20. Прочность (кгс/мм=) сварных соединений из сплава ХН60ВТ после старения при различных способах сварки

Свар;а

Аргонодуговая Шовная . . . Точечная . .

Аргонодуговая Шовная . . .

Температура испытания, °С

Примечание Режим старения: 800 С, 2 ч; охлаждение на воздухе.

Список литературы

1. Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М., Машиностроение , 1976. 252 с.

2. Медовар Б. И. Сварка жаропрочных аустеннттлх стале;! н сплавов. М., Машиностроение , 196G. -4 31 с.

3. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. М., Металлургия , 1964. 350 с.

Глава 13

СВАРКА ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

К тугоплавким относят металлы с температурой плавления выше, чем температура плавления железа (1535° С). За исключением титана все тугоплавкие металлы относятся к редким элементам. Однако их применение в технике быстро расширяется в связи с ценными свойствами, основные из которых приведены в табл. 1 [10, 13, 21, 25]. Наиболее тугоплавкими являются вольфрам, рений, тантал и осмий. В качестве жаропрочных наибольшее применение имеют сплавы на основе ниобия, тантала, молибдена, вольфрама.

Показателями свариваемости тугоплавких металлов являются: а) активность по отношению к атмосферным газам как в расплавленном, так и в твердом состояниях при повышенных температурах; б) сопротивляемость образованию технологических трещин и трещин замедленного разрушения; в) чувствительность к теплофизическому воздействию сварочного процесса, которая определяется, склонностью к росту зерна, протеканием структурных и фазовых превращений при охлаждении и старении, неоднородностью свойств соединения; г) чувствительность к образованию пор; д) соответствие свойств сварных соединений эксплуатационным требованиям.

Свариваемость тугоплавких металлов определяется: а) химической активностью; б) растворимостью примесей внедрения и чувствительностью к ним; в) типом кристаллической решетки, полиморфизмом; г) типом и степенью легирования; д) теплофизическими свойствами.

Химическая активность тугоплавких металлов характеризуется физико-химическими свойствами, приведенными в табл. 1. Химическая активность в целом уменьшается от IV к VIII группе. Все тугоплавкие металлы при повышенных температурах, характерных для сварки плавлением, активно взаимодействуют с атмосферными газами и другими окислителями (рис. 1), являющимися примесями внедрения, которые резко ухудшают пластические свойства и большинство технологических характеристик (деформируемость в холодном и горячем состоянии, обрабатываемость резанием и особенно свариваемость). Взаимодействие тугоплавких металлов с газами происходит путем адсорбции и хемосорбции газа, растворения и диффузии газа в металле, образования продуктов взаимодействия. Закономерности окисления тугоплавких металлов - изменение ско рости окисления в зависимости от времени, фазовый состав и структура образующихся на их поверхности оксидных пленок, а также развитие процессов насыщения поверхностных слоев определяются физико-химическими свойствами металла и температурой (табл. 2) [10, 13, 21].

Логарифмические и параболические закономерности характеризуют окисление с замедляющейся скоростью и образованием защитных пленок. Линейная зависимость характерна для окисления, протекающего с постоянной скоростью, приводящей к химической коррозии металла, насыщению его кислородом и охрупчиванию. Защитные пленки при взаимодействии с кислородом образуются только при относительно низких температурах. Металлы IV и V групп обладают наиболее высокой химической активностью и реагируют активно с окружающей средой, образуя оксиды, гидриды, нитриды, карбиды, бориды, силициды. Металлы VI группы менее активны, чем металлы других групп, однако, особенно при высоких температурах, они реагируют со всеми элементами-окислителями. Рений (металл

10 п/р. Акулова А. И., т. 2

1. Свойства тугоплавких металлов

Свойства

Группа периодн

Атомные, физико-химические, кристаллографические

Атомный номер ...........

Атомная масса ............

Атомный радиус, А.........

Строение внешнего электронного уровня ...............

Потенциал ионизации, В ......

Стандартный электродный потенциал, В ..............

Кристаллическая структура .....

Поперечное сечение захвата нейтронов, барн..............

Плотность, г/см...........

Термические, электрические Температура, °С:

плавления ............

кипения .............

Удельная теплота, кал/г;

плавления ............

Испарения ............

Удельная теплоемкость при 20° С.ХЮ, кал/(г.°С).......

