Влияние режимов аргонодуговой сварки на структуру и свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Аргонодуговая сварка (TIG-сварка) из-за своей доступности и технологической простоты является перспективным методом для формирования неразъемных соединений из сплавов на основе Ti2AlNb, в том числе сплава ВТИ-4, в условиях авиакосмической промышленности. Однако для сплава ВТИ-4 существуют ограничения применения данного вида сварки из-за образования в сварном шве грубозернистой структуры, которая проводит к низкому уровню механических свойств. Цель работы. Изучение влияния режимов аргонодуговой сварки (на постоянных токах и с применением низко- и высокочастотного импульса) на микроструктуру и прочностные свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4. Методы исследования. TIG-сварка пластин осуществлялась в диапазоне сварочных токов 80…150 А с применением низко- и высокочастотного импульса (> 100 Гц). Методами растровой электронной микроскопии изучено строение сварных швов. Оценка прочностных свойств проводилась при одноосном растяжении сварных соединений. Результаты и обсуждение. Изучено строение сварных швов, которое имеет структуру в виде вытянутых крупных дендритов в центральной части и области валика сварного шва и глобулярных β-зерен в корневой части зоны плавления. Механические испытания сварных соединений показали уровень прочности ≈ 90 % от основного металла при импульсном режиме (σB = 1100 МПа, δ = 1,1 %, 335…390 HV0,2) и не ниже 80 % при режимах на постоянном токе. Такой уровень прочностных свойств сварных соединений достигается благодаря сварке с использованием высокочастотного импульса, где максимальная длина и ширина дендритов в сварном шве составляет 1,06 мм и 0,33 мм соответственно, а средний размер глобулярных зерен в нижней части сварного шва составляет ≈ 130 мкм, что меньше, чем при тех же параметрах на постоянном токе.

Об авторах

С. В. Наумов

Email: NaumovStanislav@yandex.ru
канд. техн. наук, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, ул. Победы, 85, г. Белгород, 308015, Россия, NaumovStanislav@yandex.ru

Д. О. Панов

Email: dimmak-panov@mail.ru
канд. техн. наук, доцент, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, ул. Победы, 85, г. Белгород, 308015, Россия, dimmak-panov@mail.ru

В. С. Соколовский

Email: sokolovskiy@bsuedu.ru
канд. техн. наук, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, ул. Победы, 85, г. Белгород, 308015, Россия, sokolovskiy@bsuedu.ru

Р. С. Черниченко

Email: rus.chernichenko@mail.ru
Белгородский государственный национальный исследовательский университет, ул. Победы, 85, г. Белгород, 308015, Россия, rus.chernichenko@mail.ru

Г. А. Салищев

Email: salishchev_g@bsuedu.ru
доктор техн. наук, профессор, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, ул. Победы, 85, г. Белгород, 308015, Россия, salishchev_g@bsuedu.ru

Д. С. Белинин

Email: 5ly87@mail.ru
канд. техн. наук, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский пр-т, 29, г. Пермь, 614990, Россия, 5ly87@mail.ru

В. В. Лукьянов

Email: Lukianovv@bk.ru
канд. техн. наук, НПА «Технопарк АТ», ул. Трамвайная, 5, корп. 1, г. Уфа, 450027, Россия, Lukianovv@bk.ru

