Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ1-0 сваркой трением с перемешиванием с использованием температуростойких инструментов
- Авторы: Амиров А.И.1, Утяганова В.Р.1, Белобородов В.А.1, Елисеев А.А.1
-
Учреждения:
- Выпуск: Том 21, № 3 (2019)
- Страницы: 72-82
- Раздел: МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
- URL: https://journal-vniispk.ru/1994-6309/article/view/302041
- DOI: https://doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.3-72-82
- ID: 302041
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Технологический процесс изготовления изделий из титана зачастую осложняется низким качеством сварных соединений при операциях электродуговой или газопламенной сварки из-за больших остаточных напряжений и деформаций. Примером успешного разрешения указанной проблемы является разработка и внедрение таких высокотехнологичных процессов стыкового соединения металлов, как сварка трением с перемешиванием, которая не относится к методам соединения плавлением. Сварка трением с перемешиванием как передовая технология применяется для получения соединений «мягких» металлических материалов, например алюминий. Для «твердых» металлических материалов работа по сварке трением с перемешиванием была ограничена из-за высоких требований к сварочному инструменту. Целью работы является исследование возможности применения инструментов, изготовленных из диборида циркония с добавками карбида кремния и карбида вольфрама в кобальтовой связке при сварке трением с перемешиванием титанового сплава ВТ1-0, а также изучение формирования сварного шва, полученного в защитной атмосфере аргона с целью предотвращения окисления в приповерхностных слоях и изменения термического воздействия на материал. Результаты и обсуждение. На основании данных оптической и сканирующей электронной микроскопии показано, что структура сварного шва является типичной для такого вида сварки, (градиентной), состоящей из зоны термомеханического воздействия и зоны перемешивания с фрагментированной структурой. При варьировании параметров сварки было показано, что на дефектность сварного шва в большей степени влияет скорость сварки, что обусловлено существенным различием в термическом воздействии на материал. Использование при сварке трением с перемешиванием титанового сплава защитной атмосферы аргона изменяет структуру металла в зоне фрикционного разогрева и устраняет крупные несплошности, образующиеся без защитной атмосферы аргона при низкой скорости сварки, кроме того, при его использовании отсутствует окисление титана, которое происходит в процессе сварки. Экспериментальные данные показывают, что использование инструмента из диборида циркония с добавками карбида кремния в качестве материала для инструмента сварки трением с перемешиванием может приводить к избыточному появлению инородных включений в зоне перемешивания, связанных с хрупким разрушением инструмента, что не наблюдается при использовании инструмента, изготовленного из карбида вольфрама.
Об авторах
А. И. Амиров
Email: amirov@ispms.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, amirov@ispms.ru
В. Р. Утяганова
Email: filaret_2012@mail.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, filaret_2012@mail.ru
В. А. Белобородов
Email: vabel@ispms.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, vabel@ispms.ru
А. А. Елисеев
Email: alan@ispms.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, alan@ispms.ru
Список литературы
- Friction stir welding and processing / R.S. Mishra, Z.Y. Ma // Materials Science and Engineering R: Reports. – 2005. – Vol. 50, iss. 1–2. – P. 1–78. – doi: 10.1016/j.mser.2005.07.001.
- Nandan R., Debroy T., Bhadeshia H. Recent advances in friction-stir welding – Process, weldment structure and // Progress in Materials Science. – 2008. – Vol. 53, iss. 6. – P. 980–1023. – doi: 10.1016/j.pmatsci.2008.05.001.
- Tool wear evaluations in friction stir processing of commercial titanium Ti–6Al–4V / A. Farias, G.F. Batalha, E.F. Prados, R. Magnabosco, S. Delijaicov // Wear. – 2013. – Vol. 302, iss. 1–2. – P. 1327–1333. – doi: 10.1016/j.wear.2012.10.025.
- Liu H.J., Zhou L., Liu Q.W. Microstructural evolution mechanism of hydrogenated Ti–6Al–4V in the friction stir welding and post-weld dehydrogenation process // Scripta Materialia. – 2009. – Vol. 61, iss. 11. – P. 1008–1011. – doi: 10.1116/j.scriptamat.2009.08.012.
- Zhou L., Liu H.J. Effect of 0.5 wt.% hydrogen addition on microstructural evolution of Ti–6Al–4V alloy in the friction stir welding and post-weld dehydrogenation process // Materials Characterization. – 2011. – Vol. 62, iss. 11. – P. 1036–1041. – DOI: 10.1116/j. matchar.2011.07.016.
- Achieving superior low-temperature superplasticity for lamellar microstructure in nugget of a friction stir welded Ti-6Al-4V joint / L.H. Wu, P. Xue, B.L. Xiao, Z.Y. Ma // Scripta Materialia. – 2016. – Vol. 122. – P. 26–30. – doi: 10.1116/j.scriptamat.2016.05.020.