Коэффициент теплопроводности, ХЮ, кал/(см-с-°С) ........

Коэффициент линейного расширения, X10 1/°С ..........

Удельное электросопротивление, мкОМ - см.............

Упругие, механические

Модуль нормальной упругости, Х10-3, кгс/мм...........

Модуль сдвига, хЮ-з, кгс/мм . . .

Коэффициент Пуассона .......

Предел, кгс/мм:

прочности ............

текучести .............

Относительное удлинение, % . . . .

Поперечное сужение, %.......

Твердость HV............

22 47,9 1,46

-1.75 а-ГПУ

Р-оцк

5,8 4,5

1668 3260

2350

129 41 8,15 45

11,2 3,94 0,34

25 12 55 75

40 91,2 1,60

-1,5 а-ГПУ

3-оцк

0.18 6,5

1852 3700

60,3 1360

5,85

41,1

8,96 3,33 0,35

22 8

45 67

178,5 1,58

-1,7

а-ГПУ Р-ОЦК

115 13,1

2222 5400

29,1 885

35,1

14,1 5,4

45 29 40 40 160

23 50,9 1,31

dH 6,8

-1,5

4,9S 6,1

1900 3400

82,5 2150

10,6 24,8

13,5 4,45 0,36

20 И 40 75 57

92,9 1,43

d4 6,8

-1,1 ОЦК

1,15 8,0

2408 4927

65 1782

12,7

10,5 3,82 0,39

25 19 60 80 87

ческой системы элементов

VII группы) обладает пониженной активностью по сравнению с предыдущими металлами, однако отсутствие пассивирующихся поверхностных слоев делает его достаточно активным и взаимодействующим с окружающей средой. Химическая активность тугоплавких металлов VIII группы значительно ниже. Чем у металлов IV, V и VII групп.

2. Предельная растворимость примесей внедрения, температура взаимодействия с примесями и закономерности окисления тугоплавких металлов

завио примесей внедрения на свойства тугоплавких металлов ской п ° предельной растворимости в металле (рис. 2), типа кристалличе-тем характера образующихся соединений; чем меньше растворимость, внедоениТ яние. Резкое охрупчивание металлов, вызываемое примесями нитридов г прежде всего с выделением их в виде соединений (оксидов, дельной oar Р) границам зерен при содержании больше пре-

растворимости. Примеси внедрения, находящиеся в твердом растворе,

Обилие сведения

ухудшакуг пластические свойства тугоплавких металлов, главным образом из-за торможения движения дислокаций и уменьшения сопротивляемости образованию и развитию трещин.

Наиболее чувствительны к охрупчиванию мономорфные металлы V и VI групп, имеющие объемно-центрированную кубическую решетку. Характерной особенностью этих металлов является их хладноломкость, т. е. переход из пластичного состояния в хрупкое в некотором интервале температур (за исключением тантала) (рис. 3, 4).

§ I

0* 10

то то то 8оо о

I 10-

Рис. 1. Скорость окисления тугоплавких металлов при различных температурах (по данным Р. Джаффи) [13]

10 кг* 10 10- 10 1 10 Растворимость, % по массе

Рис. 2. Максимальная растворимость примесей внедрения в тугоплавких металлах (по данным Г. Т. Хана и др.) [13]

Металлы высокой чистоты сохраняют высокие пластические свойства. Наибольшей хладноломкостью, т. е. высокой температурой перехода в хрупкое состояние, обладают металлы VI группы, особенно вольфрам, в связи с исчезающе малой растворимостью примесей внедрения, которая почти на три порядка меньше, чем у элементов V группы (см. рис. 2). Даже рафинированные металлы VI группы являются, по-видимому, по отношению к примесям внедрения пересыщенными твердыми растворами или двухфазными. Для металлов V группы по степени влияния на возникновение хрупкости примеси внедрения располагаются в следующем порядке: водород, азот, кислород, углерод; для металлов VI группы: углерод, кислород, азот, водород. Из тугоплавких металлов хладноломкими являются также рутений и осмий, имеющие гексагональную плотноупакованиую решетку,

На свариваемость сплавов на основе тугоплавких металлов влияет состав сплавов и содержание легирующих элементов.

Имеются несколько основных путей получения качественных сварных соединении.

1. Высокая чистота исходных материалов (основного и присадочного металла, защитных материалов), обеспечивающая минимально допустимое содер-