24.3.3. Коррозионная стойкость, сварных соединений
В табл. 24.7 приведена общая оценка коррозионной стойкости основного металла и сварных соединений серийных алюминие вых сплавов. Приведенные данные следует рассматривать как ориентировочные, ибо отдельные виды полуфабрикатов, их тех нология изготовления, а также условия эксплуатации могут су щественно оказать влияние на их коррозионную стойкость. Так, например, нагартовка сплава АМгб перед сваркой приводит к уменьшению сопротивляемости межкристаллитной коррозии, особенно в загрязненной атмосфере и морской среде. Для за щиты от коррозии рекомендуются анодно-оксидные, химические и лакокрасочные покрытия.
Г л а в а 25. ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ (Шиганов И. Н.)
25.1. Основные марки сплавов титана и их свойства
Металл Ti относится к четвертой группе периодической системы элементов. Атомный номер 22, атомная масса 47,9. Титан имеет две аллотропические модификации: низкотемпературную а с гексагональной плотноупакованной решеткой, существующую при температурных ниже 882 °С, и высокотемпе ратурную Р с объемноцентрированной кубической решеткой, существующей при температурах вплоть до точки плавления. Температура полиморфного превращения титана а ^ Р в равновесных условиях равна 882,5 °С [1].
При рассмотрении вопросов свариваемости Ti необходимо учитывать следующие особенности его физических свойств. Титан обладает весьма вы
сокой |
температурой |
плавления (1668 °С) и |
кипения |
(3260°С). Скрытая |
|
теплота плавления, |
а также испарения Ti |
почти в два раза |
больше, чем |
||
у Fe, |
поэтому расплавление Ti требует больших затрат |
энергии. |
По удель |
||
ной теплоемкости Ti занимает промежуточное место между А1 и ре. Поскольку значение коэффициента теплопроводности Ti в четыре раза
меньше, чем для Fe, и в 13 раз меньше, чем для А1, при сварке Ti, во-пер вых, меньше потерь энергии, чем при сварке стали, а, во-вторых, осуществля ется весьма концентрированный нагрев при значительном градиенте темпе ратур. В отдельных случаях это может привести к заметному возрастанию внутренних напряжений, что необходимо учитывать при выборе оптималь ных режимов сварки конструкций из Ti.
Высокое электросопротивление Ti, превосходящее значение такого же показателя для железа почти в, 6 раз, а для алюминия — более чем в 20 раз, необходимо учитывать, например, при выборе контактирующих устройств для сварки плавлением с использованием присадочной проволоки.
Механические свойства технически чистого Ti невысоки (табл. 25.1) и повышаются в основном за счет легирования.
В химическом отношении Ti — весьма активный металл при высоких температурах, особенно в расплавленном состоянии. При комнатной темпе ратуре устойчив против окисления. Титан обладает высоким сопротивле нием коррозии во многих агрессивных средах. Преимущество его перед другими коррозионностойкими материалами в практически полном отсут ствии язвенной и межзеренной коррозии.
Наиболее широко сплавы титана используются в сварных конструкциях Легирующие элементы в значительной степени влияют на темП0РатУРУ
|
|
|
Механические |
|
|
|
|
Марка |
Средний |
свойства |
|
Примечание |
|
Сплавы |
|
|
||||
сплава |
химический |
|
|
|||
|
|
состав, % |
ов, МПа |
6, % |
|
|
|
|
|
|
|
||
а + р |
ВТ16 |
1 ,8 -3 ,8 А1; |
834—932 |
8 |
ГОСТ |
19807-74 |
|
|
4 ,5 -5 ,5 Мо; |
|
|
|
|
|
В22 |
4,0—5,5 V |
1079— 1226 |
8 |
ГОСТ |
19807—74 |
|
2,3—3,6 А1; |
|||||
|
|
4,0—5,5 Мо; |
|
|
|
|
|
|
4,0—5,5 V; |
|
|
|
|
|
|
0,5—2,0 Сг; |
|
|
|
|
|
ВТ23 |
0,5— 1,5 Fe |
|
|
|
|
|
4.5 А1; 2,0 Мо; |
1370 |
5 |
ГОСТ |
19807-74 |
|
|
|
4.5 V; 0,6 Fe; |
||||
|
|
1 Сг |
|
|
|
|
|
ВТ15 |
2 ,3 -3 ,6 А1; |
1270— 1470 |
3 |
ОСТ 1.90013-71 |
|
Псевдо- |
|
6,8—8,0 Мо; |
|
|
|
|
|
9,5— 11,5 Сг |
|
|
|
|
|
Р-сплавы |
ТС6 |
3.0 А1; 5,0 Мо; |
1370— 1470 |
4 |
ОСТ 1.90013-71 |
|
|
|
6.0 V; 11,0 Сг |
|
|
|
|
|
4201 |
31—35 Мо |
834—883 |
16 |
ГОСТ |
19807-74 |
полиморфного превращения, растворимость, стабилизацию той или иной фазы. Существуют следующие группы легирующих элементов:
1) а-стабилизаторы, повышающие температуру а-^Р-превращения, значи тельно растворяющиеся в a -фазе и незначительно в p-фазе, основным ле гирующим элементом является алюминий;
2) |
Р-стабилизаторы, |
делящиеся |
на две основные группы: изоморфные — |
||
неограниченно растворяющиеся в P-фазе (V, |
Nb, Та, Mo, |
W) и эвтектоидо- |
|||
образующие, обладающие |
большей, |
но |
ограниченной |
растворимостью |
|
в p-фазе, чем в ц-фазе (Мп, |
Fe, Сг, Со, |
Ni, Си, Si и др.). |
|
||
В зависимости от структуры в нормализованном состоянии титановые |
|||||
сплавы |
подразделяются на следующие классы: |
|
|
||
1)а-сплавы, структура представлена а-фазой;
2)а+р-сплавы, структура представлена а- и р-фазами;
3)Р-сплавы, структура которых представлена механически стабильной Р-фазой.
