ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Аргонодуговая сварка (TIG-сварка) из-за своей доступности и технологической простоты является перспективным методом для формирования неразъемных соединений из сплавов на основе Ti2AlNb, в том числе сплава ВТИ-4, в условиях авиакосмической промышленности. Однако для сплава ВТИ-4 существуют ограничения применения данного вида сварки из-за образования в сварном шве грубозернистой структуры, которая проводит к низкому уровню механических свойств. Цель работы. Изучение влияния режимов аргонодуговой сварки (на постоянных токах и с применением низко- и высокочастотного импульса) на микроструктуру и прочностные свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4. Методы исследования. TIG-сварка пластин осуществлялась в диапазоне сварочных токов 80…150 А с применением низко- и высокочастотного импульса (> 100 Гц). Методами растровой электронной микроскопии изучено строение сварных швов. Оценка прочностных свойств проводилась при одноосном растяжении сварных соединений. Результаты и обсуждение. Изучено строение сварных швов, которое имеет структуру в виде вытянутых крупных дендритов в центральной части и области валика сварного шва и глобулярных β-зерен в корневой части зоны плавления. Механические испытания сварных соединений показали уровень прочности ≈ 90 % от основного металла при импульсном режиме (σB = 1100 МПа, δ = 1,1 %, 335…390 HV0,2) и не ниже 80 % при режимах на постоянном токе. Такой уровень прочностных свойств сварных соединений достигается благодаря сварке с использованием высокочастотного импульса, где максимальная длина и ширина дендритов в сварном шве составляет 1,06 мм и 0,33 мм соответственно, а средний размер глобулярных зерен в нижней части сварного шва составляет ≈ 130 мкм, что меньше, чем при тех же параметрах на постоянном токе.
Наумов Станислав Валентинович
Панов Дмитрий Олегович
Соколовский Виталий Сергеевич
Черниченко Руслан Сергеевич
Салищев Геннадий Алексеевич
Белинин Дмитрий Сергеевич
Лукьянов Василий Васильевич
1. High-strength titanium alloys for aerospace engineering applications: a review on melting-forging process / Q. Zhao, Q. Sun, S. Xin, Y. Chen, C. Wu, H. Wang, J. Xu, M. Wan, W. Zeng, Y. Zhao // Materials Science and Engineering: A. – 2022. – Vol. 845. – P. 143260. – DOI: 10.1016/j.msea.2022.143260.
2. Marin E., Lanzutti A. biomedical applications of titanium alloys: a comprehensive review // Materials (Basel). – 2024. – Vol. 17 (2). – P. 114. – DOI: 10.3390/ma17010114.
3. Ezugwu E.O., Wang Z.M. Titanium alloys and their machinability – a review // Journal of Materials Processing Technology. – 1997. – Vol. 68 (3). – P. 262–274. – DOI: 10.1016/S0924-0136(96)00030-1.
4. Welding of titanium alloys / T. Pasang, Y. Tao, M. Azizi, O. Kamiya, M. Mizutani, W. Misiolek // MATEC Web of Conferences: Proceedings. – 2017. – Vol. 123. – P. 1–8. – DOI: 10.1051/matecconf/201712300001.
5. Veiga C., Davim J.P., Loureiro A. Properties and applications of titanium alloys: a brief review // Reviews on Advanced Materials Science. – 2012. – Vol. 32 (2). – P. 133–148.
6. Kim Y.-W., Dimiduk D.M. Progress in the understanding of gamma titanium aluminides // JOM. – 1991. – Vol. 43 – P. 40–47.
7. Shagiev M.R., Galeyev R.M., Valiakhmetov O.R. Ti2AlNb-based intermetallic alloys and composites // Materials Physics and Mechanics. – 2017. – Vol. 33 (1). – P. 12–18. – DOI: 10.18720/MPM.3312017_2.
8. Nandy T.K., Banerjee D. Creep of the orthorhombic phase based on the intermetallic Ti2AlNb // Intermetallics. – 2000 – Vol. 8 (8). – P. 915–928. – DOI: 10.1016/S0966-9795(00)00059-5.
9. Short- and long-term oxidation behaviour of an advanced Ti2AlNb alloy / M. Dadé, V.A. Esin, L. Nazé, P. Sallot // Corrosion Science. – 2019. – Vol. 148. – P. 379–387. – DOI: 10.1016/j.corsci.2018.11.036.
10. Tool wear investigation in high-pressure jet coolant assisted machining Ti2AlNb intermetallic alloys based on FEM / J. Xu, L. He, H. Su, L. Zhang // International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. – 2018. – Vol. 1 (4). – P. 219–228. – DOI: 10.1016/j.ijlmm.2018.08.007.
11. Development of Ti2AlNb alloys: opportunities and challenges / W. Chen, J.W. Li, L. Xu, B. Lu // AM&P Technical Articles. – 2014. – Vol. 172 (5). – P. 23–27. – DOI: 10.31399/asm.amp.2014-05.p023.
12. Cracking of Ti2AlNb-based alloy after laser beam welding / D.O. Panov, S.V. Naumov, V.S. Sokolovsky, E.I. Volokitina, N. Kashaev, V. Ventzke, R. Dinse, S. Riekehr, E.A. Povolyaeva, E.B. Alekseev, N.A. Nochovnaya, S.V. Zherebtsov, G.A. Salishchev // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2021. – Vol. 1014. – P. 012035. – DOI: 10.1088/1757-899X/1014/1/012035.
