточный слой вводился для предотвращения образования и роста в околошовной зоне при высоких температурах интерметаллидов, характерных для стали и титана.
Ключевые слова: сварка взрывом; биметаллы; интерметаллиды.
Применение технического титана ВТ1-0 связано с высокой температурой плавления, прочностью, коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах и малым коэффициентом термического расширения. Многие задачи авиакосмической техники, химического машиностроения, судостроения, приборостроения решаются при использовании комбинированных конструкций из сталей с титановыми сплавами.
Задача сварки разнородных металлов, в т. ч. склонных к образованию интерметаллидов, таких как нержавеющая сталь и титан, на сегодняшний день остается актуальной. При сварке технически чистого титана с хромоникелевыми аустенитными сталями образуются соединения титана с хромом, никелем и железом, которые охрупчивают сварной шов в еще большей степени, чем при сварке титана с углеродистыми сталями [1].
Решением отмеченной проблемы является использование барьерного слоя, который ограничивает неблагоприятный характер диффузии между свариваемыми друг с другом материалами. В качестве барьера часто используются металлы, которые отличаются повышенной пластичностью и при этом не склонны к образованию хрупких интерметаллидных соединений с основными материалами биметалла.
Таким образом, использование барьерных слоев при сварке разнородных материалов позволяет частично ограничить или полностью предотвратить нежелательные диффузионные процессы, развивающиеся между компонентами основных металлов. Практическая реализация этого подхода обеспечивает возможность формирования в зоне сварного шва рациональной структуры с минимальным содержанием охрупчиваю-щих интерметаллидов
В работе рассмотрен вопрос получения биметаллической композиции титан ВТ1-0 + нержавеющая сталь 08Х18Н10Т с промежуточным барьерным слоем из ванадия. Промежуточный слой вводился для предотвращения образования и роста в околошовной зоне при высоких температурах интерметаллидов, характерных для стали и титана.
Сварка взрывом осуществлялась по классической схеме с параллельным расположением пластин (рис. 1). На первом этапе неподвижную пластину из нержавеющей стали 08Х18Н10Т размерами 100x300x8 мм плакировали слоем ванадия 0,3 мм. На втором этапе полученная заготовка плакировалась листом титана ВТ1-0.
Полученные сваркой взрывом заготовки подвергались ультразвуковому контролю сплошности сцепления слоев прибором УД2В-П45 (преобразователи ультразвуковые контактные прямые раздельно-совмещенные типа П112-2,5-12-002) и испытаниям на отрыв плакирующего слоя по схеме, приведенной на рис. 2.
Ocfcdnai лист Точка кантата Яиф»
Рис. 1. Схема сварки взрывом
/ s / / / / / J / / / Рис. 2. Схема испытания на отрыв плакирующего слоя
ISSN 1810-0198. Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки
Рис. 3. Структура околошовной зоны биметалла 08Х18Н10Т+У+ВТ1-0
Рис. 4. Структура околошовной зоны при термообработке 700 °С в течение 1 ч
Рис. 5. Структура околошовной зоны биметалла титан ВТ1-0+нержавеющая стать 08Х18Н10Т после термообработки 800 °С в течение 1 ч
Микроструктуру околошовной зоны биметалла изучали методом растровой электронной микроскопии с использованием автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа сверхвысокого разрешения Zeiss Ultra plus. Для исследования микроструктуры и фазового состава готовились микрошлифы поперечного вида соединения.
Ультразвуковой контроль показал 100 % сплошность сцепления слоев. На рис. 3 представлена зона соединения. Металлографические и микроспектральные исследования биметалла показали отсутствие в зоне соединения трещин, микронесплошностей и ин-терметаллидных прослоек. Волнообразование в соединениях имеет упорядоченный характер с незначительным количеством завихрений и зон перемешивания компонентов, что свидетельствует о стационарном режиме сварки. Интерметаллидных прослоек не обнаружено.
Прочность на отрыв плакирующего слоя биметалла составила 545 МПа при вязком разрушении по ванадию, что является высоким значением для данной пары сплавов.
