ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
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.
Амиров Алихан Ильнурович
Утяганова Вероника Рифовна
Белобородов Владимир Анатольевич
Елисеев Александр Андреевич
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. 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.
19. 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.
20. 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.
21. 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.
22. 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.
Работы выполнены в рамках Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013–2020 годы, направление III.23.
Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ1-0 сваркой трением с перемешиванием с использованием температуростойких инструментов / А.И. Амиров, В.Р. Утяганова, В.А. Белобородов, А.А. Елисеев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 3. – С. 72–82. – DOI:10.17212/1994-6309-2019-21.3-72-82.
Amirov A.I., Utyaganova V.R., Beloborodov V.A., Eliseev A.A. Formation features of a welding joint of alloy Grade2 by the friction stir welding using temperature resistant tools. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2019, vol. 21, no. 3, pp. 72–82. DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.3-72-82. (In Russian).
