ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДОФАЗНОЙ СВАРИВАЕМОСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6 ПРИ ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

Мухаметрахимов М. Х.

ФГБУ Институт проблем сверхпластичности металлов

Рост потребности в новой технике и развитие современного машиностроения связаны с изысканием новых экономически эффективных технологий формообразования деталей сложной конфигурации из традиционно труднообрабатываемых материалов. Одним из перспективных технологических направлений машиностроения является сварка давлением, совмещенная со сверхпластической формовкой (СПФ/СД) [1]. Однако при использовании диффузионной сварки, являющейся разновидностью сварки давлением, не всегда возможно получение гарантированного высокого качества твердофазного соединения (ТФС) на уровне основного материала. Основной причиной снижения прочности может являться рост зерен в обрабатываемом сплаве. Дело в том, что диффузионная сварка - это структурно неконтролируемый процесс, осуществляемый при температуре, как правило, не ниже 0,8 Т_пл. и напряжениях, меньших предела текучести материала. Решение задачи получения гарантированного качества ТФС возможно при сварке давлением в условиях как традиционной, так и низкотемпературной сверхпластичности (СП) [2].

Целью работы являлось исследование твердофазной свариваемости промышленного титанового сплава ВТ6 при пониженной температуре. Были взяты листовые заготовки из микрокристаллического (МК) сплава ВТ6 в температурном интервале проявления низкотемпературной СП для экспериментальной проверки достижимости в полученном соединении уровня прочностных свойств, соответствующих основному материалу.

Эксперименты по соединению листовых заготовок из МК сплава ВТ6 проводили в вакуумной печи при сварочном давлении 5 МПа при температуре 750^оС (рис. 1а). Для сравнительного анализа был изготовлен такой же сваренный пакет при температуре 900 ^оС (рис. 1б).

а) б)

Рис. 1. Микроструктура зоны ТФС МК титанового сплава ВТ6 после сварки давлением при температурах: а) 750^оС и б) 900^оС

Металлографические исследования показали, что в двухфазном сплаве ВТ6 при формировании твердофазного соединения при пониженной температуре средний размер зерен в целом не изменился, хотя его размер в α–фазе незначительно подрос по сравнению с исходным.

С повышением температуры сварки от 750 до 900°С в течение 2 часов микроструктура заготовок укрупнилась (рис. 1б), и средний размер зерен вырос в соединенных образцах в среднем от 3,0 до 6,0 мкм соответственно. Относительная протяженность пор в зоне ТФС после сварки при температуре 750^оС составила 0,12 и с увеличением температуры сварки до 900^оС уменьшилась до 0,03.

Как показали результаты механических испытаний на сдвиг с понижением температуры до 750^оС, образцы сохраняют прочностные свойства, и сдвиговая прочность ТФС составила 96% от соответствующей прочности основного материала. С повышением температуры ТФС до 900^оС сдвиговая прочность составила 83% от прочности основного материала.

Исходя из представленных экспериментальных результатов можно предположить, что основной причиной снижения прочности образцов, соединенных в состоянии как традиционной [3], так и низкотемпературной сверхпластичности [4], может служить рост зерен в обрабатываемом сплаве.

Таким образом, изучены прочностные свойства твердофазного соединения МК листов из титанового сплава ВТ6 при пониженной температуре и экспериментально доказана технологическая возможность достижения сдвиговой прочности ТФС близкой к сдвиговой прочности основного материала. Однако для окончательного утверждения высказанного предположения требуется проведение дополнительных исследований на усталость.

Список литературы:

1. R.Ya. Lutfullin, A.A. Kruglov, R.V. Safiullin, M.Kh. Mukhametrahimov, O.A. Rudenko. Processing properties of nano- and submicro-crystalline Ti-6Al-4V titanium alloy // Materials Science and Engineering A. 2009. V. 503. P. 52-54.

2. Р. Я. Лутфуллин, М. Х. Мухаметрахимов. Влияние исходной структуры на механические свойства соединенных в сверхпластическом состоянии образцов титанового сплава ВТ6 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2006. №2. С. 11-13.

3. О.А. Кайбышев. Cверхпластичность промышленных сплавов. М.: Металлургия, 1984, 264 с.

4. Р.З. Валиев, О.А. Кайбышев, Р.И. Кузнецов и др. Низкотемпературная сверхпластичность металлических материалов. Доклады АН СССР, 1988, т.301, №4, с. 864-866.