Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ВОЛЬФРАМОВЫХ СПЛАВОВ [2]

и др.) наиболее благоприятное влияние на вольфрам оказывает рений: на­ ряду с повышением жаропрочности он улучшает технологическую пластич­ ность и свариваемость, резко снижая Тх [при 26% (по массе) Гх= —200 °С]. Однако сплавы W— Re имеют относительно малую жаропрочность. Для повышения жаропрочности сплавы W—Re легируют дополнительно молибде­ ном. Из двойных сплавов наибольшее применение находят сплавы систем W—Mo, W—Nb, W—Та, которые могут дополнительно легироваться такими элементами, как Zr, Hf, В и С (табл. 31.10).

Вольфрамовые сплавы используются во многих отраслях промышлен­

зуют покрытия из MoSi2 и тугоплавких оксидов и интерметаллических соеди­ нений. Используются и гальванические покрытия из Ni и Сг.

31.2. Свариваемость тугоплавких металлов

Затруднения, возникающие при сварке этих материалов, опре­ деляются прежде всего: 1) высокой химической активностью по отношению к компонентам воздуха при высоких температурах; 2) резким охрупчиванием при насыщении примесями внедре­ ния; 3) склонностью к перегреву, вызывающему рекристалли­ зацию и рост зерна: 4) резким повышением предела текучести с понижением температуры и ростом величины исходного зерна.

31.2.1. Свариваемость циркониевых сплавов

Одной из основных задач при сварке циркониевых сплавов яв­ ляется предотвращение взаимодействия металла шва с актив­ ными газами. Поглощение кислорода и азота приводит к повы­ шению прочности и снижению пластичности сварных соединений (рис. 31.2). Наиболее вредное влияние на швы оказывают азот и водород, содержание которых в сварочной атмосфере не должно превышать 1 • 10-3 % (объемн.) каждого. Количество кислорода может быть значительно большим до 1 % (объемн.). Загрязнение атмосферы парами воды или ацетиленом вызывает

образование сильной пористости, в то время как азот и кисло­ род не оказывают влияния на порообразование. Сплавы типа циркалой мало чувствительны к структурным изменениям в процессе термического цикла сварки и не требуют последую­ щей термической обработки. Сплавы же с 1 % и 2,5 % Zr склонны к образованию закалочных структур. При сварке сплава Zr — 2,5 Nb в металле шва образуется а'-фаза с не­ большим количеством остаточной 0-фазы. Изменение скорости сварки от 0,28—0,56 см/с до 1,12 см/с приводит к изменению состояния а'-фазы: мартенсит скольжения превращается в мар­ тенсит двойникования. Образование этих фаз приводит к повы­ шению прочности с 510 до 760 МПа, снижению ударной вяз­ кости со 160 до 70 Дж/см2 и угла изгиба от 180 до 60—90°.

С целью повышения пластичности сплавов системы Zr—Nb рекомендуется производить последующую термическую обра­ ботку сварных соединений. Оптимальное сочетание прочности (540 МПа) и ударной вязкости (135 Дж/см2) на швах из сплава Zr — 2,5 Nb получается при двухчасовом старении при температуре 580 °С. В металле шва при этом сохраняется двой> никовый мартенсит с граничными выделениями мелкодисперс­

ной p-фазы ниобия. Одновременно снимаются остаточные на­ пряжения.

Наиболее сложной проблемой при сварке циркониевых спла­ вов является обеспечение коррозионной стойкости. На стой­ кость сварных соединений в агрессивных средах, кроме газовых примесей, влияет структурная и фазовая неоднородность [3]. Лучшей стойкостью обладают соединения, фазовый состав ко­ торых близок к равновесному состоянию сплава. Это достига­ ется за счет оптимальных скоростей охлаждения металла при сварке и термомеханической обработке.

Цирконий и сплавы на его основе хорошо свариваются раз­ личными способами сварки давлением. Наибольшее практиче­ ское применение нашла контактная стыковая сварка оплавле­ нием, применяемая в США и Канаде как основной способ сварки ТВЭЛов. При этом процесс длится не более 0,01 с;

врезультате практически нет ЗТВ и отсутствует газонасыщение. Высокое удельное сопротивление в сочетании с низкой теп­ лопроводностью облегчают процессы контактной сварки. Цирко­ ний хорошо сваривается точечной и шовной контактной сваркой при защите зоны сварки аргоном или при проведении процесса

вводе [1]. Как и для титановых сплавов, для соединения спла­ вов циркония весьма перспективна диффузионная сварка в ва­

кууме, обеспечивающая получение равнопрочных соединений (<тв = 580 МПа, 6= 20 %, ф= 20 %), обладающих высокой корро­ зионной стойкостью [9]. Хорошая свариваемость при этом спо­ собе обусловливается полной очисткой соединяемых поверхно­ стей за счет растворения оксидных пленок в матрице основного металла.

По аналогии с титаном следует предположить, что цирконие­ вые сплавы должны хорошо свариваться сваркой трением.

31.2.2. Свариваемость сплавов на основе ниобия, ванадия и тантала

По объему использования в сварных конструкциях первое ме­ сто из тугоплавких металлов VA группы занимает ниобий [1, 2]. Технически чистый ниобий и сплавы его с твердорастворным Упрочнением типа 5ВМЦ хорошо свариваются методами сварки Плавлением. С увеличением толщины свариваемых металлов их свариваемость ухудшается, так как происходит сильный рост зерна в шве и ЗТВ, способствующий охрупчиванию сварных со­ единений. При толщинах более 3 мм предпочтительнее приме­ нять электронно-лучевую сварку. Наиболее стабильны по свой­ ствам сварные соединения из рекристаллизованных металлов, Так как при бварке плавлением деформированного металла не Удается избежать разупрочнения в ЗТВ с характерной для нее крупнокристаллической структурой.