Обработка металлов

Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ14 сваркой трением с перемешиванием с использованием жаропрочного инструмента из сплава ЖС6У

Том 24, № 4 Октябрь - Декабрь 2022

Авторы:

Амиров Алихан Ильнурович,

Москвичев Евгений Николаевич,

Иванов Алексей Николаевич,

Чумаевский Андрей Валерьевич,

Белобородов Владимир Анатольевич

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2022-24.4-53-63

Скачать полный текст (RU)

Интерактивный просмотр (RU)

Скачать полный текст (EN)

Интерактивный просмотр (EN)

Аннотация
Авторы
Список литературы
Благодарности. Финансирование

Аннотация

Введение. Технологический процесс изготовления изделий из титановых сплавов 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 таких, как алюминий. Для «твердых» металлических материалов работа по сварке трением с перемешиванием была ограниченной из-за высоких требований к сварочному инструменту. Целью работы является исследование возможности применения инструмента, изготовленного из жаропрочного сплава ЖС6У на основе никеля при сварке трением с перемешиванием титанового сплава ВТ14. 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 термического воздействия, зоны термомеханического воздействия и зоны перемешивания с фрагментированной структурой. При варьировании параметров сварки было показано, что на дефектность сварного шва в большей степени влияет осевая нагрузка на инструмент, что обусловлено существенным различием в термическом воздействии на материал. Методами металлографического анализа в зоне перемешивания неразъёмного соединения обнаружено растворение фрагментов материала сварочного инструмента. Фрактографический анализ поверхности изломов показывает, что разрыв в зоне шва был преимущественно вязким, что характерно для титановых сплавов, хотя в данном случае имелись перемычки хрупкости. Варьирование параметров сварки трением с перемешиванием позволило получить неразъемное соединение, составляющее порядка 90 % прочности от основного металла.

Ключевые слова: Сварка трением с перемешиванием, титановый сплав ВТ14, микроструктура, сварочный инструмент, износ инструмента, фрактография

Список литературы

1. A systematic review of fatigue behaviour of laser welding titanium alloys / V. Paranthaman, V. Dhinakaran, M. Swapna Sai, A. Devaraju. // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 19, pt. 1. – P. 520–523. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.08.249.

2. Investigation of tensile and high cycle fatigue failure behavior on a TIG welded titanium alloy / D. Ren, Y. Jiang, X. Hu, X. Zhang, X. Xiang, K. Huang, H. Ling // Intermetallics. – 2021. – Vol. 132. – P. 107115. – DOI: 10.1016/j.intermet.2021.107115.

3. Very long life fatigue failure mechanism of electron beam welded joint for titanium alloy at elevated temperature / F. Liu, Y. Chen, C. He, C. Wang, L. Li, Y. Liu, Q. Wang // International Journal of Fatigue. – 2021. – Vol. 152. – P. 106446. – DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2021.106446.

4. Gangwar K., Ramulu M. Friction stir welding of titanium alloys: a review // Materials and Design. – 2018. – Vol. 141. – P. 230–255. – DOI: 10.1016/j.matdes.2017.12.033.

5. Fatigue properties of friction stir welded joint of titanium alloy / F. Gao, Y. Guo, S. Yang, Y. Yu, W. Yu // Materials Science and Engineering: A. – 2020. – Vol. 793. – P. 139819. – DOI: 10.1016/j.msea.2020.139819.

6. Mironov S., Sato Y.S., Kokawa H. Friction-stir welding and processing of Ti-6Al-4V titanium alloy: A review // Journal of Materials Science and Technology. – 2018. – Vol. 34, iss. 1. – P. 58–72. – DOI: 10.1016/j.jmst.2017.10.018.

7. Raut N., Yakkundi V., Vartak A. A numerical technique to analyze the trend of temperature distribution in the friction stir welding process for titanium Ti 6Al 4V // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 41, pt. 2. – P. 329–334. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.09.336.

8. Nirmal K., Jagadesh T. Numerical simulations of friction stir welding of dual phase titanium alloy for aerospace applications // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 46, pt. 10. – P. 4702–4708. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.300.

9. Evolution of microstructure, texture and mechanical properties of special friction stir welded T-joints for an α titanium alloy / Y. Su, W. Li, X. Liu, F. Gao, Y. Yu, A. Vairis // Materials Characterization. – 2021. – Vol. 177. – P. 111152. – DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111152.

10. Microstructure evolution of friction stir welding of Ti6321 titanium alloy based on the weld temperature below microstructure transformation temperature / F. Gao, Y. Guo, W. Yu, P. Jiang, Z. Liao // Materials Characterization. – 2021. – Vol. 177. – P. 111121. – DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111121.

