Строение сварного соединения титановых сплавов.
В сварном соединении различают три зоны:
зона сварного шва , где металл при сварке нагревается выше температур плавления;
ЗТВ – область металла, нагреваемого в процессе сварки в интервале температур от температуры начала рекристаллизации до температуры плавления;
Зона основного металла, где кратковременное термическое воздействие при сварке не изменяет структуры исходного полуфабриката.
Фазовый состав и протяженность каждой зоны можно оценить по термокинетическим диаграммам и известному сварочному циклу.
В таблице приведены ожидаемые структуры при разной скорости охлаждения в разных зонах для сплава ВТ6.
Таблица. Фазовый состав зон сварного соединения сплава ВТ6.
| Метод сварки | Режим термообработки | Фазовый состав зон | ||
| ОМ | ЗТВ | шов | ||
| ААрДЭС | После сварки | a + 7% b | a’ + 5% b | a’ + 2% b |
| Отжиг 650С – 1час 800 –1 час | a + 6% b a + a” + 6% b | a + 4% b a + 5% b | a + 3% b a + 5% b | |
| ЭЛС | После сварки | a + 8% b | a” + 4% b | a’+ a” + 4% b |
| Отжиг При 600С 850-950С | a + 5% b a + 4% b | a + a”+ 3% b a + 4% b | a + a” + 3% b a + 4% b |
Неоднородная структура сварного соединения приводит к неравномерности механических свойств.
После сварки ударная вязкость в ЗТВ значительно ниже, чем в шве и в основном металле. Пониженные значения пластичности в ЗТВ обусловлены образованием при скоростях охлаждения 1-15 град/с небольшого количества метастабильных промежуточных фаз. Фиксируемая в сварном шве b-структура обеспечивает высокие пластичные свойства, но она как термически так и механически нестабильна. Кроме того в сварных соединениях сплавов ВТ6, ВТ14, ВТ16 в ЗТВ возможно формирование w - фазы , которая вызывает снижение пластичности.
Рациональным выбором режимов и вида сварки можно избежать образования неблагоприятных структур, вызывающих снижение пластичности. Например, для сплава ВТ6 скорость охлаждения не должна превышать 40 град/мин, так как при больших скоростях образуется мартенсит, снижающий пластичность.
Для выравнивания структуры и свойств, их стабилизации, снятия остаточных напряжений сварные соединения подвергают отжигу. Отжиг проводят при достаточно высоких температурах достаточной длительности, так как продукты распада метастабильных фаз представлены a и b фазами. Однако размеры и форма a и b фаз в разных зонах сварного соединения могут быть различными из-за различной природы исходной метастабильной фазы и механизма ее распада. Поэтому, хотя и отжиг выравнивает свойства по сечению сварного соединения, а иногда и повышает их, неравномерность все же сохраняется.
Большинство рекомендаций по применению сварных соединений основано на режимах термообработки, которые являются оптимальными для основного материала. Однако эти режимы термообработки не обеспечивают оптимального сочетания прочности и пластичности из-за особенностей структуры сварных соединений, сформированной при сварке. В таблице даны режимы термической обработки и свойства сварных соединений из некоторых титановых сплавов.
Таблица.
| Сплав | Режимы термообработки | sв, МПа | KCU, Дж/см2 | Угол загиба, a, град |
| ВТ20 (псевдо a) | Отжиг 650-700С | |||
| ОТ4(псевдо a) | Закалка 900С, вода+ старение 400С, 4 часа | |||
| ВТ14 (a+b) среднелег. | Закалка 870С, вода+ старение 500С, 16 часов | |||
| Закалка 900С, вода+ старение 400С, 8часов | ||||
| ВТ23(a+b) высоколег. | Закалка 780С, воздух+ старение 450С, 10 часов | |||
| Закалка 850С, воздух+ старение 500С, 10 часов | ||||
| ВТ19 (b-сплав) | Вакуумный отжиг 730, 1 час + старение 450С, 10 часов |
Особенности сварки низколегированных a-сплавов.
Эти сплавы используют в конструкциях, работающих в условиях температур от – 269 до +500С.
1) Обычно такие конструкции с жестким соединением после сварки подвергаются термообработке, отжигу для снятия остаточных сварочных напряжений.
2)сплавы имеют незначительную чувствительность к изменению режимов сварки. Наиболее высокими характеристиками пластичности сварные соединения этого класса обладают при средних и высоких скоростях охлаждения.
1) в качестве присадочного материала используют проволоку ВТ1-0.
Особенности сварки двухфазных сплавов.
Эти конструкционные сплавы обладают широким комплексом служебных свойств.
1) в зависимости от условий эксплуатации сварные соединения подвергают отжигу либо упрочняющей термообработке (закалке и старению)
2)характер влияния режима сварки на структуру и свойства ЗТВ определяются составом сплава и зависят от скорости охлаждения.
3) в качестве присадочного материала используют менее легированный материал, что снижает насыщенность мартенситной структуры, образующейся в шве после охлаждения. Это повышает пластичность шва.
Высоколегированные b - сплавы.
Наибольшие трудности при выборе режимов сварки связаны с высоким содержанием легирующих элементов, недостаточной стабильностью b-фазы при низких температурах.
Эти сплавы:
1) очень чувствительны к примесям внедрения: неоднородность ЗТВ связана со спецификой фазовых и структурных превращений в различных участках.
2) Сплавы очень чувствительны к скорости охлаждения после нагрева до высоких температур: с уменьшением скорости охлаждения снижаются пластичность. Наиболее приемлемы АДС и ЭЛС. В качестве термообработки используются упрочняющая или только старение.