Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Сварка титана, г(иркония и гафния 297 296 йства 5 % зо зо )О 12 ЬО-65 6О-75 70 — 90 85 — ! 00 100 †!20 6О-7О 75 — 90 8Ь вЂ” 105 95 — 115 95 — 110 ЗО 20 1Ь !2 (О 20 !2 ю 8 8 0,8 А1; 0,8 Мп 1,5 Л1; 1,0 Мп 3,5 А1; 1,5 Мп 5,0 Л1; 1,5 Мп 6,0 А!; 1,5 Мп 2,0 Ег; 1,0 Мо З,О А1; 1,5 (Ге, Сг, 81, В) 4,0 А1; 1,5 (Ге, Сг, зч В) 6,0 Л!; 2,0 Ег; 1,0 Мо; 1Ч 5,0 Л1; 2,0 Хг; 3,0 Бп; 2 Ч ОТ4-0 ОТ4-1 ОТ4 ВТ4 ОТ4-2 ЛТ2 ЛТЗ АТ4 В Т20 ТС5 Псевдо а 90 — 95 9.; — 105; 110" 100 †1; !20е 90 — 105; 120* 10 7 Ь,ОА!; 4,0Ч 6,0 А1; 4,5 Ч 6,0 А!; 2,5 Мо; 2,0 Сг; 0,3 81; 0,5 Ге 4,5 Л1! З,О Мо; 1,0 Ч 2,5А1; 5,0 Мо; 5,ОЧ 5,0 А1; 5,0 Мо; 5,0 Ч; 1 Ге; 1 Сг 4,5 Л1; 2,0 Мо; 4,5 Ч; 0,6 Ге; 1 Сг ВТ6С ВТ6 10 8 6 1Ь 6 8 Ь 5 ВТЗ-1 ВТ14 80 — 95; 120-130' ВТ!6 110 — 125; 140-155ч ВТ22 ВТ23 135 — 150 ч 140 — 150 ч 3,0 А1; 7,0 Мо; 11,0 Сг З,О А1; Ь,О Мо; 6,0 Ч; 11,0 Сг ВТ!5 ТСО Псевдо 6 33,0 Мо 4201 Сварка тугоплавких металлов и их сплавов Сварка титана и титановых сплавов Сплавы титана и их свариваемость (4, 5, 10, 14, 18, 20, 24 — 281.
Титан имеет две аллотропические модификации: высокотемпературную р — Т! с объемноцентрированной кубической решеткой и низкотемпературную а — Т1 с гексагональной плотноупаковапной. Температура полиморфного превращения титана сс 11 в равновесных условиях равна 882,5' С.
Плотность сс — Т! (4,506 — 4,56 г/смз) выше плотности () — Т! (4,471 г/смз прн 400' С), поэтому превращение высокотемпературной фазы в низкотемпературную Р— ~- сс сопровождается в отличие от сталей уменьшением объема (-0,13%) и не дает достаточно сильного внутрифазного наклепа. Седеркание легирунти4им элеменп)од а~ д) д) Рис. 5. Схема влияния легирующих элементов на температуру полнморфного превращения титана и структурные диаграммы Легирующие элементы по влиянию на полиморфизм титана (температуру превращении, растворимость, стабилизацию той или иной фазы) могут быть разделены на следующие группы: 1) сс-стабилизаторы; 2) !)-стабилизаторы; 3) нейтральные упрочнители (Уг, Н1, Бп), мало влияющие на телтературу полиморфного превращения (рис.
5); сс-стабилизаторы повышают температуру св — ~ р-превращения (рис. 5, а), значительно растворяются в а-фазе и незначительно в р-фазе. Алюминий, стабилизирующий а-фазу, является основным легирующим элементом для титана, благодаря дешевизне, малой плотности, эффективному упрочнению как а-, так н 1)-фаз, повышению жаропрочности титановых сплавов, За пределами растворимости (7,5ето в сс-фазе) алюминий образует с титаном хрупкое интерметаллидное соединение Т!ЗА1, !)-стабилизаторы делятся на две основные группы: изоморфные — неограниченно растворя!ощиеся в 1)-фазе (и", Ь)Ь, Та, Мо, ч(() (рис.
