Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск

Структура и механические свойства сварных соединений из сплава на основе орторомбического алюминида титана, полученных плазменной сваркой проникающей дугой с последующей термической обработкой

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2024-2-16-29

Аннотация

Методом плазменной сварки проникающей дугой заготовок из сплава ВТИ-4 на основе орторомбического алюминида титана Ti2AlNb получены сварные соединения и исследованы их структура и механические свойства. Установлено, что динамическое воздействие проникающей дуги оказывает положительное влияние на качество сварного соединения: исключаются непровар, возникновение пористости и микротрещин, а также формируется благоприятная форма корня шва. Обнаружено, что сварное соединение состоит из зоны плавления (ЗП), зоны термического влияния (ЗТВ) и основного металла (ОМ). В зависимости от фазового состава и морфологии фаз ЗТВ можно разделить на 4 области: ЗТВ1 из крупных зерен β-фазы вблизи линии сплавления, ЗТВ2 из крупных зерен β-фазы + α2, ЗТВ3 с более фрагментированными зернами β-фазы с сохранением большего количества α2-фазы и ЗТВ4, имеющей фазовый состав β + α2 + О. Последующая термическая обработка (ТО: закалка при температуре 920 °С с выдержкой 2 ч и охлаждением на воздухе с последующей выдержкой 6 ч при 800 °С и дальнейшим охлаждением на воздухе) обеспечивает сохранение зонной структуры сварного шва, но приводит к формированию во всех зонах внутри β-зерен частиц O-фазы. Микротвердость сварного шва в зоне плавления соответствует 360±15 HV0,2, а после ТО она возрастает до 382±20 HV0,2. Прочностные свойства сварного соединения после ТО находятся на уровне выше 90 % от показателей исходной кованой заготовки (σв = 1120 МПа, σ0,2 = 1090 МПа), а пластичность близка к исходному состоянию (δ = 2,1 %).

Об авторах

С. В. Наумов
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Россия

Станислав Валентинович Наумов – к.т.н., доцент кафедры материаловедения и нанотехнологий (МиН), ст. науч. сотрудник лаборатории объемных наноструктурных материалов (ОНМ)

308015, г. Белгород, ул. Победы, 85



Д. О. Панов
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Россия

Дмитрий Олегович Панов – к.т.н., доцент кафедры МиН, ст. науч. сотрудник лаборатории ОНМ

308015, г. Белгород, ул. Победы, 85



Р. С. Черниченко
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Россия

Руслан Сергеевич Черниченко – мл. науч. сотрудник лаборатории ОНМ

308015, г. Белгород, ул. Победы, 85



В. С. Соколовский
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Россия

Виталий Сергеевич Соколовский – к.т.н., науч. сотрудник лаборатории ОНМ

308015, г. Белгород, ул. Победы, 85



Г. А. Салищев
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Россия

Геннадий Алексеевич Салищев – д.т.н., профессор кафедры МиН, зав. лабораторией ОНМ

308015, г. Белгород, ул. Победы, 85



Е. Б. Алексеев
Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Россия

Евгений Борисович Алексеев – к.т.н., начальник сектора

105005, г. Москва, ул. Радио, 17

Scopus-ID: 56581528500



С. Д. Неулыбин
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Россия

Сергей Дмитриевич Неулыбин – к.т.н., руководитель лаборатории методов создания и проектирования систем «Материал–Технология–Конструкция»

614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29



Д. С. Белинин
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Россия

Дмитрий Сергеевич Белинин – к.т.н., доцент кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов (СПМТМ)

614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29



Ю. Д. Щицын
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Россия

Юрий Дмитриевич Щицын – д.т.н., профессор, зав. кафедрой СПМТМ

614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29



В. В. Лукьянов
НПА «Технопарк АТ»
Россия

Василий Васильевич Лукьянов – к.т.н., начальник отдела сложнопрофильного формообразования

450027, г. Уфа, ул. Трамвайная, 5, корп. 1



Список литературы

1. Goyal K., Bera C., Sardana N. Temperature-dependent structural, mechanical, and thermodynamic properties of B2-phase Ti2AlNb for aerospace applications. Journal of Materials Science. 2022;57(41):19553—19570. https://doi.org/10.1007/s10853-022-07788-3

2. Shagiev M.R., Galeyev R.M., Valiakhmetov O.R. Ti2AlNbBased intermetallic alloys and composites. Materials Physics and Mechanics. 2017;33(1):12—18. https://doi.org/10.18720/MPM.3312017_2

3. Nandy T.K., Banerjee D. Creep of the orthorhombic phase based on the intermetallic Ti2AlNb. Intermetallics. 2000;8(8):915—928. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(00)00059-5

