Лазерное сварное соединение титанового сплава ВТ1-0 и стали 12Х18Н10Т с промежуточной медной вставкой

И.А. Веретенникова1, Н.Б. Пугачева2, Е.О. Смирнова1, Н.С. Мичуров1
1Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук 620049 г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, 34
2Уральский институт Государственной противопожарной службы МЧС России 620062, Екатеринбург, ул. Мира 22

Дополнительный материал

Аннотация

Исследование микроструктуры и локальных механических свойств отдельных зон соединения титанового сплава ВТ1-0 и нержавеющей стали 12Х18Н10Т с промежуточной вставкой из меди. Для всех зон и структурных составляющих сварного соединения построены диаграммы упрочнения с применением оригинальной методики.В работе проведено исследование микроструктуры и локальных механических свойств отдельных зон соединения титанового сплава ВТ1-0 и нержавеющей стали 12Х18Н10Т с промежуточной вставкой из меди, полученного с помощью СО2 лазера. Исследования выполнены с использованием электронной сканирующей микроскопии, кинетического микроиндентирования пирамидкой Берковича и скратч-тестов. Методом EBSD-анализа установлен фазовый состав всех зон сварного соединения. При формировании соединения «титановый сплав ВТ1-0 – медная вставка – сталь 12Х18Н10Т» наблюдается растворение и перемешивание свариваемых материалов в медной прослойке. Материал сварного шва представляет собой пересыщенный твердый раствор Fe, Ni, Cr, Ti в кристаллической решетке меди с равномерно распределенными частицами интерметаллидов TiFe, Ti(Fe,Cr)2 и CuTi2. На границе со сталью формируется диффузионная зона с измененным химическим составом толщиной 10-150 мкм и микротвердостью 2,9-3,4 ГПа, а на границе с титановым сплавом – толщиной 50-100 мкм и микротвердостью 4,6-6 ГПа. Микротвердость стали 12Х18Н10Т находится в диапазоне 2,7-3,1 ГПа, титана ВТ1-0 – 2,4-2,8 ГПа, твердого раствора на основе меди – 1,7-2,1 ГПа, интерметаллидов – 3,8-4,9 ГПа. Для всех зон и структурных составляющих сварного соединения построены диаграммы упрочнения с применением оригинальной методики по обработке кривых нагружения, полученных в результате микроиндентирования и скратч-тестов. Большей прочностью характеризуется пограничный слой сварного шва с титаном, в котором установлено образование пересыщенного твердого раствора на основе β-титана и дисперсных частиц CuTi2, затем – интерметаллиды Ti(Fe,Cr)2. Значения прочностных характеристик пограничного слоя со сталью находятся на уровне 12Х18Н10Т. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы при решении задач, связанных с оценкой напряженно-деформированного состояния, прочности и работоспособности сварного шва под нагрузкой, позволят дать практически рекомендации для дальнейшей работы с данными видами швов.

Получена: 20 июня 2017   Исправлена: 18 октября 2017   Принята: 24 октября 2017

Просмотры: 20   Загрузки: 9

Ссылки

1.
Yan Zhang, Da Qian Sun, Xiao Yan Gu, Hong Mei Li. Materials Letters. 185, 152 – 155 (2016).
2.
I. Tomashchukn, P. Sallamand, N. Belyavina, M. Pilloz. Materials Science and Engineering: A. 585, 114 – 122 (2013).
3.
A. N. Cherepanov, Yu. V. Afonin, A. M. Orishich. Tyazheloe Mashinostroenie. № 8, 24 – 26. (2009). (in Russian) [А. Н. Черепанов, Ю. В. Афонин, А. М. Оришич. Тяжелое машиностроение. № 8, 24 – 26 (2009).].
4.
A. M. Orishich, A. N. Cherepanov, V. P. Shapeev, N. B. Pugacheva. Nanomodificirovanie pri lazernoj svarke splavov. Textbook. Novosibirsk: Sibirskoe nauchnoe izdanie. (2014) 258 p. (in Russian) [А. М. Оришич, А. Н. Черепанов, В. П. Шапеев, Н. Б. Пугачева. Наномодифицирование при лазерной сварке сплавов. Новосибирск: Сибирское научное издание. 2014. 258 с.]
5.
N. B. Pugacheva, S. V. Smirnov, D. I. Vichuzhanin, S. M. Zadvorkin, L. S. Goruleva. Deformacijairazrusheniematerialov. № 7, 26 – 33 (2012). (inRussian) [Н. Б. Пугачева, С. В. Смирнов, Д. И. Вичужанин, С. М. Задворкин, Л. С. Горулева. Деформация и разрушение материалов. № 7, 26 – 33 (2012).]
6.
N. B. Pugacheva, E. B. Trushina, E. I. Pugacheva, A. M. Orishich, A. N. Cherepanov. Voprosymaterialovedenija. № 1, 166 – 174 (2013). (inRussian) [Н. Б. Пугачева, Е. Б. Трушина, Е. И. Пугачева, А. М. Оришич, А. Н. Черепанов. Вопросыматериаловедения. № 1, 166 – 174 (2013).]
7.
A. N. Cherepanov, A. M. Orishich, N. B. Pugacheva, V. P. Shapeev. Teplofizikaiajeromehanika. T. 22, № 2, 143 – 150 (2015). (inRussian) [А. Н. Черепанов, А. М. Оришич, Н. Б. Пугачева, В. П. ШапеевТеплофизикаиаэромеханика. Т. 22, № 2, 143 – 150 (2015).]
8.
S. V. Kuryntsev, A. E. Morushkin, A. Kh. Gilmutdinov. Optics and Lasers in Engineering. 90, 101 – 109 (2017).
9.
I. Tomashchuka, P. Sallamanda, E. Cicalaa, P. Peyreb, D. Greveya. Journal of Materials Processing Technology. 217, 96 – 104 (2015).
10.
I. Magnabosco, P. Ferro, F. Bonollo, L. Arnberg. Materials Science and Engineering: A. 424, 163 – 173 (2006).
11.
Mutiu F. Erinosho, Esther T. Akinlabi, Sisa Pityana.Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 25, 2608−2616 (2015).
12.
S. V. Smirnov, E. O. Smirnova. Journal of Materials Research. V. 29, № 16. 1730 – 1736. (2014)
13.
S. V. Smirnov, E. O. Smirnova, I. A. Golubkova.Vestnik permskogo nacional’’nogo issledovatel’’skogo politehnicheskogo universiteta. Mehanika. № 2, 84 – 91 (2011). (in Russian) [С. В. Смирнов, Е. О. Смирнова, И. А. Голубкова. Вестник пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. № 2, 84 – 91 (2011).]
14.
A. A. Il’in, B. A. Kolachev, I. S. Pol’kin. Titanovye splavy. Sostav, struktura, svojstva. Textbook. Spravochnik. Moskva, VILS-MATI. (2009) 520 p. (in Russian) [А. А. Ильин, Б. А. Колачев, И. С. Полькин.Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. Москва, ВИЛС-МАТИ. 2009.520 с.]
15.
W. C. Oliver, G. M. J. Mater. Res. 1992. V. 7. № 6. 1554 – 1583 (1992).
16.
N. B. Pugacheva, M. V. Mjasnikova, N. S. Michurov. Fizika metallov i metallovedenie. Т. 117, № 2, 204 – 212 (2016). (in Russian) [Н. Б. Пугачева, М. В. Мясникова, Н. С. Мичуров. Физика металлов и металловедение. T. 117, № 2, 204 – 212 (2016).]