- Surface modification of Ti–6Al–4V alloy via friction-stir processing: microstructure evolution and dry sliding wear performance / B. Li, Y. Shen, W. Hu, L. Luo // Surface and Coatings Technology. – 2014. – Vol. 239. – P. 160–170. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2013.11.035.
- Microstructure evolution during friction stir welding of mill-annealed Ti-6Al-4V / A.L. Pilchak, W. Tang, H. Sahiner, A.P. Reynolds, J.C. Williams // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2010. – Vol. 42, iss. 3. – P. 745–762. – doi: 10.1007/s11661-010-0439-4.
- A preliminary study of deformation behavior of friction stir welded Ti-6Al-4V / J. Wang, J. Su, R.S. Mishra, R. Xu, J.A. Baumann // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2014. – Vol. 23, iss. 8. – P. 3027–3033. – doi: 10.1007/s11665-014-1075-8.
- Lippold J.C., Livingston J.J. Microstructure evolution during friction stir processing and hot torsion simulation of Ti-6Al-4V // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2013. – Vol. 44, iss. 8. – P. 3815–3825. – doi: 10.1007/s11661-013-1764-1.
- Tool wear characteristics and effect on microstructure in Ti-6Al-4V friction stir welded joints / A. Fall, M. Fesharaki, A. Khodabandeh, M. Jahazi // Metals. – 2007. – Vol. 6, iss. 11. – P. 275. – doi: 10.3390/met6110275.
- Edwards P.D., Ramulu M. Comparative study of fatigue and fracture in friction stir and electron beam welds of 24mm thick titanium alloy Ti-6Al-4V // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. – 2016. – Vol. 39, iss. 10. – P. 1226–1240. – doi: 10.1111/ffe.12434.
- Role of microstructure on the fatigue crack propagation behavior of a friction stir welded Ti–6Al–4V / Muzvidziwa, M., Okazaki, M., Suzuki, K., & Hirano, S. // Materials Science & Engineering A. – 2016. – Vol. 652. – P. 59–68. – doi: 10.1016/j.msea.2015.11.065.
- Yoon S., Ueji R., Fujii H. Effect of initial microstructure on Ti–6Al–4V joint by friction stir welding // Materials and Design. – 2015. – Vol. 88. – P. 1269–1276. – doi: 10.1016/j.matdes.2015.09.128.
- Wear of cobalt-based alloy tool during friction stir welding of Ti-6Al-4V Alloy / Y.S. Sato, S. Susukida, H. Kokawa, T. Omori, K. Ishida, S. Imano, S.H.C. Park, I. Sugimoto, S. Hirano // Proceedings of 11th International Symposium on Friction Stir Welding. – Cambridge, UK, 2016.
- Crystallography of transformed b microstructure in friction stir welded Ti–6Al–4V alloy / S. Mironov, Y. Zhang, Y.S. Sato, H. Kokawa // Scripta Materialia. – 2008. – Vol. 59, iss. 5. – P. 511–514. – doi: 10.1016/j.scriptamat.2008.04.038.
- Development of grain structure in b-phase field during friction stir welding of Ti–6Al–4V alloy / S. Mironov, Y. Zhang, Y.S. Sato, H. Kokawa // Scripta Materialia. – 2008. – Vol. 59, iss. 1. – P. 27–30. – doi: 10.1016/j.scriptamat.2008.04.014.
- Microstructural characteristics and mechanical properties of Ti–6Al–4V friction stir welds / Y. Zhang, Y.S. Sato, H. Kokawa, S.H.C. Park, S. Hirano // Materials Science & Engineering A. – 2008. – Vol. 485. – P. 448–455. – doi: 10.1016/j.msea.2007.08.051.
- Performance of iridium containing nickel base superalloy tool for friction stir welding of Ti-6Al-4V alloy / T. Nakazawa, K. Tanaka, K. Sakairi, Y.S. Sato, H. Kokawa, T. Omori, K. Ishida, S. Hirano // Proceedings of 11th International Symposium on Friction Stir Welding. – Cambridge, UK, 2016.
- Tool wear and its effect on microstructure and properties of friction stir processed Ti–6Al–4V / L.H. Wu, D. Wang, B.L. Xiao, Z.Y. Ma // Materials Chemistry and Physics. – 2014. – Vol. 146, iss. 3. – P. 512–522. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2014.04.002.
- Fahrenholtz W.G. Thermodynamic analysis of ZrB2–SiC oxidation: formation of a SiC-depleted region // Journal of the American Ceramic Society. – 2007. – Vol. 90. – P. 143–148. – doi: 10.1111/j.1551-2916.2006.01329.x.
- Multiscale mechanism of fatigue fracture of Ti-6A1-4V titanium alloy within the mesomechanical space-time-energy approach / V.E. Panin, N.S. Surikova, A.M. Lider, Y.S. Bordulev, B.B. Ovechkin, R.R. Khayrullin, I.V. Vlasov // Physical Mesomechanics. – 2018. – Vol. 21, iss. 5. – P. 452–463. – doi: 10.1134/s1029959918050090.
Дополнительные файлы
