Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 74
Текст из файла (страница 74)
2. Максимальная растворимость примесей внедрения в тугоплавких металлах (по данным Г. Т. Хана и др,) г13) Рис. 1. Скорость гкислсния тугоплавких металлов прн различных температурах (по данным Р. Джаффи) [13) Параболи- ческая Оь Линейная 230 250 Зоа Титан Цирконий Гафний 275 зоо 5за ьао 200- аао 200 — 900 350 — 300 ) Гзаа ) 000 ) 300 < 200 < 200 < 350 !Ч ЗОО 230 500 400 200- 2оа зоо !Занадий Ниобий Тантал зао 350 450 аоа !50--400 300 -500 .- 400 < !50 < ЗОО ) 000 ) 400 ) 500 Ч Хр. Молибден Вольфрам 40о 400 Инертен тао 4(о 400 050 ГЗОО Инертен гаа — ! шо 400 — 600 400-!Ооо < 200 < 400 < 400 ) !!Оо =- аоо ) !Ооо Ч! ЧН Рений ЗОО Инертен заа — аоа Инертен -- ьаа с зоо Сварка г!уго!!лавках виеталлов и их сплавов Ч11 группы) обладает пониженной активностью по сравнению с предыдущими металлами, однако отсутствие пассивирующнхся поверхностных слоев делает его достаточно активным и взаимодействующим с окружающей средой.
Химическая активность тугоплавких металлов Ч111 группы значительно ниже, чем у металлов 1Ч, Ч и Ч11 групп, 2. Предельнан растворимость примесей внедрении, температуРа взаимодействия с примесями и закономерности окисления тугоплавкнх металлов Степень влияния примесей внедрения на свойства тугоплавких металлов зависит о ской ешет висит от их предельной растворимости в металле (рис, 2) типа кристалличетем больше " Рюш~тки, характера образующихся соединений; чем меньше растворимость, внедрения с ольше это влияние.
Резкое охрупчивание металлов, вызываемое примесями нитридов ги др ния, вязано р де всего с выделением их в виде со д ь дельной аство р дов, гидридов карбидов) но границам зере~ при 'од Р ра . П и еси внедрения, находяц!неся в твердом Р Р ухудшают пластические свойства тугоплавких металлов, главным образом из-за торможения движения дислокаций и уменьшения сопротивляемости образованию и развитию трещин. Наиболее чувствительны к охрупчиванню мономорфные металлы Ч и Ч1 групп, имеющие объемно-центрированную кубическую решетку.
Характерной особенностью этих металлов является их хладноломкость, т. е. переход из пластичного состояния в хрупкое в некотором интервале температур (за исключением тантала) (рис. 3, 4). 40з и и Ъ 40т В 40 ь и о и 40' Металлы высокой чистоты сохраняют высокие пластические свойства. Наибольшей хладноломкостью, т. е. высокой температурой перехода в хрупкое состояние, обладают металлы Ч1 группы, особенно вольфрам, в связи с исчезающе малой растворимостью примесей внедрения, которая почти на три порядка меньше, чем у элементов Ч группы (см, рнс.
2). Даже рафинированные металлы Ч1 группы являются, по-видимому, по отношению к примесям внедрения пересыщенными твердыми растворами илн двухфазными. Для металлов Ч группы по степени влияния на возникновение хрупкости примеси внедрения располагаются в следующем порядке: водород, азот, кислород, углерод; для металлов Ч1 группы: углерод, кислород, азот, водород. Из тугоплавких металлов хладноломкимн являются также рутений и осмий, имеющие гексагональную плотноупакованпую решетку, На свариваемость сплавов на основе тугоплавких металлов влияет состав сплавов и содержание легирующих элементов.
Имеются несколько основных путей получения качественных сварных соединений. 1. Высокая чистота исходных материалов (основного и присадочного металла, защитных материалов), обеспечивающая минимально допустимое содер- 294 295 Сварка титана, циркония и гафния бв, кзс/мм 2 ч,% 120 а) ад 200 МЮ 0 -гОО "100 Сварка тугоплавких металлов и их сплавов жанне примесей; в некоторых случаях целесообразно применять специальные присадочные материалы, улучшающие пластические свойства соединения. 2. Применение техники и технологии сварки, гарантирующих качественную зашиту, минимальное содержание примесей. Главным технологическим требованием при сварке тугоплавких металлов является изоляция от атмосферы расплавленного металла и металла, нагреваемого в процессе сварки до температур О -200 200 000 1000 1400 ~д -20д,д ' 200 400 ВОО ВОО ~О Рис.
