Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Эвтектоидный распад ~)-фазы в титановых сплавах может приводить к столь резкому ухудшению механических свойств и охрупчивапию, что их практическое применение исключается. Структурные состояния, возникающие при быстром охлаждении из 1)-области сплавов титана, иллюстрируются рис. 6. Мартенситное превращение происходит в интервале температур от Мк до Мк, которые понижаются с увеличением содержания легирующих компонентов и в сплавах с переходными элементами при концентрациях С' и С" р достигают 20'-С. Эти концентрации называют первой и второй кр кр критической концентрацией. При концентрации легирующих компонентов до С' образуется сс'-фаза (или сс' и а") в зависимости от системы легирования. При кр концентрации легирующих элементов ог С' до С" мартенситное превращение не кр кр осуществлясгся до конца и поэтому структура сплавов представлена а'(я")- и р-фазами.
Если концентрация р-стабилизатора превышает вторую критическую (С" ), то фиксируется р-фаза. При содержании ~)-стабилизаторов, близком к С,",, в сйлавах внутри р-твердого раствора возникает щ-фаза. Т вЂ”.вдз Рис. 6. Структуры, которые получаются при быстром охлаждении из р-области сплавов титана: а — с йр-эвтектоидными стабклизатсрамк; б — с 8-изоморфными стабилизаторами [101 Т1 +,~,,~кр Р а' скр абаз(ир скр скр а' а, а" д~~ ч м"$ ск,, 1 Ър-стабилизатора а" 'Р(<4 а) ф В связи с тем, что термические циклы в зонах сварного соединения различны, в этих зонах возникают различные структурные состояния и неоднородность свойств (рис.
7). В сварных соединениях технического титана и стабильных а-сплавов образуются участки с характерными изменениями структуры и свойств: крупнокристаллический металл шва с игольчатой структурой сс'-фазы; околошовная зона с резко увеличенным зерном и игольчатой структурой а+ сс'-фазы; зона частичной перекристаллизации 1)-фазы со смешанной структурой сс+ сс'- фазы; за этой зоной следует постепенный переход к неизменной структуре прокатанного основного металла. Легирование титана, как правило, ухудшает свариваемость, что выражается в большей чувствительности к термическому циклу — к явлениям, вызывающим понижение пластичности в связи с возможным образованием хрупких фаз при охлаждении и старении, в большей неоднородности сварного соединения. При этом наряду с мартенситным превращением (р — ~ сс') могут происходить процессы образования промежуточных мстастабильных фаз 1) -~ 1з+ гв — ~ 'р + сс(и ) и интерметаллидных соединений (р -+ сс+ у), охрупчивающих металл.
Диаграммы анизотсрмического превращения титановых сплавов при сварке приведены на рис. 8. Диаграммы 1 типа характерны для технического титана ВТ1-1, его сс-сплавов (ВТ5, ВТ5-1) и псевдо сс-сплавов (ОТ4-0, ОТ4, ОТ4-1, ОТ4-2, АТЗ, АТ4 и др. Диаграммы 11 типа присущи сс+ р-сплавам (ВТ6С, ВТ6, ВТ14), содержащим больцюе количество р-стабилизаторов, что обусловливает возможность вслед за 300 30! Сварка титана, т)арканил и гафния ~пл Е, уз, )тнв М, ттнтт НО б, кгс/тем г Рнгс, сх Сварка тугоплавкик иеталлов и их сплавов )) -ьа-превращением промежуточного )з -ь о)-превращения. Полиморфное превращение в сплавах 1 и 11 групп протекает по ьтартенситпому механизму (ш = 3 †: —:400 'С)С), Хараятсрви МаЛЫй абЪЕМНЫй яффа)гт )1 -Ь СХ'знрЕВращсиня (О> !3— 0 27оуо) Рис.
7. Неоднородность свойств сварного соединения в поперечном сечении технического титана ВТ1-1 (6 = 2 мм) при аргонодуговой сварке: и — максимальные температуры; б — схема сварного соединения; в — твердость Нв и размер зерна )н; г — механические свойства при изгибе 1Р— несущая нагрузка, ив Угол изгиба); а — электродный со 13% ЫаС)) и термоэлектрический Е потенцналы 1мкв); ру е — остаточные пластические продольйые е „и поперечные в у деформации; ж — остаточные продольные пну и поперечные и„, напряжения Диаграммы 11! типасвойственны еще более легированным и+ )з-сплавам титана (ВТ!6).
Для них характерны две ступени превращения: при относительно малых скоростях охлаждения происходит !з-+со-превржцение по диффузионному механизму; основная часть 1)-твердого оаствора превращается затем по мартенситной кинетике. Начиная с некоторых критических скоростей охлаждения, сохраняется только мартенситная кинетика — бездиффузионное )) — сс' превращение; при этом существенно возрастает количество остаточной )з-фазь). Диаграмма 1у' типа характеризует высоколегированные метастабильные р-сплавы (ВТ15). Они также претерпевают сначала диффузионное превращение, а затем мартенситное, однако при очень малых скоростях охлаждения и-фаза выделяется по границам зерен р-фазы, а иа-фаза — на внутренних участках.