Для исследования особенностей структурообразо-вания и оценки эффективности барьерного слоя образцы после сварки взрывом подвергались термообработке 500, 600, 700, 800 °С с выдержкой 1 ч с последующим исследованием околошовной зоны. Параллельно аналогичной термообработке и металлографическим исследованиям подвергались образцы биметалла ВТ1-0+08Х18Н10Т без барьерного слоя.
Рис. 6. Картограмма распределения элементов в околошовной зоне после термообработки 800 °С
Термообработка до 700 °С в течение 1 ч не приводит к значительным изменениям структуры в барьерном слое и образованию интерметаллидов.
На рис. 5 приведена структура околошовной зоны биметалла титан ВТ1-0 + нержавеющая сталь 08Х18Н10Т после термообработки 800 °С в течение 1 ч. Отчетливо видна образовавшаяся интерметаллид-ная прослойка толщиной порядка 25 мкм.
После термообработки 800 °С в ванадиевом слое в зоне завихрений и перемешивания дискретных частиц обнаружены множественные интерметаллидные включения. При этом сплошных интерметаллидных прослоек между компонентами биметалла не обнаружено (рис. 6).
Таким образом, применение барьерного слоя из ванадия при сварке взрывом заготовок из нержавеющей стали и титана является эффективным техническим решением при формировании надежных, прочных и бездефектных соединений в биметаллах, работающих при повышенных температурах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шморгун В.Г., Трыков Ю.П., Донцов Д.Ю., Слаутин О.В. Формирование структуры в многослойных соединениях титана со сталями с различным содержанием углерода после высокотемпературных нагревов // Известия ВолгГТУ. 2009. № 3. С. 23-26.
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
UDC 621.791.13
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1289-1291
APPLICATION OF THE VANADIUM BARRIER LAYER IN THE STEEL-TITAN BIMETAL
© I.V. Saykov1*, A.Y. Malakhov 1), I.N. Nursainov2), V.S. Chelnokov2)
1) Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science RAS, Chemogolovka, Russian Federation,
e-mail: revan.84@mail.ru
2) National University of Science and Technology MISiS, Moscow, Russian Federation, e-mail: revan.84@mail.ru
The problem of receiving bimetallic composition the titan VT1-0 + stainless steel with an intermediate barrier layer of vanadium is considered. The intermediate layer was entered for prevention of emergence and growth of the intermetallic peculiar for steel and the titan at high temperatures in a transitional zone. Key words: bimetal; explosive welding; intermatallic.
REFERENCES
1. Shmorgun V.G., Trykov Yu.P., Dontsov D.Yu., Slautin O.V. Formirovanie struktury v mnogosloynykh soedineniyakh titana so stalyami s razlichnym soderzhaniem ugleroda posle vysokotemperaturnykh nagrevov. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnichesko-go universiteta - Izvestia VSTU, 2009, no. 3, pp. 23-26.
Received 10 April 2016
Сайков Иван Владимирович, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: revan.84@mail.ru
Saykov Ivan Vladimirovich, Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science RAS, Chernogolovka, Russian Federation, Candidate of Technics, Senior Research Worker, e-mail: revan.84@mail.ru
Малахов Андрей Юрьевич, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: sirmalakhov@yandex.ru
Malakhov Andrey Yurevich, Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science RAS, Chernogolovka, Russian Federation, Candidate of Technics, Senior Research Worker, e-mail: sirmalakhov@yandex.ru
Нурсаинов Ильяс Нурланулы, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва, Российская Федерация, магистрант, e-mail: ilyasnursainov@gmail.com
Nursainov Ilyas Nurlanuly, National University of Science and Technology MISiS, Moscow, Russian Federation, Master's Degree Student, e-mail: ilyasnursainov@gmail.com
Челноков Валентин Сергеевич, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва, Российская Федерация, кандидат технических наук, доцент, e-mail: ilyasnursainov@gmail.com
Chelnokov Valentin Sergeevich, National University of Science and Technology MISiS, Moscow, Russian Federation, Candidate of Technics, Associate Professor, e-mail: ilyasnursainov@gmail.com