13. Mechanism of reheat cracking in electron beam welded Ti2AlNb alloys / Y.-J. Li, Ai-P. Wu, Q. Li, Y. Zhao, R.-C. Zhu, G.-Q. Wang // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2019. – Vol. 29 (9). – P. 1873–1881. – DOI: 10.1016/S1003-6326(19)65095-8.
14. Reheat cracking in Ti2AlNb alloy resistance spot weldments / D. Cai, J. Chen, X. Mao, C. Hao // Intermetallics. – 2013. – Vol. 38. – P. 63–69. – DOI: 10.1016/j.intermet.2013.02.013.
15. Effects of welding condition on weld shape and distortion in electron beam welded Ti2AlNb alloy joints / Y. Li, Y. Zhao, Q. Li, A. Wu, R. Zhu, G. Wang // Materials & Design. – 2017. – Vol. 114. – P. 226–233. – DOI: 10.1016/j.matdes.2016.11.083.
16. Shao L., Cui E. Joining of Ti-22Al-25Nb alloy using different welding methods // Materials China. – 2019. – Vol. 38 (3). – P. 286–290. – DOI: 10.7502/j.issn.1674-3962.2019.03.11.
17. Effect of pre-heating and post-weld heat treatment on structure and mechanical properties of laser beam-welded Ti2AlNb-based joints / D. Panov, S. Naumov, N. Stepanov, V. Sokolovsky, E. Volokitina, N. Kashaev, V. Ventzke, R. Dinse, S. Riekehr, E. Povolyaeva, N. Nochovnaya, E. Alekseev, S. Zherebtsov, G. Salishchev // Intermetallics. – 2022. – Vol. 143. – P. 107466. – DOI: 10.1016/j.intermet.2022.107466.
18. Zou J., Li H. Review on weldability of Ti2AlNb-based alloy // Materials China. – 2019. – Vol. 38 (7). – P. 710–716. – DOI: 10.7502/j.issn.1674-3962.201803012.
19. Ultrasonic frequency pulse tungsten inert gas welding of Ti2AlNb-based alloy / X. Liu, S. Wu, Y. Ji, L. Shao, H. Zhao, X. Wan // Xiyou Jinshu / Chinese Journal of Rare Metals. – 2014. – Vol. 38 (4). – P. 541–547. – DOI: 10.13373/j.cnki.cjrm.2014.04.001.
20. Gas tungsten arc welding of Ti2AlNb based alloy sheet / B. Lu, J. Yin, Y. Wang, R. Yang // Ti 2011: Proceedings of the 12th World Conference on Titanium. – Beijing, 2012. – Vol. 1. – P. 816–818.
21. Elimination of pores and microstructural characterization in Ti-6Al-4V alloy welds using fast-frequency double pulse TIG welding / Y. Kuang, J. Hu, W. Su, Z. Zhu, H. Liao, Z. Wang // Materials Today Communications. – 2024. – Vol. 41. – P. 110516. – DOI: 10.1016/j.mtcomm.2024.110516.
22. A review on high-frequency pulsed arc welding / Z. Wang, D. Jiang, J. Wu, M. Xu // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 60. – P. 503–519. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.10.054.
23. Karpagaraj A., Siva shanmugam N., Sankaranarayanasamy K. Some studies on mechanical properties and microstructural characterization of automated TIG welding of thin commercially pure titanium sheets // Materials Science and Engineering: A. – 2015. – Vol. 640. – P. 180–189. – DOI: 10.1016/j.msea.2015.05.056.
24. Structure and mechanical properties of welded joints from alloy based on VTI-4 orthorhombic titanium aluminide produced by pulse laser welding / S.V. Naumov, D.O. Panov, R.S. Chernichenko, V.S. Sokolovsky, E.I. Volokitina, N.D. Stepanov, S.V. Zherebtsov, Е.B. Alekseev, N.A. Nochovnaya, G.A. Salishchev // Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. – 2023. – Vol. 29 (2). – P. 57–73. – DOI: 10.17073/0021-3438-2023-2-57-73.
25. Study on arc shape, weldment microstructure, and mechanical properties of Ti-6Al-4V welded by FFDP TIG waveform / Y. Kuang, J. Jia, Z. Zhu, Z. Gui, J. Tian, Z. Wang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2024. – Vol. 130. – P. 5269–5284. – DOI: 10.1007/s00170-024-13067-z.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (Соглашение №19–79–30066) с использованием оборудования Центра коллективного пользования "Технологии и Материалы НИУ "БелГУ".
Влияние режимов аргонодуговой сварки на структуру и свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb) / С.В. Наумов, Д.О. Панов, В.С. Соколовский, Р.С. Черниченко, Г.А. Салищев, Д.С. Белинин, В.В. Лукьянов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 43–56. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-43-56.
Naumov S.V., Panov D.O., Sokolovsky V.S., Chernichenko R.S., Salishchev G.A., Belinin D.S., Lukianov V.V. Microstructure and mechanical properties of Ti2AlNb-based alloy weld joints as a function of gas tungsten arc welding parameters. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2025, vol. 27, no. 2, pp. 43–56. DOI:10.17212/1994-6309-2025-27.2-43-56. (In Russian).