При более высоких скоростях охлаждения сохраняется термически метастабильная р-фаза. Процесс старения представляет распад метастабил ьных фаз. Последовательность стадий старения и их продолжительность определяются составом сплавов, а также температурой максимального нагрева при термическом цикле сварки. )П-) 1 10! )Пг )Вз )О ' ) 1О' гаг )Оз О н и а ж д е и и е, с Рпс. 8. Диаграммы превращений в сплавах титана в зоне полной перекрн- сталлизацин 124) При распаде мартенситной фазы сс' первой выделяется р-фаза, мартгнсит постепеш;о обедняется легпрующим элементом и превращается в а-фазу: ам -э. -ьсс'.
+ Р а+ Р; фаза а" РаспаДаетсЯ по ДРУгой схеме: и„", а'бог+ обеда + и -ь !з -'- сс — ~ Р+ а т, е. первой выделяется и-фаза, а мартенсит неравн неравн обогащается р-стабилпзаторохц становится термодинамически неустоичивым и превращается в неравновесную )з-фазу, состав которой постепенно приближается к равновесной.
Распад ыетастабнльной !)всфазы в общем виде можно представить следующими схеыамн: ~м (О)+!)обет)- (ОЗ+~ бог+Се)- Кт+~' !Зн ' (ОЗ+ !)обог) -' (О)+ Робот+а) + С'+У. Первая схема относится к сплавам, не имеющим эвтектоидного превращения, вторая схема — к эвтектоидным системам. Основным критерием выбора технологии сварки, исходя из оптимальных механических свойств, является оптимальный интервал скоростей охлаждения ст1С В КОТОРОМ СТЕПЕНЬ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ПЛаетИЧЕСКИХ СВОйСтВ ОКОЛОШОВНОЙ охл~ 808 Сварка титпна, циркония и гафния Сварка тцгоплавкик л~гталлов и их сплавоь 'оны оказывается наименьшей (рис, 9). Исходя из этого сварку а- и псевдо я-сплавов целесообразно проводить при минимальных погонных энергиях (рис. 9,а); и+ (4-сплавы со средним количеством р-фазы характеризуются резким снижением пластических свойств в широком интервале скоростей охлаждения вследствие неблагоприятного сочетания фаз а', о и ().
Вне этого интервала пластичность увеличивается при малых скоростях вследствие уменьшения количества ()-фазы, при высоких — за счет ее увеличения, Эти сплавы целесообразно сваривать на мягких режимах с малыми скоростями охлаждения (рис. 9, б). Высоколегированные (а+ 1))-сплавы с высоким содержанием Р-фазы (ВТ16) или сплавы со структурой метастабильной 1).фазы целесообразно сваривать на режимах, обеспечивающих среднюю и высокую скорость охлаждения (рпс.
9, в). ввв бал 1 3 20в 20Р аи 5 — г+т" ,с а) бт Ю) Рис. 9. Влияние длительности г' + 1" пребывания сплавов титана выше температуры превращений (1' на стадии нагрева; 1" — на статцш охлаждения) и последующей скорости охлаждения иа механические свойства сплавов титана в около- шовной зоне: а — сплавы со структурой чистой и'-фазы или с малым количеством э- и 8-фаз (технический титан Вт! и имг!1А); и-сплавы с З,это А1 (втз, В гз-! 1; и + 13-сплавы (типа Ат, ОТ4, ОТ4-2, ВТ6С); 6 — сплавы со с1руктуроа а + о + 13-Фаз при малом и среднем количестве я-фазы (а + а-сплавы Втб, ВТ!4д в — сплавы са структурой Н + и' + а-Фаз пан повышенном и высокам содержании Д-фазы (а + 13.сплав ВТ16, метастабильный 8-сплав Вт!з) 1241 Повышение пластичности с сохранением высокой прочности достигается технологическими приемами, например путем электромагнитного перемешнвання расплава и применения колеблющегося электронного луча, что измельчает структуру а-фазы и уменьшает внутрнзерепную неоднородность.
Необходимые свойства сварных соединений термоупрочняемых и+ р-титановых сплавов получают после закалки и старения. При сварке титановых сплавов у сварных соединений наблюдается склонность к замедленному разрушению, причиной которого является повышенное содержание водорода в сварном соединении в сочетании с растягивающими напряжениями первого рода (остаточными сварочными и от внешней нагрузки). Влияние водорода на склонность к трещинообразовапию возрастает при увеличении содержания других примесей (кислорода и азота) и вследствие общего снижения пластичности прп образовании хрупких фаз в процессе охлаждения и старения.
Отрицательное влияние водорода при трещннообразовании является результатом гидридного превращения и адсорбционного эффекта снижения прочности. Наибольшее влияние водород оказывает на а-сплавы в связи с ничтожной растворимостью в них водорода (<0,001",4). Растворимость водорода в р-фазе значительно выше, поэтому сплавы, содержащие ()-фазу, менее чувствительны к водородному охрупчиванию; вместе с. тем повышенная растворилюсть водорода в 11-фазе увеличивает опасность наводороживания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
