Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 3

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 3 2019 73 MATERIAL SCIENCE вий сварочные инструменты для сварки трени- ем с перемешиванием обычно изготавливаются из тугоплавких материалов, включая сплавы на основе вольфрама [3–11], кобальта [12–15], мо- либдена [16–18] и никеля [19]. Из-за сильного износа инструмент из поликристаллического нитрида бора не рекомендуется к использова- нию [20] вопреки его хорошей производитель- ности при СТП стали. Инструменты на вольфрамовой основе явля- ются наиболее распространенными для сварки трением с перемешиванием титана и его спла- вов. На данный момент четыре типа вольфрамо- вых сплавов используются для данного метода получения соединений – это вольфраморение- вые сплавы, денсимет, вольфрамолантановые сплавы и карбиды вольфрама [3]. Вольфраморе- ниевые инструменты характеризуются высокой температурой рабочего процесса, но их изготов- ление является сложным и дорогим [3]. Типо- вым химическим составом таких инструментов является W-25 мас. % Re, однако W-5 мас. % Re или даже W-3 мас. % Re также используются в некоторых случаях [4–6]. Денсимет – это компо- зитный материал с высоким содержанием воль- фрама (более 90 %) и никель-железной связыва- ющей фазой. Рабочая температура инструмента из денсимета относительно низкая, его преиму- щества – легкая обрабатываемость и низкая сто- имость [3]. Вольфрамолантановые инструменты представляют собой оптимальный баланс между жаропрочностью, обрабатываемостью и ценой [7]. Стандартный химический состав таких ин- струментов W-1 мас. % La 2 O 3 [8–10]. Однако наиболее экономически эффективными с отно- сительно хорошей обрабатываемостью и хими- ческой стабильностью являются инструменты из карбида вольфрама [11]. Поэтому в настоя- щей статье инструмент данного типа брался за основу. Диборид циркония с добавлением кар- бида кремния является довольно твердым мате- риалом, он также используется для образования защитного слоя на поверхности материала [21]. В процессе сварки трением с перемешиванием титан и его сплавы подвергаются значительному нагреву (более 1200  С) и окислению, поэтому актуальной задачей для сваривания таких мате- риалов является подбор термически стойкого и оптимального с точки зрения изготовления и конечной стоимости сварочного инструмента и технологических способов, позволяющих обе- спечить формирование сварного соединения сплавов с высокой температурой перехода в пла- стичное состояние. Методика исследований Сварку проводили из листового проката ти- танового сплава ВТ 1-0 толщиной 2,5 мм, исход- ный марочный состав которого соответствовал ГОСТ 19807–91 и указан в табл. 1. Сварку осуществляли с помощью инструмен- тов, изготовленных из карбида вольфрама и ди- борида циркония с добавками карбида кремния, которые указаны на рис. 1, а и б соответственно. Для проведения сварки в защитной атмос- фере аргона установка дополнительно комплек- товалась баллоном аргона, который подавался через сопло в зону сварки. В качестве подлож- ки использовалась пластина из алюминиевого сплава АМг5 для более эффективного отвода тепла (рис. 2). Сварку выполняли по режимам, которые вы- бирались с целью получения сварного соедине- ния с минимальным количеством макродефектов в виде несплошностей и геометрических откло- нений шва от нормального. Усилия инструмен- та при внедрении ( F вн ) и в процессе сварки ( F св ) варьировали в пределах от 600 до 800 кг, ско- рость сварки ( V ) изменяли от 100 до 180 мм/мин, Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Марочный состав титанового сплава ВТ 1–0, % масс. The element composition of Grade2 titanium alloy, % mass Fe C Si N Ti O H Примеси Impurity До 0,25 До 0,07 До 0,1 До 0,04 99,24…99,7 До 0,2 До 0,01 Прочих 0,3