5, б), и эвтектоидообразующие, обладающие большей, но ограниченной растворимостью в р-фазе, чем в (х-фазе (рис. 5, в). К нх числу относятся (в порядке повышения температуры эвтектоидного превращения и жаропрочности) Мп, Ге, Сг, Со, Ь)1, Сн, 51, а также РЬ, Ве, Ад, Ац и др.
При определенных концентрациях и температурных условиях эвтектоидообразующие р-стабилизаторы образуют с титаном интерметаллидные соединения вследствие эвтектоидного превращения, при котором (1-фаза распадается на сс- н у-фазы. По интенсивности стабилизации Р-фазы элементы можно расположить в следующем порядке: Ге, Мп; Сг, Мо, Ъ', ХЬ, Та. При содержании в титане !3-стабилизирующих элементов больше критического (12% Мо, 15",в 7, 8% Сг, 4% Мп„6,5% Ге) !)-фаза может быть зафиксирована при 20' С. В зависимости от содержания сс-стабилязаторов (А), ()-изоморфных (Ви) и эвтектоидных (В,) стабилизаторов и нейтральных упрочнителей (!Ь) типы титановых сплавов сводятся к следующим: Т! — А, Т1 — А — Ь(, Т1 — А — В„Т! — А — Ви, Т! — А — В,— Вн, Т! — А — В,— Ь(, Т! — А — Ви — В,— Ь!.
В зависимости от структуры в нормализованном состоянии титановые сплавы подразделяют на следующие классы (табл. 3): 1) сс-сплавы, структура которых представлена (х-фазой; 2) се + (з- сплавы, структура которых представлена сс- и р-фазами; 3) р-сплавы, структура которых представлена механически стабильной !1-фазой. Кроме этого, выделяются два переходных класса: а) псевдо а-сплавы, структура которых состоит из а-фазы и небольшого количества !з-фазы (не более 5е4); б) псевдо В-сплавы, структура которых представлена метастабильной р-фазой и небольшим количеством сс-фазы.
а-сплавы могут быть термически неупрочняемыми и упрочняемымн вследствие диспсрсионного твердения; сс +- р-сплавы — твердеющие или мягкие после закалки; !з-сплавы могут быть с (1-фазой механически стабильной, механически нестабильной и термодинамически стабильной. По гарантированной прочности титановые сплавы подразделяют: а) на мало- прочные высокопластичные с о < 70 кгс,'см'; б) на среднепрочные с о = 75 — : 100 кгс/мм'! в) на высокопрочные с ов > 100 кгс/ммз. 3.
Структура, состав и механические свойства промышленных титановых сплавов П р и м е ч а и и е. Механические свойства а- и псевдо а.сплавов приведены в отожженном состоянии; сс + !1- и псевдо ()-сплавов — в отожжеином, закаленном и состаренном состояниях (со звездочкой), 299 298 Сварка тугоплавких металлов и их сплавов Сварка титана, ииркания и гафния Применяют деформируемые и литейные сплавы.
В табл. 3 представлены деформируемые сплавы, используемые для сварных конструкций, Разрабатываются новые сплавы со специальными свойствами (жаропрочные, хладостойкие, коррозионно-стойкие) на основе комплексного легирования. Например, серия сс-сплавов типа СТ, имеющих высокую жаропрочность, специальными свойствами обладают сплавы типа ИРМ. Механические свойства и структура титана и его сплавов зависят от примесей, оторые разделяются на две группы: а) внедрения — 0„1ч„С, выющюм и-стабилизаторами, и Н, — р-стабилизатор; б) замещения — Ге, 51 (для титана).
