CC BY
70
УДК 539.3
ТВЕРДОФАЗНОЕ СОЕДИНЕНИЕ НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА Ti-6Al-4V
© М.Х. Мухаметрахимов
Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, г. Уфа, Россия, e-mail: MSIA@mail.ru
Ключевые слова: титановый сплав; твердофазное соединение; диффузионная сварка; низкотемпературная сверхпластичность.
Изучены механические свойства при испытаниях на растяжение образцов двухфазного титанового сплава Ti-6Al-4V, различающихся величиной зерна и температурой твердофазного соединения путем диффузионной сварки в состоянии низкотемпературной сверхпластичности.
Развитие машиностроения, и авиационного в частности, требует создания новых ресурсосберегающих, экологически безопасных технологических процессов, использующих прогрессивные материалы с высокими эксплуатационными свойствами. Повышение прочности твердофазного соединения (ТФС) за счет снижения дефектов остается актуальной задачей.
Известно [1], что диффузионная сварка (ДС) является структурно-неконтролируемым технологическим процессом. Это обстоятельство накладывает существенные ограничения на применение ДС при изготовлении силовых конструкций ответственного назначения. Одной из причин, сдерживающих широкое применение ДС при изготовлении конструкций из титановых сплавов, является трудность получения качественного соединения при малой накопленной деформации свариваемых элементов. Связано это с тем, что в процессе сварки под действием сжимающих усилий, обеспечивающих формирование физического контакта и активацию свариваемых поверхностей, деформируется весь объем соединяемых элементов. Факторами, влияющими на длительность стадии образования физического контакта и, как следствие этого, величины накопленной деформации свариваемых элементов, являются размер зерна и геометрия микровыступов на контактных поверхностях. Появление наноструктурных (НС) материалов повышает актуальность использования ДС как одной из наиболее приемлемых технологий их обработки для достижения высоких механических свойств изделий, полученных твердофазным соединением.
Материалом для исследования был выбран промышленный двухфазный титановый сплав Ti-6Al-4V. Исходные заготовки сплава имели микрокристаллическую структуру (МК) со средним размером зерен 2,2 мкм. В результате всесторонней ковки исходных заготовок в них была сформирована НС со средним размером зерен около 0,2 мкм [2].
Соединение заготовок с различными состояниями осуществляли сваркой давлением при различных температурах в состоянии СП на вакуумной установке на базе ИМАШ 20-78. Качество соединения оценивали
как металлографически, так и по результатам механических испытаний на растяжение.
а)
б)
Рис. 1. Микроструктура зоны ТФС НС сплава Ti-6Al-4V: а) при 700 оС; б) при 800 оС
1100
1060
1020
940
900
Свидет. 5 10 15
Степень деформации, %
а)
200
160
120 „= в4
80 «о 40 0
£
«о
Свидет. 5 10 15
Степень деформации, %
б)
Рис. 2. Механические свойства НС сплава Ti-6Al-4V после сварки при температурах 700 оС (а) и 800 оС (б)
тяженностей неравновесных границ, что обеспечивается значительной активизацией диффузионных процессов. Это определяет повышенную роль механизма зернограничного проскальзывания в деформации. При сварке давлением в условиях низкотемпературной СП в температурном интервале 700...800 оС со степенью деформации в пределах 5 % получили качественное ТФС (рис. 1).
Металлографические исследования полностью согласуются с результатами испытаний на прочность (рис. 2). С уменьшением влияния температурно-временного фактора возможно сохранить не только структуру, но и прочность НС сплава Ті-6А1-^. При этом прочность сварных соединений при степени деформации 5 % показала наиболее высокие значения, чем при 15 %.
Из проведенных исследований следует, что количество пор и их распределение в зоне соединения двухфазного титанового сплава Ti-6A1-4V зависит от структурного состояния материала.
На примере титанового сплава Ti-6A1-4V показано, что формирование НС приводит к улучшению свариваемости сплавов давлением, сопровождающемуся повышением качества сварного соединения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Каракозов Э.С., Орлова Л.М., Пешков В.В., Григорьевский В.И. Диффузионная сварка титана. М.: Металлургия, 1977. 272 с.
2. Kaibyshev O.A., Salishchev G.A., Galeyev R.M., Lutfullin R.Ya and Valiakhmetov O.R. // Patent PCT/US97/18642, WO 9817836, 30.04.1998.
3. Partridge P.G., McDarmaid D.S., Bowen A.W. // Acta Metall. 1985. V. 33. № 4. Р. 571-577.
S
Известно, что анизотропия напряжений течения, обусловленная наличием металлографической текстуры [3], является отрицательным фактором при изготовлении и эксплуатации изделий. Прочностные свойства сварного соединения промышленного сплава при температуре 900 оС с увеличением степени СП деформации от 5 до 15 % возрастают и достигают уровня основного материала.
Перевод сплава в НС состояние приводит к уменьшению размера зерен и к увеличению суммарных про-
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Mukhametrakhimov M.Kh. Solid state joining in nanostructured titanium alloy Ti-6Al-4V.
The mechanical properties in tensile tests of specimens of double-phase titanium alloy VT6 differing in grain size and temperature of solid-phase joining by diffusion welding in the state of superplasticity are studied.
Key words: titanium alloy; solid state joining; diffusion welding; low temperature superplasticity.
