Дифузійне зварювання алюміниду титану через проміжні наношаруваті прошарки
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Дифузійне зварювання алюміниду титану через проміжні наношаруваті прошарки
|
|
| Creator |
Петрушинець, Лідія Вячеславівна
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 “Зварювання та споріднені процеси і технології”. Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, Київ, 2012. Дисертація присвячена розробці технологічних засад дифузійного зварювання у вакуумі аллюмінидів титану через проміжні наношаруваті прошарки Ti/Al. Встановлено, що для забезпечення повного проходження реакції ВСС в наношаруватих фольгах Tі/Al в умовах їх затиснення в стику необхідно проводити попередній підігрів до 600 °С. Показано, що при зварюванні алюміниду титану між собою та зі сплавом титану ВТ8 з використанням наношаруватих прошарків в зоні з’єднання спостерігається утворення спільних зерен, відсутні пори, оксидні включення і тріщини. Виявлено, що застосування наношаруватого прошарку при зварюванні інтерметаліду γ-TіAl призводить до підвищення рухливості атомів у зоні з’єднання на 2 порядки. Визначено величину напружень, які виникають при проходженні реакції ВСС. Дані напруження поряд з пластичною деформацією приконтактних шарів можуть внести додатковий внесок у активацію дифузійних процесів. На основі проведених досліджень розроблені технологічні засади дифузійного зварювання у вакуумі алюміниду титану між собою та зі сплавом титану ВТ8 через проміжні наношаруваті прошарки. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 “Сварка и родственные процессы и технологии”. Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, Киев, 2012. Диссертация посвящена разработке технологических основ диффузионной сварки в вакууме аллюминидов титана через промежуточные прослойки Ti/Al. Проведены исследования направленные на изучение особенностей прохождения реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в нанослойной фольге Ti/Al в условиях ее защемления в стыке. Показано, что для полного прохождения реакции, ее инициирование необходимо проводить при предварительном подогреве образцов до 600 ºС. Установлено, что для предотвращения значительного волнообразования и растрескивания фольги в ходе сварочного цикла необходимо обеспечить предварительное давление величиной 4 … 8 МПа. В условиях защемления протекание реакции СВС приводит к изменению геометрических размеров промежуточной прослойки. При прохождении реакции происходит увеличение толщины прослойки на 30% относительно исходного значения, а в ходе дальнейшей выдержки – уменьшение на 10% от исходной величины. Показано, что при сварке алюминида титана без промежуточных слоев не удается получить качественное соединение. По линии соединения наблюдаются микропоры и оксиды, четко выделяется граница раздела без образования общих зерен. Металлографические исследования сварных соединений полученных с применением нанослойных промежуточных прослоек системы Ti-Al показали, что в переходной зоне отсутствуют дефекты, в зоне соединения происходит образование мелких рекристаллизованных зерен. Нанослойная прослойка в процессе диффузионной сварки в вакууме (ДСВ) преобразуется в интерметаллид TiAl с микротвердостью и составом близкими основному материалу. На основании механических испытаний на срез и металлографических исследований был установлен оптимальный режим ДСВ: температура сварки Tсв = 1200 °С, давление сварки Pсв = 40 МПа, время сварки tсв = 20 мин. Сварку алюминида титана с ВТ8 выполняли на режиме: температура сварки Tсв = 1200 °С, давление сварки Pсв = 10 МПа, время сварки tсв = 20 мин. При сварке алюминида титана со сплавом титана ВТ8 без промежуточных слоев зона соединения представляет собой четко выраженную границу раздела между сплавом на основе γ-TiAl и ВТ8 без образования общих зерен. Прочность биметаллического соединения составляет 260 МПа и находится на уровне 72% от прочности исходного интерметаллидного сплава γ-TiAl При сварке γ-TiAl с ВТ8 через прослойку из технически чистого титана в зоне соединения происходит резкое изменение концентраций Ti и Al, а также значительный перепад микротвердости, приводящие к снижению прочности до 220 МПа. При использовании нанослойной прослойки системы Ti/Al получено бездефектное соединение без пор и трещин. В зоне соединения наблюдается образования общих зерен. Распределение Tі и Al описывается пологими кривыми, а также микротвердости проходят по