СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ ЛИСТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2011 года по МПК B23K103/14 C22F1/18 

Изобретение относится к машиностроению и авиастроению и может быть использовано при изготовлении сварных деталей из титановых сплавов, преимущественно α-, псевдоα- и мартенситного типа.

Известен способ изготовления сварных листовых изделий из титановых сплавов, включающий сварку (скорость охлаждения околошовной зоны не регламентируется) и последующий полный отжиг (см. Технология производства титановых самолетных конструкций / А.Г.Братухин, Б.А.Колачев, В.В.Садков и др. М.: Машиностроение, 1995. С.79-80 - прототип).

Недостатком способа является невысокая циклическая долговечность листовых сварных соединений из титановых сплавов.

Задачей изобретения является повышение циклической долговечности сварных листовых изделий из титановых сплавов.

Технический результат - повышение циклической долговечности сварных листовых изделий из титановых сплавов.

Достигается технический результат тем, что в способе изготовления сварных листовых изделий из титановых сплавов, включающем сварку и отжиг, сварку производят в один проход со скоростью охлаждения металла зоны термического влияния в интервале температур от Т_α+β→β до Т_нр (Т_α+β→β - температура завершения полиморфного превращения, Т_нр - температура начала рекристаллизации), определяемой по формуле

V_охл=K·(50…130)°С/с,

где К - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства металла, К=0,8…1,5,

а температуру отжига Т_отж определяют по формуле

Т_отж=V_охл·К₁+370,

где K₁ - коэффициент, зависящий от уровня легированности и прочности металла, K₁=0,1…1,5.

При V_охл=K·(50…130) в структуре металла зоны термического влияния фиксируется достаточное содержание метастабильных β- и α'-фаз, распад которых при последующем отжиге обеспечивает оптимальное сочетание прочности и пластичности и высокую циклическую долговечность сварного соединения.

При V_охл>130К в связи с высокими скоростями сварки формируются недопустимые подрезы шва, приводящие к низким механическим свойствам и пониженной циклической долговечности сварного соединения.

При V_охл<50К в структуре металла зоны термического влияния фиксируется недостаточное содержание метастабильных β- и α'-фаз, в связи с чем при последующем отжиге металл имеет заниженную прочность и повышенную пластичность, что приводит к недостаточно высокой циклической долговечности сварного соединения.

При Т_отж=V_охл·K₁+370 достигается оптимальный эффект дисперсионного упрочнения зоны термического влияния при распаде метастабильных β- и α'-фаз, зафиксированных в процессе сварки, что обеспечивает высокую циклическую долговечность сварного соединения.

При Т_отж>V_охл·K₁+370 происходит коагуляция дисперсных выделений в зоне термического влияния, снижается эффект дисперсионного упрочнения и уменьшается циклическая долговечность сварных соединений.

При Т_отж<V_охл·K₁+370 температуры недостаточно для выделения дисперсных частиц, эффект дисперсионного твердения достигается не в полной мере и, соответственно, снижается циклическая долговечность сварного соединения.

Известных решений, содержащих отличительные признаки, не обнаружено.

Примеры конкретного выполнения

Автоматической аргоно-дуговой сваркой с местной защитой сварного шва сваривали пластины толщиной 0,8 мм из титановых сплавов ВТ1-00, ОТ4-1 и ВТ20. Далее пластины раскраивали и изготавливали усталостные образцы, которые отжигали на воздухе при различных температурах в течение 1 ч.

Для указанных выше титановых сплавов экспериментально установленные коэффициенты равны:

Коэффициент Марка титанового сплава   ВТ1-00 ОТ4-1 ВТ20 K 0,8 1,2 1,5 K₁ 0,1 0,75 1,5

Для прототипов скорость охлаждения околошовной зоны выбрали равной V_охл=90°С/с, что соответствует режиму сварки с формированием шва согласно требованиям производственной инструкции, а температуру отжига Т_отж сплавов ВТ1-00, ОТ4-1 и ВТ20 взяли равной соответственно 590, 650 и 700°С (см. табл.3.5 в кн.: Технология производства титановых самолетных конструкций / А.Г.Братухин, Б.А.Колачев, В.В.Садков и др. М., Машиностроение, 1995. С.80).

Образцы испытывали на повторно-статическое растяжение при частоте f=0,7 Гц, коэффициенте асимметрии цикла R=+0,1. Максимальные напряжения цикла σ_max составляли для сплавов ВТ1-00, ОТ4-1 и ВТ20 соответственно 300, 560 и 820 МПа.

Результаты испытания образцов сведены в таблицу.

Таким образом, наибольшую циклическую долговечность имели образцы, обработанные по предлагаемому способу. Экономический эффект заключается в повышении срока эксплуатации изделий из дорогостоящих титановых сплавов.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к способу изготовления сварных листовых изделий из титановых сплавов и может быть использовано в машиностроении, в частности в авиастроении при производстве самолетных конструкций из титановых сплавов. Сварку производят в один проход со скоростью охлаждения металла зоны термического влияния в интервале температур от Т_α+β→β до Т_нр, определяемой по формуле V_охл=К·(50…130)°С/с, где Т_α+β→β - температура полиморфного превращения; Т_нр - температура начала рекристаллизации; К - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства металла, К=0,8…1,5. Температуру отжига Т_отж определяют по формуле Т_отж=V_охл·К₁+370, где K₁ - коэффициент, зависящий от уровня легированности и прочности металла, K₁=0,1…1,5. Повышается срок эксплуатации изделий из дорогостоящих титановых сплавов. 1 табл.

Способ изготовления сварных листовых изделий из титановых сплавов, включающий сварку и отжиг, отличающийся тем, что сварку производят в один проход со скоростью охлаждения металла зоны термического влияния в интервале температур от T_α+β→β до Т_нр, определяемой по формуле
V_oxл=K·(50…130),°C/c,
где Т_α+β→β - температура полиморфного превращения;
Т_нр - температура начала рекристаллизации;
К - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства металла, К=0,8…1,5,
а температуру отжига Т_отж определяют по формуле
T_отж=V_охл·K₁+370,
где K₁ - коэффициент, зависящий от уровня легированности и прочности металла, K₁=0,1…1,5.