Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 81
Текст из файла (страница 81)
По влиянию на полиморфизм циркония нсе легиру!ощие элементы можно разбить на а(Бп, Н1)- и Р(Ге, Сг, Мо, г!Ь)-стабилизаторы. По аналогии с титаном циркониевые сплавы можно разделить на а-, а+ Р- и [~-сплавы. Структура сплавов первого класса представлена я-фазой или а-фазой с интерметаллидами; сплавы второго класса имеют структуру, представленную я- и [з-фазами; [5-сплавы могут иметь структуру, представленную р-фазой или Р-фазой с интермсталлидами.
В табл. 29 приведены промышленные а- и а+ Р-сплавы. Сплав Ег — 2,5ого КЬ нашел наибольшее применение в промышленности. 29. Химический состав и механические свойства Ииркониевых сплавов В циркониевых сплавах, как и в титановых, при быстром охлаждении происходит мартенситное превращение. Образуются две мартенситные фазы — гексоганальная я' и ромбическая а". Полностью стабилизируют р-фазу лишь ниобий и молибден. Метастабильная го-фаза, образующаяся в циркониевых сплавах (с Т1, Сг, Мо, !/, 44е, 1нЬ, Рд) при быстром охлаждении и старении, аналогична встречающейся в титановых сплавах и принодит к охрупчиванию металла.
Схема распада метастабильной [1-фазы в общих чертах такая же, как н титановых сплавах, при температурах выше 500 †5'С вЂ” по схеме р„ -е а + [)„, при температурах ниже 500 †5'С вЂ” по схеме Ри -ь рп + го — ь рп + го + а -г + я, где [)ирп[1р — фаза мстастабильная, промежуточная и равновесная. Р В отличие от титана полиморфное я Р -превращение циркония происходит со значительным изменением объема.
Плотность сс-циркония при температуре полиморфного превращения составляет 6,36 г/сма, а Р-циркония — 6,40 г/смв. Примеси внедрения (О„Ь[„На, С) оказывают двойное влияние: с одной стороны, как и в титане, вызывают охрупчивание металла, с другой резко снижают коррозионную стойкость металла и сварных соединений. Наиболее вредное влияние на коррозионную стойкость оказывают азот и углерод. Их содержание ие должно превышать соответственно 0,003 и 0,03%.
Водород, как и в титане, вызывает охрупчивание вследствие гидридного превращения. Предельная растворимость водо ода в а-цирконии 0,0008%. аиболее сложной технологической проблемой при сварке циркониевых сплавов является обеспечение кор розионной стойкости сварных соединений в таких средах, как вода, пар, влажный воздух при 300 'С и выше на уровне свойств основного металла. На коррозионную стойкость сварных соединений кроме загрязнений примесями внедрения влияет структурная и фазовая неоднородность отдельных зон сварных соединений [71.
Лучшей стойкостью обладают соединения, фазовый состав которых близок к равновесному состояншо сплава. Это достигается за счет оптимальных скоростей охлаждения металла при сварке и термомеханической обработке, заключающейся н отжиге при температуре ниже фазового превращен/р.
Акулова А. И., т. 2 323 Сварка ванадия, ниобия и тантала 322 Содержание легнрующнх элеменчов, % Согтоя1п1е мате- риала ь, и/ и, кгс~'ммг Сплав Т1 лг Мо огь о,нз О,О8 — О,рб 4 4,Ь 18 и 119 Нпзд ВНЗ 11,1о О,н О,8-9,'О Н 81 ьо 80 89 ОДЬ О,чп ОЛ8 О,1Ь ОД» — ОЛ9 О,оо' — О,1О 1б зт 4 4 1 — 9 О,Ь вЂ” О 9Ь 0,5 — 0,9 3 — 7 1 ОЛ1 — ОЛЬ О О1Ь вЂ” О О4 Еа+ Ое 40 О Р Н В1Ы ВНЬА В 1-1-9АЭМ Выт РНб Сварка туева газках металлов и их сплавов ния (для сплава Хг+ 2,5% ЫЬ вЂ” 580'С; время выдержки 1 ч) при предварительной деформации металла сварного соединения (3).
Цирконий, гафний н нх сплавы хорошо свариваются вольфрамовым электродом в инертном газе при прямой полярности постоянным током с применением техночогин и техники, аналогичной технологии н технике сгаркн титана. Ввиду высокой активности н возможного понижения коррозионной стойкости при насыщении примесями внедрения сварку целесообразно проводить в ззшитных камерах с контролируемой атмосферой. Лучшие результаты обеспечивает сварка в вакууме. 11спользуется в основном электронно-лучевая сварка как в стационарном, так н в импульсном режимах. В последнем случае обеспечиваются лучшие условия качественного формирования шва и регулирования структуры соединения. Ориентировочные режимы электронно-лучевой сварки сплава Уг+ 2,5о~ ХЬ толщиной 4 мм при ускоряющем напряжении 20 кВ и скорости сварки 10 и/ч: а) сварочный ток 50 — 60 мкА при сварке корня шва в стационарном режиме расфокусированным лучом без присадки; сварочный ток 60 — 80 мкА при заполнении шва с использованием присадочной проволоки диаметром 1,4 — 1,6 мм; б) сварочный ток 55 — 80 мкА при сварке в импульсном режиме без присадки.
