ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

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.

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.