9 (1088757)
Текст из файла
Занятие 2 лекция №9. Свариваемость однотипных тугоплавких металлов и сплавов различными способами сварки и пайки.
Трудоемкость _2__ часов.
Основные свойства свариваемых материалов. Свариваемость ниобия, ванадия, тантала, хрома, молибдена и их сплавов. Какие проблемы свариваемости и как они решаются.
9 Свариваемость однотипных тугоплавких металлов и сплавов
1. СВОЙСТВА ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
1.1. Физико-химические и механические свойства
Большинство тугоплавких металлов принадлежит к числу сравнительно малораспространенных в природе элементов. По распространенности в земной коре цирконий превосходит такие металлы, как Си, Zn, Sn, Pb, Ni, его содержание в земной коре (весовой кларк) составляет 2-10~2 %. Ниобий и тантал в природе встречаются совместно. Содержание ниобия в земной коре составляет 1 -10~3 %, а тантала — 2· 10~4 %. Основными минералами ниобия и тантала являются колумбит и танталит. Весовой кларк ванадия приближается к 1,5 ■ 10~2 %. Значительно ниже весовые кларки молибдена (3-10~4%) и вольфрама (1·10~4%)· Наиболее важными их минералами являются вольфрамит (Fe, Mn)W04 и молибденит M0S2. Запасы хрома в земной коре превышают запасы Nb, Та, Мо и W, вместе взятых (3,5·10-2% Сг).
Большое влияние на свариваемость материалов оказывают физико-химические и механические их свойства (табл. 31.1, 31.2). При этом необходимо учитывать, что механические свойства металлов являются структурно чувствительными. На них оказывают влияние следующие металлургические факторы: 1) размер и форма зерна; 2) субзеренная (дислокационная) струк-
ТАБЛИЦА 31.1 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ [1, 2]
| Металл | Плотность при 20°С, кг/мэ | Температура плавления, °С | Удельная теплоемкость (при 20°С), Дж/(кг-град) | Коэффициент теплопроводности (при 20°С), Вт/(м-град) | Коэффициент линейного расширения, α·10β, град"1 | Модуль нормальной упругости, МПа |
| Ванадий (V) | 6 100 | 1 950 | 50! | 31,0 | 10,6 | 135 000 |
| Хром (Сг) | 7 190 | 1 875 | 462 | 67,1 | 6,2 | 240 000 |
| Цирконий (Zr) | 6 510 | 1 855 | 289 | 21.0 | 5,85 | 89 600 |
| Ниобий (Nb) | 8 550 | 2 468 | 272 | 52 5 | 7,1 | 105 000 |
| Молибден (Мо) | 10 220 | 2 620 | 255 | 145,0 | 5,44 | 336 000 |
| Тантал (Та) | 16 600 | 2 996 | 136 | 54,5 | 7,2 | 188 000 |
| Вольфрам (W) | 19 350 | 3 395 | 130 | 188,0 | 4,45 | 390 000 |
Свариваемость ниобия и его сплавов
Применение и производство ниобия быстро возрастают, что обусловлено сочетанием таких его свойств, как тугоплавкость, малое сечение захвата тепловых нейтронов, способность образовывать жаропрочные, сверхпроводящие сплавы, коррозионная стойкость, геттерные свойства, низкая работа выхода электронов, хорошие обрабатываемость давлением на холоде и свариваемость. Основные области применения ниобия: ракетостроение, авиационная и космическая техника, радиотехника, электроника, химическое аппаратостроение, атомная энергетика.
При создании сплавов с повышенной жаропрочностью на основе ниобия в качестве легирующих элементов используют углерод, азот, бор, которые наряду с некоторым упрочнением твердого раствора образуют вторую дисперсную фазу (карбиды, нитриды, бориды), упрочняющую металл особенно эффективно при одновременном введении Zr, Ti. [1]
По комплексу свойств ниобий – один из наиболее перспективных тугоплавких металлов. Ниобий представляет собой блестящий серебристо-белый парамагнитный металл с объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой, плотностью равной 8,58 г/см³ температурой плавления 2487о. С и температурой кипения 4930о С.
По механическим свойствам металлический ниобий почти идентичен танталу. Он обладает высокой пластичностью и, как следствие, очень легко прокатывается.