Влияние примесей внедрения значительно сильнее. Кислород снижает пластические свойства в области малых концентраций (до 0,1%); в интервале концентраций О,1 — 0,5% он относительно мало влияет на пластичность, но при больших содержаниях (>О,?%) титан полностью теряет способность к пластическому деформированию. Азот охрупчивает титан в еще большей степени. При содерж! ши его более 0,2~о наступает хрупкое разрушение.
Углерод влияет в меньшей о степени, чем кислород и азот. Водород — вредная примесь в титановых сплавах. Растворимость водорода в титане при эвтектоидной температуре составляет 0,18%, но с понижением температуры резко падает (<0,0007%), что приводит к выделению вторичных гидридов, преимущественно по плоскостям скольжения и двойникования. Хрупкость, низкая прочность, пластинчатая форма гидридов и значительный положительный объемный эффект при образовании гид 15 5О~)— р и и гидридов (,,й) — причины резкого охрупчивания титана при йаводороживании.
Содержание примесей в сплавах титана допускается в следующих пределах (% по массе): О, < 0,15 —: 0,20; Х, < 0,05; Н, < 0,006 —: 0,01; С < О,1; Ге < <,25 —: 0,30; 51< 0,15; сумма прочих примесей не должна превышать О,ЗО4. Допустимое содержание примесей в техническом титане несколько меньше. Основная проблема свариваемости титановых сплавов — получение сварных соединений с хорошей пластичностью, зависящей от качества защиты и чувствительности металла к термическому циклу сварки. Заметное насыщение металла шва кислородом, азотом и водородом в процессе сварки происходит при температурах ~ 350' С.
Это резко снижает пластичность и длительную прочность свапных конструкций. Поэтому зона сварки, ограниченная изотермой =-- 350" С, должна быть тщательно защищена от взаимодействия с воздухом путем сварки в.среде инертных защитных газов (аргона или гелия) высокой чистоты, под спесва ки ав н циальными флюсами, в вакууме. Сварка без защиты возможна при сп б р давлением, когда благодаря высокой скорости процесса и вытеснению продуктов окисления при давлении (контактная сварка) или отсутствии высокого нагрева (ультразвуковая сварка) опасность активного взаимодействия металла в зоне сварки с воздухом сводится к минимуму.
П ри сварке в сплавах титана происходят сложные фазовые и структурные превращения. Чувствительность к сварочному термическому циклу выражается в протекании полиморфного превращения х = р, в резком росте размеров зерна р-фазы и перегреве на стадии нагрева, в образовании хрупких фаз при охлаждении и старении, неоднородности свойств сварных соединений, зависящих от химического и фазового состава сплавов. Вследствие низкой теплопроводнос ой объемнои теплоемкости титана время пребывания металла при в с р тип темпе ат р турах значительно больше, чем это время для стали, что является причири высоких иост ной перегрева, резкого увеличения размера зерен Р-фазы и снижения пла и титана.
Превращение 1з — ~- сс в зависимости от состава сплава и температур но- временных условий сварки может сопровождаться возникновением стабильнои сс и метастабильных фаз а', сс", сс„, о„1), а также у-фазы; а'-фаза характеризуется закалочной игольчатой структурой мартенситного типа с искаженной гексагональной решеткой. Она образуется в низколегированных я-сплавах титана при быстром охлаждении, а также при пластической деформации метастабильной р-фазы; а"-фаза представляет собой мартснситную фазу. Она пластична, твердость се меньше, чем твердость а-фазы. В связи с малым объемным эффектом мартен- ситного превращения а'- и а"-фазы в титане значительно более пластичны и менее хрупки, чем в сталях, что является благоприятным фактором при сварке; щ-фаза — метастабильная промежуточная низкотемпературная модификация титана, она наиболее сильно охрупчивает, упрочняет и снижает пластичность титана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