11. Eliminating the cavity defect and improving mechanical properties of TA5 alloy joint by titanium alloy supporting friction stir welding / S. Du, H. Liu, M. Jiang, Y. Hu, L. Zhou // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 69. – P. 215–222. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.07.044.

12. Liu H., Fujii H. Microstructural and mechanical properties of a beta-type titanium alloy joint fabricated by friction stir welding // Materials Science and Engineering: A. – 2018. – Vol. 177. – P. 140–148. – DOI: 10.1016/j.msea.2017.11.006.

13. A specific analytical study of friction stir welded Ti-6Al-4V grade 5 alloy: stir zone microstructure and mechanical properties / N. Raut, V. Yakkundi, V. Sunnapwar, T. Medhi, V.K.S. Jain // Journal of Manufacturing Processes. – 2022. – Vol. 76. – P. 611–623. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.02.036.

14. Microstructure and mechanical properties of friction stir processed TA5 alloy / L. Zhou, M. Yu, W. Chen, Z. Zhang, S. Du, H. Liu, Y. Yu, F. Gao // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2021. – Vol. 31, iss. 2. – P. 404–415. – DOI: 10.1016/S1003-6326(21)65505-X.

15. An overview on friction stir welding/processing tools / P. Maji, R. Karmakar, R. Kanti Nath, P. Paul // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 58, pt. 1. – P. 57–64. – DOI: 10.1016/j.matpr.2022.01.009.

16. The heat treatment improving the mechanical and fatigue property of TA15 alloy joint by friction stir welding / X. Xu, Q. Liu, J. Wang, X. Ren, H. Hou // Materials Characterization. – 2021. – Vol. 180. – P. 111399. – DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111399.

17. Friction stir welding of Ti-6Al-4V alloy: Friction tool, microstructure, and mechanical properties / J. Li, Y. Shen, W. Hou, Y. Qi // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 58. – P. 344–354. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.08.025.

18. Microstructure evolution and mechanical characterization of friction stir welded titanium alloy Ti–6Al–4V using lanthanated tungsten tool / P.M. Mashinini, I. Dinaharan, J. David Raja Selvam, D.G. Hattingh // Materials Characterization. – 2018. – Vol. 139. – P. 328–336. – DOI: 10.1016/j.matchar.2018.03.020.

19. The performance of a Co-based alloy tool in the friction stir welding of TA5 alloy / S. Du, H. Liu, M. Jiang, L. Zhou, F. Gao // Wear. – 2022. – Vol. 488–489. – P. 204180. – DOI: 10.1016/j.wear.2021.204180.

20. Vardak S., Shatooti S., Zangeneh S. Manufacturing of porous titanium using friction stir welding // Materials Letters. – 2022. – Vol. 310. – P. 131430. – DOI: 10.1016/j.matlet.2021.131430.

21. Evolution of microstructure and texture in the stir zone of commercially pure titanium during friction stir processing / A. Kumar Singh, L. Kaushik, J. Singh, H. Das, M. Mondal, S.-T. Hong, S.-H. Choi // International Journal of Plasticity. – 2022. – Vol. 150. – P. 103184. – DOI: 10.1016/j.ijplas.2021.103184.

22. Wear of ZhS6U nickel superalloy tool in friction stir processing on commercially pure titanium / A. Amirov, A. Eliseev, E. Kolubaev, A. Filippov, V. Rubtsov // Metals. – 2020. – Vol. 10 (6). – P. 799. – DOI: 10.3390/met10060799.

23. Amirov A.I., Chumaevskii A.V., Vorontsov A.V. Formation of (α + β) titanium welds by friction stir welding using heat-resistant alloy tool // AIP Conference Proceedings. – 2020. – Vol. 2310 (1). – P. 020017. – DOI: 10.1063/5.0034654.

Для цитирования:

Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ14 сваркой трением с перемешиванием с использованием жаропрочного инструмента из сплава ЖС6У / А.И. Амиров, Е.Н. Москвичев, А.Н. Иванов, А.В. Чумаевский, В.А. Белобородов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 53–63. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-53-63.

For citation:

Amirov A.I., Moskvichev E.N., Ivanov A.N., Chumaevskii A.V, Beloborodov V.A. Formation features of a welding joint of alloy Ti-5Al-3Mo-1V by the friction stir welding using heat-resistant tool from ZhS6 alloy. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2022, vol. 24, no. 4, pp. 53–63. DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-53-63. (In Russian).

Просмотров: 1351

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ14 сваркой трением с перемешиванием с использованием жаропрочного инструмента из сплава ЖС6У