С химической точки зрения ниобий можно отнести к элементам с пониженной химической активностью или соответственно к металлам с очень большой устойчивостью к действию различных химических реагентов.
При обычной температуре ниобий не взаимодействует с водой, перегретым паром и жидкими щелочными металлами.
Интенсивное окисление ниобия происходит с 500оС.
При температуре 200оС. – 250оС. начинается взаимодействие с водородом.
При нагреве в среде азота нитриды образуются, начиная с 600оС- 800оС.
Благодаря высокой температуре плавления, большой способности к эмиссии электронов, способности адсорбировать при нагревании различные газы, ниобий применяется в вакуумной технике, радиотехнике, радиолокационной и рентгеновской аппаратуре.
Изготовление конструкций с применением ниобиевых сплавов, предполагает возможность соединения их с другими металлами.
К числу элементов с малой растворимостью в тугоплавких металлах относятся железо, кобальт, никель и ряд других, т. е. большинство основных элементов, входящих в состав нержавеющих сталей. Они обладают ограниченной взаимной растворимостью с молибденом и ниобием и образуют целый ряд химических соединений, характеризующихся исключительной хрупкостью. Кроме того, при сварке тугоплавких металлов со сталями вследствие большой разницы в температурах плавления и коэффициентах линейного расширения возникают значительные деформации и напряжения, что приводит к возникновению трещин в сварном шве. Для получения сварных соединений тугоплавких металлов со сталями используют следующие пути:
- легирование металла шва элементами, образующими непрерывный ряд или широкую область твердых растворов, как с тугоплавким металлом, так и с элементами стали;
- применение промежуточных вставок, хорошо сваривающихся с тугоплавким металлом и со сталями;
- непосредственное соединение путем расплавления стали без расплавления тугоплавкого металла методом сварки - пайки.
Легирование металла шва затрудняется отсутствием специальных присадочных материалов и сложностью введения их в шов в процессе сварки. Сварка с использованием промежуточных вставок из третьего металла нетехнологична.
Особый интерес в этом направлении представляют соединения ниобия с аустенитными нержавеющими сталями, так как эти стали успешно работают при температуре до 600° С, сохраняя высокую коррозионную стойкость при этих температурах в различных агрессивных средах.
Проблемы сварки ниобиевых сплавов со сталью связаны в основном с факторами:
- большое различие в кристаллическом строении;
- большое различие теплофизических свойств;
- разность коэффициентов линейного расширения;
- степень хрупкости переходных зон, размеры и свойства которых
изменяются с повышением температуры и времени взаимодействия.
Все рекомендации по сварке сводятся к приемам, устраняющим или уменьшающим эту зону. К ним (для нашего случая, соединения ниобия со сталью) относятся применение прослойки из ванадия, или осуществления соединения методом сварки - пайки.
Для сварки ниобия и его сплавов используют следующие способы сварки: плавлением в вакууме и в среде инертных газов, контактную точечную и роликовую, диффузионную в вакууме, трением на воздухе, в среде инертных газов и в вакууме. Из перечисленных способов в основном применяют сварку плавлением – электронно-лучевую и дуговую в среде аргона и гелия. [3]
При дуговой сварке в инертных газах лучшие результаты обеспечиваются при сварке в камерах с контролируемой атмосферой или с местной защитой приточным инертным газом в накидных камерах. В случае, когда требуется высокая точность размеров конструкций, целесообразно применять электронно-лучевую варку. Используют сварку сфокусированным и расфокусированным лучом импульса. Последняя уменьшает вероятность появления трещин и прожогов.
На свойства сварного соединения существенное влияние оказывают не только способ сварки, но и подготовка поверхности ниобия перед сваркой. Некоторое снижение прочности при аргонодуговой сварке можно объяснить ухудшением смачиваемости и расширением зоны термического влияния по сравнению со швами, выполненными электронно-лучевой сваркой.
Кроме того, низкая концентрация энергии известных источников нагрева не позволяет получать сварные соединения с малой шириной зоны термического влияния и малыми термическими деформациями. Эти причины обусловили применение при сварке тугоплавких металлов электронно-лучевой установки, обеспечивающей высокую удельную мощность в пятне нагрева и вакуумную защиту металла шва.
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
