Структура и свойства сварных швов при электронно-лучевой сварке железохромоникелевого сплава ЭП718

Приведены результаты исследований особенностей формирования структуры и свойств сварных соединений сплава ЭП718 толщиной 13 мм (с учетом технологической подкладки 3 мм) за счет варьирования параметров электронно-лучевой сварки (тока луча и скорости его перемещения по поверхности образца) и определения оптимального режима сварки для данного сплава, используемого при изготовлении статора высокого давления авиационного двигателя. Деталь является ответственным крупногабаритным изделием сложной профильной формы и работает в условиях малоцикличных нагрузок при высоком уровне напряжений. Минимальный предел прочности 1160 МПа имеют образцы, сваренные при скорости перемещения луча по поверхности образца ν = 0,0042 м/с и токе луча 85 мА. Для образцов, сваренных при ν = 0,006 м/с и i = 65 мА, характерен максимальный предел прочности, равный 1270 МПа. При определении временного сопротивления у образцов, сваренных при ν = 0,006 м/с, i = 120 и 75 мА, разрушение произошло по сварному шву, а у образцов, сваренных при ν = 0,006 м/с, i = 65 мА и ν = 0,0042 м/с, i = 85 мА, – по зоне термического влияния на расстоянии 0,5–3,0 мм от сварного шва. При микроисследовании структуры образцов, сваренных при ν = 0,006 и 0,0042 м/с и i = 120, 75 и 85 мА соответственно, выявлены расширенные границы зерен в зоне термического влияния. Таким образом, оптимальным является режим сварки при скорости перемещения луча по поверхности образца 0,006 м/с и токе луча 65 мА. На данном режиме утолщенных границ зерен не обнаружено и достигается максимальный предел прочности 1270 МПа.

1. Ломберг Б.С., Овсепян С.В., Бакрадзе М.М., Мазалов И.С. Высокожаропрочные деформируемые никелевые сплавы для перспективных газотурбинных двигателей и газотурбинных установок. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011;1—10.

2. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года». Авиационные материалы и технологии. 2015;1(34):3—33.

3. Каблов Е.Н., Антипов В.В., Свиридов А.В., Грибков М.С. Особенности электронно-лучевой сварки жаропрочных сплавов ЭИ698-ВД и ЭП718-ИД со сталью 45. Труды ВИАМ. 2020;9(91):3—14. https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-9-3-14

4. Назаренко О.К., Кайдалов А.А., Ковбасенко С.Н. Электронно-лучевая сварка (Под ред. Б.Е. Патона). Киев: Наукова думка, 1987. 256 с.

5. Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 487 с.

6. Hong J.K., Park J.H., Park N.K., Eom I.S., Kim M.B., Kang C.Y. Microstructures and mechanical properties of Inconel 718 welds by CO2 laser welding. Journal of Materials Processing Technology. 2008;1:515—520. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.11.224

7. Patela V., Salia A., Hyderb J., Corlissb M., Hyderb D., Hunga W. Electron beam welding of inconel 718 procedia manufacturing. In: Proc. 48th SME North American Manufacturing Research Conference (Ohio, USA). 2020. Vol. 1. P. 428—435. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.05.065

8. Raza T., Andersson J., Svensson L.E. Varestraint weldability testing of additive manufactured alloy 718. Sciencе and Technology of Welding and Joining. 2018;23(7): 606—611. https://doi.org/10.1080/13621718.2018.1437338

9. Agilan M., Venkateswaran T., Sivakumar D., Pant B. Effect of heat input on microstructure and mechanical properties of Inconel-718 EB welds. Procedia Materials Science. 2014;5:656—662. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.312

10. Mei Y., Liu Y., Liu C., Li C., Yu L., Guo Q., Li H. Effect of base metal and welding speed on fusion zone microstructure and HAZ hot-cracking of electron-beam welded Inconel 718. Materials and Design. 2016;89:964—977. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.10.082

11. Peng G., Zhang K.F., Zhang B.G., Jiang S.S., Zhang B.W. Microstructures and high temperature mechanical properties of electron beam welded Inconel 718 superalloy thick plate. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011;21:315—322. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(11)61598-7

12. Manikandan S., Sivakumar D., Rao K.P., Kamaraj M. Effect of enhanced cooling on microstructure evolution of alloy 718 using the gas tungsten arc welding process. Weld World. 2016. 18 p. https://doi.org/10.1007/s40194-016-0349-1

13. Zhang Y.N., Cao X., Wanjara P. Microstructure and hardness of fiber laser deposited Inconel 718 using filler wire. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013;69:9—12. https://doi.org/10.1007/s00170-013-5171-y

14. Song K.H., Kim W.Y., Nakata K. Investigation of microstructure and mechanical properties on surface-modified Inconel 718 alloy. Materials Transactions. 2013;(54)10:2032—2036. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2013096

15. Sonar T., Balasubramanian V., Malarvizhi S., Venkateswaran T., Sivakumar D. Effect of Delta current and Delta current frequency on microstructure and tensile properties of gas tungsten constricted arc (GTCA) welded Inconel 718 alloy joints. Journal of the Mechanical Behavior of Materials. 2019;28(1):186—200. https://doi.org/10.1515/jmbm-2019-0020

16. Sumit K. Sharma, Prashant Agarwal, J. Dutta Majumdar. Studies on electron beam welded Inconel 718 similar joints: Proceedings of the International Conference on Sustainable Materials Processing and Manufacturing (23—25 January 2017, Kruger National Park). Procedia Manufacturing. 2017;7:654—659. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2016.12.097

17. Tushar S., Visvalingam B., Sudersanan M., Thiruvenkatam V., Dhenuvakonda S. Influence of magnetically constricted arc traverse speed (MCATS) on tensile properties and microstructural characteristics of welded Inconel 718 alloy sheets. Defence Technology. 2020. P. 40. https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.07.009

18. Kwon S.I., Bae S.H., Do J.H., Jo C.Y., Hong H.U. Characterization of the microstructures and the cryogenic mechanical properties of electron beam welded Inconel 718. Metallurgical and Materials Transactions. 2015;47(2):77—87. https://doi.org/10.1007/s11661-015-3269-6

19. Jia Z., Wan X., Guo D. Study on microstructure and mechanical properties of Inconel718 components fabricated by UHFP-GTAW technology. Materials Letters. 2019;261: 1—9. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.127006

20. Bansal A., Sharma A.K., Das S., Kumar P. Characterization of microstructure and strength of microwave welded Inconel 718 joints at 2.45 GHz frequency. Kovove materialy. 2016;54:27—35. https://doi.org/10.4149/km_2016_1_27

21. Никифоров Р.В., Галимов В.Р., Хисамутдинов Э.Р., Камалетдинова Р.Р., Башаров Р.Р. Структура и свойства сварных соединений сплава ЭП718, полученных роботизированной сваркой плавящимся электродом. Вестник УГАТУ. 2021;4(94):10—18.

22. Баранов Д.А., Паркин А.А., Жаткин С.С. Особенности формирования сварного шва жаропрочного сплава ХН45ВМТЮБР в зависимости от режимов лазерной сварки. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2018;4(2):170—176.

23. Кайдалов А.А. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии. Киев: Экотехнология, 2004. 260 с.

24. Сорокин Л.И. Образование горячих трещин в околошовной зоне при сварке жаропрочных никелевых сплавов. Сварочное производство. 2005;8:4—18.

25. Паршуков Л.И., Гильмутдинов Ф.З. Электронно-лучевая сварка и локальная термообработка сварных швов из жаропрочных сплавов. Труды ВИАМ. 2017;5(53):23—31. http://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2017-0-5-3-3