Контактная сварка может быть использована для сварки циркония и его сплавов (шовцая, стыковая, оплавленнем). Высокое сопротивление в сочетании с низкой теплопроводностью облегчают процесс контактной сварки. Режимы сварки близки к режимам при сварке титана. Остаточные сварочные напряжения в циркониевых сплавах, как и у титана, меньше условного предела текучести 17). СВАРКА ВАНАДИЯ, НИОБИЯ И ТАНТАЛА Сведения об этих металлах имеются в работах [1, 2, 9, 1О, 13, 18, 20, 21, 23, 28). Перспектива применения ванадия и сплавов на его основе определяется значительной удельной прочностью при умеренно высоких температурах (650 — 900 'С), низким сечением захвата тепловых нейтронов, высокой коррозионной стойкостью в сочетании с хорошей технологичностью.
Недостатком является относительно низкая для тугоплавких металловтемпература плавления (1900С') и очень большаясклонность к окнслению, обусловленная неустойчивостью, летучестью и низкой температурой (675 'С) плавления его окисла Ъ',Оа. Ниобий и сплавы на его основе отличаются высокой температурой плавления, жаропрочностью, малым сечением захвата тепловых нейтронов, высокой коррозионной стойкостью, самой малой плотностью из жаропрочных металлов (%, Мо, Та, 1чЬ), высокой технологичностью и свариваемостью. Недостатками являются большая склонность к окислению н малый модуль Юига.
Основные преимущества сплавов на основе тантала— высокая жаропрочность, коррозионная стойкость, хорошая технологичность н свариваемость. Недостатки тантала — большая плотность, сильная окисляемость при повышенных температурах, высокая стоимость. В промышленности используют преимущественно сплавы этих металлов, упрочняемые путем упрочнения твердого раствора н образования мелкоднсперсной фазы. Наиболее сильными упрочнителями для ниобия являются 2г, Н1, %, Мо, Ч; для тантала — Ч, Мо, Н1, %, а также 14н, йе, Оз; для ванадия — Т1, 2г, 1чЬ, %. При создании сплавов с повышенной жаропрочностью на основе ниобия и тантала в качестве легирующих элементов используют углерод, азот, бор, которые наряду с некоторым упрочнением твердого раствора образуют вторую дисперсную фазу (карбиды, ннтриды, борнды), упрочняющую металл особенно эффективно прн одновременном введении Т1, Хг, Н1.
Из рассматриваемых металлов Ч группы наибольшее применение имеют сплавы на основе ниобня. Составы основных отечественных сплавов приведены в табл. 30. Отличительными особенностями при сварке этих металлов являются высокая, как и для металлов 1Ч группы, окнсляемость, активность и чувствительность к примесям внедрения. Ниобий и тантал образуют тугоплавкие окислы, однако температуры их плавления ниже температуры плавления металла (1460 'С для ХЬ,Оа и 1900'С для Та,О,). Удельный объем окислов значительно превышает удельный объем основного металла, поэтому окисные пленки растрескиваются и отслаиваются, открывая доступ кислороду к поверхности металла.
Окнсел ванадия (У,Ов) летуч и имеет низкую температуру плавления (675'С); поэтому окнсная пленка не защищает металл от окисления. Окисление начинается с температур ~ 200 — 250 'С для ХЬ, = 300 'С для Та и: 400 'С для Ч. С азотом эти металлы взаимодействуют в меньшей степени, чем с кислородом, и устойчивы до следующих температур: ХЬ вЂ” до 350 "С, Та — до 450 'С, У вЂ” до 800 'С. Нитрнды представляют твердые тугоплавкие соединения. 80.
Химичесний состав и механичсскне свойства ииобиевмх сплавов П р и м е ч а н и е. Состояние материала: Н вЂ” нагартованное; Π— отожжеиное; Р— рекристаллизованное. Ванадий, ниобий и тантал с активированной вакуумным отжнгом поверхностью начинают в заметной степени поглощать водород при температурах выше 300, 250 и 500 'С соответственно; растворимость водорода в этих металлах при 20 "'С велика и достигает 15 000, 10 400 и 5000 сма/1ОО г соответственно. Чувствительность металлов Ъ' группы к влиянию примесей внедрения в связи со значительной растворимостью ниже, чем для металлов Ч1 группы, однако примеси внедрения также вызывают резкое снижение пластических свойств и повышение порога хладноломкости.
Хладноломкость металлов Ч группы обусловлена растворенными атомами внедрения. Металлы высокой чистоты сохраняют повышенную пластичность даже прн температурах, близких к абсолютному нулю. Повышенное содержание примесей приводит к сдвигу порога хладноломкости в область положительных температур (см. рис. 4), Тантал в отличие от других металлов с ОЦК-решеткой не склонен к хладноломкостн. Для обеспечения пластичности допустимое содержание примесей в металле шва и зоне термического влияния ограничивается (Оа = 0,02ото, в ~ 0,03%; На ~ 0,0053о~).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
