Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

Т А Б Л И Ц А 26.2

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВА

(по массе), при комнатной температуре не превышает 0,1 %, растворимость А1 в Be при температуре 648°С находится на уровне 4—5% (по массе). Таким образом, в жидком состоянии Be и А1 полностью взаимно раство­ римы. В твердом состоянии практически все сплавы этой системы пред­ ставляют собой смесь двух фаз, являющихся при комнатной температуре

струкционных материалов, так как бериллий с подавляющим большинством элементом (за исключением кремния) образует хрупкие интерметаллиды, препятствующие получению более пластичных по сравнению с чистым бе­ риллием сплавов.

А1 — Be сплавы получают как по металлокерамической технологии с ис­ пользованием смесей порошковых компонентов, так и путем сплавления и отливки слитков. Промышленное применение нашли сплавы с дополнитель­ ным легированием алюминиевой матрицы магнием. Такие сплавы обладают

мыми алюминиевыми, магниевыми и титановыми сплавами. Наилучшими свойствами обладают сплавы с содержанием Be 40—45 %. Примером может служить промышленный сплав АБМ-1 (ТУ 95.238—80). Свойства сплава при­ ведены в табл. 26.2.

26.3. Свариваемость бериллия и его сплавов

При сварке бериллия методами плавления возникает ряд труд­ ностей, которые ограничивают области их применения. В связи с хрупкостью бериллия и его высокой химической активностью по отношению к примесям-газам швы весьма склонны к обра­ зованию пор, холодных и горячих трещин. Дополнительные за­ труднения создает большая склонность Be к росту зерен при

нагреве.

Кроме этого, необходимо учитывать, что наиболее высокими свойствами обладает горячепрессованный Be в деформирован­ ном состоянии, а после сварки такого металла в литой зоне свойства основного металла недопустимы низки, особенно по

пластичности. В связи с этим методы сварки плавлением Be преимущественно используют для ненагруженных конструкций,

например для герметизации.

Основные трудности при сварке А1 — Be сплавов возникают в связи с существованием химической неоднородности в зоне термического влияния (рис. 26.1). Наличие ее связано с воз­ никновением под действием термического цикла сварки протяженого (4—6 мм) участка твердо-жидкого состояния материала [3, 4]. В этой зоне происходят как изменения макрообъемов, за­ ключающиеся в увеличении сечения в зоне термического влия­

неоднородность в первую очередь сказывается на циклической прочности.

Предел ограниченной выносливости сварных соединений на базе циклов 106 в 2—3 раза ниже, чем у основного металла, на базе циклов 2*103 это соотношение составляет 1,5—2. Разру­ шение, как правило, инициируется наличием в зоне термиче­

26.4. Технология сварки и свойства соединений

26.4.1. Аргонодуговая и электронно-лучевая сварка бериллия

Дуговую сварку бериллия осуществляют в камерах с контроля руемой атмосферой газов: аргона повышенной чистоты или смеси 50 % Аг и 50 % Не. Перед заполнением газами необхо­

димо создавать разряжение в камере. Наилучшие результаты достигаются на соединениях по отбортовке кромок с проплав­ лением на 1—1,5 мм.

Наименьший размер зерна, а следовательно, и наилучшие свойства получают при электронно-лучевой сварке в вакууме на режимах, обеспечивающих минимальную погонную энергию. Однако и этот метод не дает возможности получать равнопроч­ ные с основным металлом сварные соединения, а тем более близкие с ними по пластичности.

26.4.2. Диффузионная сварка бериллия

Многие сложности сварки плавлением устраняются при ис­

рячепрессованных и выдавленных материалов существует мак­ симум прочности сварных соединений в области температур на­ грева 900—1000 °С.

В табл. 26.3 приведены некоторые результаты диффузион­ ной сварки Be. На оптимальных режимах сварки достигаются свойства соединения, равные свойствам основного металла. Обязательным условием получения качественного соединения является тщательная подготовка соприкасающихся поверхно­ стей, заключающаяся в удалении окисного слоя и снижении пу­ тем полировки шероховатости поверхностей до минимума.

Для сохранения чистоты соединяемой поверхности и умень­ шения влияния поверхностной шероховатости используют про­ межуточную металлическую прослойку. В качестве промежу­ точной прослойки рекомендуется использовать серебро. Так как серебро не образует стабильного оксида, его можно нанести заблаговременно на детали либо электролитически, либо осаж­

стигаются при температуре нагрева 150—200°С и давлении сварки ~ 70 МПа. Толщина прокладок из серебра имеет опти­ мум в диапазоне 15—50 мкм. Для более толстых прослоек проч­ ность при растяжении непосредственно связана со свойствами серебра. Когда толщина прослойки уменьшается, прочность при растяжении этих соединений увеличивается из-за сдержи­ вания пластического течения. Для очень тонких промежуточных слоев на площади контакта начинают сказываться чистота и гладкость поверхности, поэтому прочность при растяжении су­ щественно снижается.

Используя промежуточные прокладки, осуществляют диф­ фузионную сварку Be со сталью и Ti.

26.4.3. Аргонодуговая и электронно-лучевая сварка сплавов

Алюминиево-бериллиевые сплавы толщиной до 3 мм свари­ ваются обычно аргонодуговой сваркой. Существует достаточно узкий диапазон скоростей сварки (18—24 м/ч), соответствую­ щий оптимальному сочетанию благоприятных условий формиро­ вания шва с удовлетворительными механическими свойствами и минимальной химической неоднородностью по Be в зоне тер­ мического влияния.

Для соединения А1—Be сплавов толщиной более 5 мм эф­ фективно применение метода электронно-лучевой сварки. Каче­ ство формирования шва и свойства сварных соединений в зна­ чительной степени зависят от плотности мощности электронного луча и состава свариваемого сплава.

При низких уровнях плотности мощности, обеспечивающих проплавление на уровне 2—3 мм, практически на всех сплавах удается получить удовлетворительное формирование шва. При увеличении плотности мощности и соответственно глубины про­ плавления на большой группе сплавов наблюдается ухудшение формирования шва, заключающиеся в выбросе жидкого ме­ талла из сварочной ванны на кромки свариваемых пластин, что приводит к образованию специфического дефекта в виде про­ дольной полости или «реза».

Причиной появления подобных дефектов является перегрев содержащегося в сплаве магния выше точки кипения. Подоб­ ный перегрев приводит к объемному парообразованию, вскипа­ нию и выбросу расплава. Наличие Be в сплаве при кристалли­ зации резко повышает его вязкость, что затрудняет формиро­ вание шва [5].

Подобные процессы происходят не на всех А1—Be—Mg сплавах, а только на тех, у которых не соблюдается критиче­