Obrabotka Metallov 2015 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (68) 2015 90 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ швов. Специально подготовленные хорошо смачиваемые тугоплавкие нанопорошковые частицы при вводе их в расплав формируют дисперсную систему, в которой ядром каждой частицы суспензии служит твердая фаза. В результате этого каждая наночастица становится потенциальной затравкой для зарождения новой фазы. Благодаря этому в расплаве в процессе его охлаждения формируется мелкодисперсная кристалличе- ская структура, вследствие чего повышаются механические характеристики затвердевшего сплава. В статье обсуждается проблема повышения прочности сварного шва на примере стали марки 12Х18Н10Т (AISI 321). Неразъемные сварные соединения выполнены при помощи лазерной сварки с применением нанопорошковых добавок. В ходе работы определены значения усталостной прочности сварных соединений, полученных с по- мощью СО 2 -лазера без добавок  и с добавками нанопорошков TiN и Y 2 O 3 , плакированных титаном и железом. Исследована роль микроструктуры, размера зерна, характера распределения микротвердости в формирова- нии поверхности разрушения при выбранных условиях испытаний. Установлено, что среднее значение вре- менного сопротивления для сварного шва составило 690 МПа, что превышает его значение для самой стали (650 МПа). Даже присутствие микропор в материале сварных швов не снизило прочностные свойства по сравнению с основой. Рельеф изломов образцов соответствует вязкому разрушению. Добавки нанопорошков увеличили долговечность материала полученных соединений в 2,8 раза при значениях максимального напря- жения цикла более 460 МПа. При этом зоны долома по механизму вязкого разрушения составляли 65 % от всей площади изломов образцов с нанопорошками и 78 % – без них. При меньших значениях максимальных напряжений цикла доля зоны долома составляла около 50 % площади изломов образцов. Ключевые слова : лазерная сварка, прочность, усталость, микроструктура, микротвердость, фрактография. DOI: 10.17212/1994-6309-2015-3-89-98 Введение При сварке коррозионностойких аустенит- ных сталей довольно часто возникают горячие трещины, обусловленные химической неодно- родностью материала шва [1, 2]. Решение дан- ной проблемы возможно при использовании высококонцентрированных источников энергии, таких как электронный и лазерный лучи. Ис- пользование для сварки энергии лазерного излу- чения обеспечивает особые условия для форми- рования структуры соединения за счет высоких скоростей нагрева и охлаждения в сочетании с интенсивным конвективным перемешиванием расплава в сварочной ванне [3–5]. При этом обе- спечивается максимальная химическая однород- ность получаемого соединения и удаление газов из расплава [6, 7]. Особенно ярко эти преимуще- ства проявляются при обработке высоколегиро- ванных коррозионностойких сталей, для кото- рых свойственна дендритная ликвация в литом состоянии [8]. На современном этапе разработки технологии лазерной сварки коррозионностой- ких сталей наиболее актуально установление роли различных параметров и режимов техноло- гической обработки на прочность получаемых соединений, особенно в условиях усталостно- го воздействия, наиболее близкого реальным условиям эксплуатации. Авторы работ [9, 10] обнаружили положительное влияние добавок нанопорошков на прочность лазерных сварных соединений, которое объясняют с точки зрения повышения центров кристаллизации в условиях сверхвысоких скоростей нагрева и охлаждения. Авторы работы [11] также отмечают важную роль микро- и наночастиц на изменение условий структурообразования, особенно на начальной стадии процесса кристаллизации, что связывают с изменением величины поверхностной энергии на межфазных границах. Целью данных исследований являлось уста- новление степени влияния добавок нанопо- рошков TiN и Y 2 O 3 , плакированных титаном и железом, на кратковременную и усталостную прочность полученных с помощью СО 2 -лазера соединений стали марки 12Х18Н10Т, а также определение роли микроструктуры, размера зер- на, характера распределения микротвердости в формировании поверхности разрушения. Материалы и методика эксперимента Сварку листов из стали марки 12Х18Н10Т [12] толщиной 3 мм проводили встык с помо- щью СО 2 -лазера постоянного действия. Режи- мы сварки указаны в табл.1. Нанопорошки TiN, Y 2 O 3 , плакированные титаном и железом по технологии, разработанной в ИТПМ им. С.А. Христиановича СО РАН, наносили в виде бы- стросохнущей суспензии на боковые поверх-