3. Зависимость предела прочности при растяжении (а) и относительного сужения (б) тугоплавких металлов от тем- пературы (13] начала его реакции с газами; для этого следует использовать инертные газы высокой чистоты (аргон высшего сорта по ГОСТ 10157 — 73, гелий по ВЧ МРТ4 51-04 — 65) или вакуум при давлении не выше 3 10 4 мм рт. ст. Наряду с защитой необходима тщательная подготовка деталей под сварку: зачистка (не допускаются -274 ЮО Ф ~Р !1ю Ою 0 0,1 112 01100! ОООО 0',01 0,02 вдв «) 'в) Ооверкание при мееей,74 по ма«ее в) Рис. 4. Влияние примесей на температуру хладноломкостн ванадия (а), ниобня (б) и молибдена (в) (101 расслоения, заусенцы и другие дефекты), травление для удаления поверхностных окислов, промывка, сушка, обезжиривание, обезвоживание. Наряду с металлом необходимо очищать и обезвоживать сварочные приспособления и инструменты.
3. В связи с высокой чувствительностью тугоплавкнх металлов и особенно сплавов к термическому циклу (склонность к росту зерна, перегреву, структурным преврашепиям с образованием промежуточных фаз) сварку нужно производить на режимах, обеспечивающих оптимальные свойства и формирование соединения. Повышение свойств сварных соединений сплавов достигается термической, а также термомеханической обработкой.
4. Улучшение напряженного состояния в сварных соединениях за счет рационального конструирования сварных узлов, направленного на уменьшение жесткой схемы напряженного состояния, уменьшение и снижение остаточных напряжений. Для соединения тугоплавких металлов применяют преимушественно сварку плавлением: дуговую в среде инертных газов (в камерах и со струйной защитой); электронно-лучевую, вакуумно-дуговую, полым катодом, лазерную; под флюсом (для титана). Для некоторых изделий используют контактную сварку, диффузионную, ультразвуковую, взрывом, трением, холодную давлением, химическим осаждением металла из жидкой фазы, В отличие от сталей ручная дуговая сварка жаропрочных металлов покрытыми электродами не нашла широкого применения в связи с высокой активностью и чувствительностью к примесям большинства этих металлов.
В соответствии с физико-химическими свойствами и расположением в периодической системе тугоплавкие металлы 1Ч группы периодической системы обладают хорошей свариваемостью; Ч группы — удовлетворительной, Ч1 группы— ограниченной, Ч11 и Ч11! групп — хорошей. Технику и технологию сварки тугоплавких металлов и их сплавов рассмот- Е. им в соответствии с распределением их по группам периодической системы . И. Менделеева. СВАРКА ТИТАНА, ЦИРКОНИЯ И ГАФНИЯ Титан, цирконий, гафний по свариваемости являются аналогами в связи с общностью химических и кристаллографическнх свойств.
Режим сварки зависит от их теплофнзических свойств (температуры и теплоты плавления, тепло- емкости, вязкости при различных температурах). Характерными общими особенностями металлов этой группы являются: а) наиболее высокая (среди тугоплавкпх металлов) химическая активность по отношению к кислороду, азоту, водороду, с которыми они соединяются непосредственно при повышенных температурах с образованием устойчивых соединений, вызывающих резкое охрупчивание металла; оксиды и нитриды устойчивы при низких и высоких температурах; температура плавления оксидов Т1, Хг, Н1 составляет соответственно 1820, 27!О, 2811' С, нитридов Т1 — 3205' С,Ег — 2980'С; гидриды этих металлов устойчивы прн низких температурах, но при 700 — 800' С разлагаются, что существенно изменяет растворимость водорода; б) высокая чувствительность к термическому циклу сварки, связанная с протеканием полиморфного а — р-преврашения, резким ростом зерна высокотемпературной р-фазы при нагреве выше температуры полиморфного превращения, перегревом и образованием хрупких фаз при охлаждении и старении; в) склонность к замедленному разрушению; характерной особенностью чистых металлов этой группы является высокая сопротивляемость горячим трещинам при сварке, главным образом в связи с малым температурным интервалом хрупкости, а также теплофизическимн свойствами прн повышенных температурах; однако металлы этой группы проявляют склонность к замедленному разрушению вследствие водородного охрупчивания при наличии растягивающих напряжений 1 рода; это явление резко интенсифицируется прн наличии дополнительных охрупчиваюших факторов: повышенном содержании примесей, неблагоприятных структурах, жестком напряженном состоянии; г) в металлах и сварных соединениях этой группы наблюдается значительная анизотропия свойств в связи с тем, что низкотемпературная а-модификация имеет гексагональную плотноупакованную решетку, для которой характерно это явление.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