4. Emura S., Araoka A., Hagiwara M. B2 grain size refinement and its effect on room temperature tensile properties of a Ti—22Al—27Nb orthorhombic intermetallic alloy. Scripta Materialia. 2003;48:629—634. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(02)00462-1

5. Kim Y.-W., Dimiduk D.M. Progress in the understanding of gamma titanium aluminides. Journal of Minerals, Metals & Materials Society. 1991;43:40—47. https://doi.org/10.1007/BF03221103

6. Kumpfert J., Leyens C. Orthorhombic titanium aluminides: Intermetallics with improved damage tolerance. In: Titanium and Titanium Alloys — Fundamentals and Applications. GmbH & Co.: Wiley—VCH Verlag, 2005. P. 59—88. https://doi.org/10.1002/3527602119.ch3

7. Li Y.-J., Wu A.-P., Li Q., Zhao Y., Zhu R.-C., Wang G.-Q. Effects of welding parameters on weld shape and residual stresses in electron beam welded Ti2AlNb alloy joints. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019;29(1):67—76. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(18)64916-7

8. Liu X., Shao L., Ji Y., Zhao H., Wan X. Ultrasonic frequency pulse tungsten inert gas welding of Ti2AlNbbased alloy. Chinese Journal of Rare Metals. 2014;38(4): 541—547. https://doi.org/10.13373/j.cnki.cjrm.2014.04.001

9. Shao L., Wu S., Datye A., Zhao H., Petterson M., Peng W. Microstructure and mechanical properties of ultrasonic pulse frequency tungsten inert gas welded Ti— 22Al—25Nb (at.%) alloy butt joint. Journal of Materials Processing Technology. 2018;259:416—423. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.03.018

10. Bu Z., Ma X., Li R., Wu J., Li J. Effect of pressure on microstructure and mechanical properties of diffusion bonded joints of Ti2AlNb alloy. Journal of Aeronautical Materials. 2023;43:51—58. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000162

11. Niu T., Jiang B., Zhang N., Wang Y. Microstructure and mechanical properties of Ti—Ti2AlNb interface. Composites and Advanced Materials. 2021;30:1—7. https://doi.org/10.1177/2633366X20929

12. Chen X., Zhang Z., Xie F., Wu X., Ma T., Li W., Sun D. Optimizing the integrity of linear friction welded Ti2AlNb alloys. Metals. 2021;11(5):802. https://doi.org/10.3390/met11050802

13. Cui D., Wu Q., Jin F., Xu C., Wang M., Wang Z., Li J., He F., Li J., Wang J. Heterogeneous deformation behaviors of an inertia friction welded Ti2AlNb joint: an in-situ study. Acta Metallurgica Sinica. 2023;36(4):611—622. https://doi.org/10.1007/s40195-022-01477-5

14. Panov D., Naumov S., Stepanov N., Sokolovsky V., Volokitina E., Kashaev N., Ventzke V., Dinse R., Riekehr S., Povolyaeva E., Nochovnaya N., Alekseev E., Zherebtsov S., Salishchev G. Effect of pre-heating and post-weld heat treatment on structure and mechanical properties of laser beam-welded Ti2AlNb-based joints. Intermetallics. 2022;143:107466. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2022.107466

15. Наумов С.В., Панов Д.О., Черниченко Р.С., Соколовский В.С., Волокитина Е.И., Степанов Н.Д., Жеребцов С.В., Алексеев Е.Б., Ночовная Н.А., Салищев Г.А. Структура и механические свойства сварных соединений из сплава на основе орторомбического алюминида титана ВТИ-4, полученных импульсной лазерной сваркой. Известия вузов. Цветная металлургия. 2023;29(2):57—73. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-2-57-73

16. Lei Z., Zhang K, Zhou H., Ni L., Chen Y. A comparative study of microstructure and tensile properties of Ti2AlNb joints prepared by laser welding and laser-additive welding with the addition of filler powder. Journal of Materials Processing Technology. 2018;255:477—487. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.12.044

17. Bu Z., Wu J., Ma X., Li Z., Li J. Microstructure and mechanical properties of electron beam welded joints of Ti2AlNb alloy. Journal of Materials Engineering and Performance. 2022;20:5329—5337. https://doi.org/10.1007/s11665-022-07514-9

18. Li L., Fu P., Zhao T., Tang Z., Mao Z. Effect of preheating on the microstructure evolution and mechanical properties of electron beam welded Ti2AlNb alloy. Journal of Materials Engineering and Performance. 2022;32(8): 3648—3657. https://doi.org/10.1007/s11665-022-07346-7