пологим кривым без резких изменений. При использовании нанослойных прослоек Ti/Al прочность соединений повысилась до 290 МПа. Исследованы механические свойства и структурное состояние сварных соединений γ-TiAl с ВТ8 методом автоматического микроиндентирования. Для соединяемых материалов характерна структура зерна на уровне десятка микрон и характеристики прочности в упругой зоне на уровне 1100 – 1500 МПа. Материал нанослойной прослойки в исходном состоянии наноструктурный с твердостью 4,2 ГПа и пластичностью СІТ = 1,4%. Воздействия температуры сварки, давления, а также реакции СВС привели к повышению твердости и модуля упругости прослойки до значений характерных для сплава на основе γ-TiAl. После диффузионной сварки в вакууме исходная нанослойная прослойка преобразуется в TiAl, который находится в субмикронном состоянии. Исследованы диффузионные процессы в зоне соединения при сварке интерметаллида γ-TiAl через нанослойную прослойку и без нее методом авторадиографии с помощью радиоактивных изотопов никеля 63Ni. При сварке с применением нанослойной прослойки размер диффузной зоны значительно возрастает (до 4 – 5 раз). Рассчитанные эффективные коэффициенты диффузии имеют следующие значения: без прослойки ~ 1· 10-7 см2/с, с прослойкой - ~ 1· 10-5 см2/с. Проведены расчеты напряженно- деформированного состояния поверхностных слоев образцов, соединяемых через промежуточную прослойку при инициировании в ней реакции СВС. Прохождение реакции СВС в промежуточной прослойке сопровождается скачком сжимающих напряжений σx = 204 МПа, сменяющихся растягивающими, которые за 0,3 с достигают 572 МПа. Протекание реакции СВС также приводит к повышению напряжений σy с 8 до 18 МПа. Расчетные величины микродеформаций приконтактного поверхностного слоя (δ ~ 20 мкм) не превышают 0,7%. Полученные результаты расчетов свидетельствуют о том, что протекание реакции СВС в промежуточной прослойке может приводить к значительному по интенсивности динамическому деформационному воздействию на свариваемые поверхности, которое может активизировать диффузные процессы в поверхностных слоях свариваемых материалов и обеспечить условия для формирования неразъемных соединений трудносвариваемых материалов. Механические испытания на срез показали, что при сварке алюминида титана без промежуточных слоев удается достичь прочности на срез на уровне 67% от прочности основного материала. Применение нанослойных промежуточных слоев системы Ti/Al позволяет повысить прочность до 91 … 98% от прочности основного материала. Использование нанослойных фольг системы Ti-Al в качестве промежуточных прослоек при ДСВ алюминидов титана позволяет получить качественное соединение с сокращением до 6 раз времени и давления сварки по сравнению с существую щими технологиями. Thesis for the scientific degree of Candidate of Sciences (Eng.) in speciality 05.03.06 “Welding and related processes and technologies”. E.O.Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine, Kiev, 2012. The thesis is devoted to determination of basic technology of diffusion welding in vacuum of titanium aluminides through Ti/Al interlayers. It was established that to ensure a complete running of SHS reaction in nanolayered Ti/Al foils under the conditions of their compression in the butt, it is necessary to perform preheating to 600 C. It is shown that in welding titanium aluminide to each other and to VT8 titanium alloy with application of titanium interlayer, formation of common grains and absence of pores, oxide inclusion or cracks are observed in the joint zone. It was established that application of the nanolayer in welding γ-TiAl intermetallics leads to an increase of diffusion mobility of atoms in the joint zone by two orders of magnitude. Magnitude of elastic stresses arising in the near-contact layers at running of SHS reaction in the interlayer was determined. Elastic stresses, alongside plastic deformation of near-contact layers, can make an additional contribution to activation of diffusion processes in the joint zone. Performed investigations were the basis for determination of basic technology of vacuum diffusion welding of titanium aluminides to each other and to VT8 titanium alloy through intermediate nanolayers. |
|
| Publisher |
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
|
|
| Date |
2012-03-27T11:08:25Z
2012-03-27T11:08:25Z 2012 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/1629
|
|
| Language |
uk
|
|