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

И.А. Веретенникова, Н.Б. Пугачева, Е.О. Смирнова, Н.С. Мичуров

Аннотация на русском языке

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.

Ссылки (16)

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).]