19. Li Y., Zhao Y., Li Q., Wu A., Zhu R., Wang G. Effects of welding condition on weld shape and distortion in electron beam welded Ti2AlNb alloy joints. Materials & Design. 2017;114:226—233. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.11.083

20. Short A.B. Gas tungsten arc welding of α + β titanium alloys: A review. Materials Science and Technology. 2009;25(3):309—324. https://doi.org/10.1179/174328408X389463

21. Li Z., Cui Y., Yu Z., Liu C. In-situ fabrication of Ti2AlNb-based alloy through double-wire arc additive manufacturing. Journal of Alloys and Compounds. 2021;876: 160021. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160021

22. Щицын Ю.Д., Тыткин Ю.М. Взаимодействие сжатой дуги с полостью кратера при плазменной сварке проникающей дугой. Сварочное производство. 1994;6:32—33.

23. Stefanescu D.M., Ruxanda R. Solidification structures of titanium alloys. In: ASM Handbook Metallography and Microstructures. 2004. P. 116—126. https://doi.org/10.31399/asm.hb.v09.a0003728

24. Wu J. Xu L., Lu Z., Cui Y., Yang R. Preparation of powder metallurgy Ti—22Al—24Nb—0.5Mo alloys and electron beam welding. Acta Metallurgica Sinica. 2016;52(9): 1070—1078. https://doi.org/10.11900/0412.1961.2016.00019

25. Zhang K., Lei Z., Chen Y., Yang K., Bao Y. Heat treatment of laser-additive welded Ti2AlNb joints: Microstructure and tensile properties. Materials Science and Engineering: A. 2019;744:436—444. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.12.058

26. Zhang K., Ni L., Lei Z., Chen Y., Hu X. Microstructure and tensile properties of laser welded dissimilar Ti— 22Al—27Nb and TA15 joints. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016;87:1685—1692. https://doi.org/10.1007/s00170-016-8579-3

27. Wang L., Sun D., Li H., Gu X., Shen C. Microstructures and mechanical properties of a laser-welded joint of Ti3Al—Nb alloy using pure Nb filler metal. Metals. 2018;8(10):785. https://doi.org/10.3390/met8100785

28. Chen X., Xie F.Q., Ma T.J., Li W.Y., Wu X.Q. Effects of post-weld heat treatment on microstructure and mechanical properties of linear friction welded Ti2AlNb alloy. Materials & Design. 2016;94:45—53. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.01.017

29. Chen W., Chen Z.Y., Wu C.C., Li J.W., Tang Z.Y., Wang Q.J. The effect of annealing on microstructure and tensile properties of Ti—22Al—25Nb electron beam weld joint. Intermetallics. 2016;75:8—14. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2016.02.006

30. Jiao X., Kong B., Tao W., Liu G., Ning H. Effects of annealing on microstructure and deformation uniformity of Ti—22Al—24Nb—0.5Mo laser-welded joints. Materials & Design. 2017;130:166—174. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.05.005

31. Lei Z., Zhou H., Chen Y., Zhang K., Li B. A comparative study of deformation behaviors between laserwelded joints and base metal of Ti—22Al—24.5Nb— 0.5Mo alloy. Journal of Materials Engineering and Performance. 2019;28(8):5009—5020. https://doi.org/10.1007/s11665-019-04224-7

32. Lu B., Yin J., Wang Y., Yang R. Gas tungsten arc welding of Ti2AlNb based alloy sheet. In: Proc. 12th World Conf. Titan (China, Beijing, 19—24 June 2011). 2012. Vol. 1. Р. 816—818.


Рецензия

Для цитирования:


Наумов С.В., Панов Д.О., Черниченко Р.С., Соколовский В.С., Салищев Г.А., Алексеев Е.Б., Неулыбин С.Д., Белинин Д.С., Щицын Ю.Д., Лукьянов В.В. Структура и механические свойства сварных соединений из сплава на основе орторомбического алюминида титана, полученных плазменной сваркой проникающей дугой с последующей термической обработкой. Известия вузов. Цветная металлургия. 2024;(2):16-29. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2024-2-16-29

For citation:


Naumov S.V., Panov D.O., Chernichenko R.S., Sokolovsky V.S., Salishchev G.A., Alekseev E.B., Neulybin S.D., Belinin D.S., Shchitsyn Yu.D., Lukianov V.V. Structure and mechanical properties of Ti2AlNb-based alloy welded joints using keyhole plasma arc welding with subsequent heat treatment. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2024;(2):16-29. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2024-2-16-29

Просмотров: 276


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)