Существует также два переходных класса: а) псевдо-а-сплавы, струк тура которых состоит из a -фазы и небольшого количества P-фазы (не бо лее 5 %); б) псевдо-р-сплавы, структура которых представлена метастабильной Р-фазой и небольшим количеством а-фазы.
Основные сведения по титановым сплавам представлены в табл. 25.1. Механические свойства, структура титана и его сплавов зависят от
примесей, содержание которых |
ограничивается следующими пределами, % |
||||||
(по массе): |
0 2< 0,15—0,2; |
N2<0,05; |
Н г<0,006—0,01; |
С <0,1; |
Fe<0,25—0,3; |
||
Si<0,15; сумма прочих примесей не должна превышать 0,3 %. |
|
||||||
Наиболее |
существенно |
влияние |
примесей внедрения (О2, |
N2, С, |
И2). |
||
Кислород снижает пластические |
свойства в области |
малых |
концентраций |
||||
(до 0,1% ); в интервале |
концентраций 0,1—0,5 % он относительно |
мало |
|||||
влияет на пластичность, но |
при |
больших содержаниях |
(> 0,7% ) титан |
пол |
|||
ностью теряет способность к пластическому деформированию. Азот полностью
охрупчивает титан при содержании более 0,2% . Водород — вредная примесь в титановых сплавах, приводящая к охрупчиванию.
Перед сваркой с поверхности титана необходимо убирать газонасы щенную пленку, иначе на поверхности может остаться альфированный слой. Сохранение такого слоя недопустимо, так как переход газов из слоя в шов вызывает его охрупчивание.
25.2. Свариваемость
25.2.1. Показатели свариваемости
Обязательным условием получения качественного сварного со единения является надежная защита от газов атмосферы. Насы щение металла шва кислородом, азотом и водородом происхо дит при температурах более 350 °С. Это резко снижает пластич ность и длительную прочность сварных конструкций. Сварку не обходимо производить в среде защитных газов (аргона или гелия) высокой частоты, под специальными флюсами или в ва кууме. Защитные средства должны обеспечивать защиту зоны сварки, ограниченной изотермой более 350 °С. Необходимо также тщательно защищать и обратную сторону шва даже в том слу чае, если слои металла не расплавлялись, а только нагревались выше этой температуры.
Чувствительность к сварочному термическому циклу выра жается в протекании полиморфного превращения а ^ р , в резком росте размеров зерна p-фазы и перегреве на стадии нагрева, в образовании хрупких фаз при охлаждении и старении, неодно родности свойств сварных соединений, зависящих от химиче ского и фазового состава сплава. Перегрев шва и околошовной зоны связан с низкой теплопроводностью титана. Устранить указанные трудности удается применением оптимальных режи мов сварки, которые выражаются в снижении погонной энергии для <*- и псевдо- а-сплааов и в увеличении погонной энергии для а+р-сплавов [2].
Положительные результаты дает применение концентриро ванных источников энергии (лазерный и электронный лучи).
Тйтан и его сплавы не склонны к образованию кристаллиза ционных (горячих) трещин в металле шва. Наиболее распро страненными дефектами являются поры и холодные трещины. ПорЫ в сварных соединениях чаще всего располагаются в виде цепочки по зоне сплавления. Они снижают статическую и дина мическую прочность соединений. Образование пор может быть связано с попаданием водорода в шов вместе с адсорбирован ной влагой на присадочной проволоке, флюсе, кромках свари ваемых изделий или из атмосферы при нарушении защиты. Для получения беспористых швов необходимо обеспечить требуемую чистоту основного металла и сварочных материалов, сварку