Список литературы

  1. High-strength titanium alloys for aerospace engineering applications: a review on melting-forging process / Q. Zhao, Q. Sun, S. Xin, Y. Chen, C. Wu, H. Wang, J. Xu, M. Wan, W. Zeng, Y. Zhao // Materials Science and Engineering: A. – 2022. – Vol. 845. – P. 143260. – doi: 10.1016/j.msea.2022.143260.
  2. Marin E., Lanzutti A. biomedical applications of titanium alloys: a comprehensive review // Materials (Basel). – 2024. – Vol. 17 (2). – P. 114. – doi: 10.3390/ma17010114.
  3. Ezugwu E.O., Wang Z.M. Titanium alloys and their machinability – a review // Journal of Materials Processing Technology. – 1997. – Vol. 68 (3). – P. 262–274. – doi: 10.1016/S0924-0136(96)00030-1.
  4. Welding of titanium alloys / T. Pasang, Y. Tao, M. Azizi, O. Kamiya, M. Mizutani, W. Misiolek // MATEC Web of Conferences: Proceedings. – 2017. – Vol. 123. – P. 1–8. – doi: 10.1051/matecconf/201712300001.
  5. Veiga C., Davim J.P., Loureiro A. Properties and applications of titanium alloys: a brief review // Reviews on Advanced Materials Science. – 2012. – Vol. 32 (2). – P. 133–148.
  6. Kim Y.-W., Dimiduk D.M. Progress in the understanding of gamma titanium aluminides // JOM. – 1991. – Vol. 43 – P. 40–47.
  7. Shagiev M.R., Galeyev R.M., Valiakhmetov O.R. Ti2AlNb-based intermetallic alloys and composites // Materials Physics and Mechanics. – 2017. – Vol. 33 (1). – P. 12–18. – doi: 10.18720/MPM.3312017_2.
  8. Nandy T.K., Banerjee D. Creep of the orthorhombic phase based on the intermetallic Ti2AlNb // Intermetallics. – 2000 – Vol. 8 (8). – P. 915–928. – doi: 10.1016/S0966-9795(00)00059-5.
  9. Short- and long-term oxidation behaviour of an advanced Ti2AlNb alloy / M. Dadé, V.A. Esin, L. Nazé, P. Sallot // Corrosion Science. – 2019. – Vol. 148. – P. 379–387. – doi: 10.1016/j.corsci.2018.11.036.
  10. Tool wear investigation in high-pressure jet coolant assisted machining Ti2AlNb intermetallic alloys based on FEM / J. Xu, L. He, H. Su, L. Zhang // International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. – 2018. – Vol. 1 (4). – P. 219–228. – doi: 10.1016/j.ijlmm.2018.08.007.
  11. Development of Ti2AlNb alloys: opportunities and challenges / W. Chen, J.W. Li, L. Xu, B. Lu // AM&P Technical Articles. – 2014. – Vol. 172 (5). – P. 23–27. – doi: 10.31399/asm.amp.2014-05.p023.
  12. Cracking of Ti2AlNb-based alloy after laser beam welding / D.O. Panov, S.V. Naumov, V.S. Sokolovsky, E.I. Volokitina, N. Kashaev, V. Ventzke, R. Dinse, S. Riekehr, E.A. Povolyaeva, E.B. Alekseev, N.A. Nochovnaya, S.V. Zherebtsov, G.A. Salishchev // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2021. – Vol. 1014. – P. 012035. – doi: 10.1088/1757-899X/1014/1/012035.
  13. Mechanism of reheat cracking in electron beam welded Ti2AlNb alloys / Y.-J. Li, Ai-P. Wu, Q. Li, Y. Zhao, R.-C. Zhu, G.-Q. Wang // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2019. – Vol. 29 (9). – P. 1873–1881. – doi: 10.1016/S1003-6326(19)65095-8.
  14. Reheat cracking in Ti2AlNb alloy resistance spot weldments / D. Cai, J. Chen, X. Mao, C. Hao // Intermetallics. – 2013. – Vol. 38. – P. 63–69. – doi: 10.1016/j.intermet.2013.02.013.
  15. Effects of welding condition on weld shape and distortion in electron beam welded Ti2AlNb alloy joints / Y. Li, Y. Zhao, Q. Li, A. Wu, R. Zhu, G. Wang // Materials & Design. – 2017. – Vol. 114. – P. 226–233. – doi: 10.1016/j.matdes.2016.11.083.
  16. Shao L., Cui E. Joining of Ti-22Al-25Nb alloy using different welding methods // Materials China. – 2019. – Vol. 38 (3). – P. 286–290. – doi: 10.7502/j.issn.1674-3962.2019.03.11.
  17. Effect of pre-heating and post-weld heat treatment on structure and mechanical properties of laser beam-welded Ti2AlNb-based joints / D. Panov, S. Naumov, N. Stepanov, V. Sokolovsky, E. Volokitina, N. Kashaev, V. Ventzke, R. Dinse, S. Riekehr, E. Povolyaeva, N. Nochovnaya, E. Alekseev, S. Zherebtsov, G. Salishchev // Intermetallics. – 2022. – Vol. 143. – P. 107466. – doi: 10.1016/j.intermet.2022.107466.
  18. Zou J., Li H. Review on weldability of Ti2AlNb-based alloy // Materials China. – 2019. – Vol. 38 (7). – P. 710–716. – doi: 10.7502/j.issn.1674-3962.201803012.
  19. Ultrasonic frequency pulse tungsten inert gas welding of Ti2AlNb-based alloy / X. Liu, S. Wu, Y. Ji, L. Shao, H. Zhao, X. Wan // Xiyou Jinshu / Chinese Journal of Rare Metals. – 2014. – Vol. 38 (4). – P. 541–547. – doi: 10.13373/j.cnki.cjrm.2014.04.001.
  20. Gas tungsten arc welding of Ti2AlNb based alloy sheet / B. Lu, J. Yin, Y. Wang, R. Yang // Ti 2011: Proceedings of the 12th World Conference on Titanium. – Beijing, 2012. – Vol. 1. – P. 816–818.
  21. Elimination of pores and microstructural characterization in Ti-6Al-4V alloy welds using fast-frequency double pulse TIG welding / Y. Kuang, J. Hu, W. Su, Z. Zhu, H. Liao, Z. Wang // Materials Today Communications. – 2024. – Vol. 41. – P. 110516. – doi: 10.1016/j.mtcomm.2024.110516.
  22. A review on high-frequency pulsed arc welding / Z. Wang, D. Jiang, J. Wu, M. Xu // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 60. – P. 503–519. – doi: 10.1016/j.jmapro.2020.10.054.
  23. Karpagaraj A., Siva shanmugam N., Sankaranarayanasamy K. Some studies on mechanical properties and microstructural characterization of automated TIG welding of thin commercially pure titanium sheets // Materials Science and Engineering: A. – 2015. – Vol. 640. – P. 180–189. – doi: 10.1016/j.msea.2015.05.056.
  24. Structure and mechanical properties of welded joints from alloy based on VTI-4 orthorhombic titanium aluminide produced by pulse laser welding / S.V. Naumov, D.O. Panov, R.S. Chernichenko, V.S. Sokolovsky, E.I. Volokitina, N.D. Stepanov, S.V. Zherebtsov, Е.B. Alekseev, N.A. Nochovnaya, G.A. Salishchev // Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. – 2023. – Vol. 29 (2). – P. 57–73. – doi: 10.17073/0021-3438-2023-2-57-73.
  25. Study on arc shape, weldment microstructure, and mechanical properties of Ti-6Al-4V welded by FFDP TIG waveform / Y. Kuang, J. Jia, Z. Zhu, Z. Gui, J. Tian, Z. Wang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2024. – Vol. 130. – P. 5269–5284. – doi: 10.1007/s00170-024-13067-z.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».