Влияние состава и ширины переходной зоны диффузионного соединения 12Х18Н10Т + 10880 на эксплуатационные свойства магнитопроводов

Секция

«СВАРКА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ»

УДК 621.791.4

А. В. Бочарникова, А. В. Дудуков, Е. С. Егорова Научный руководитель - Л. Г.Семичева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И ШИРИНЫ ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЫ ДИФФУЗИОННОГО СОЕДИНЕНИЯ 12Х18Н10Т + 10880 НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА МАГНИТОПРОВОДОВ

Металлографические и микрорентгеноспектральные исследования переходной зоны диффузионного соединения 12Х18Н10Т + 10880 и установление зависимости ширины переходной зоны от параметров процесса диффузионной сварки.

Целью работы является изучение влияния состава и ширины переходной зоны диффузионного соединения 12Х18Н10Т + 10880 на прочностные и магнитные свойства магнитопроводов. Для исследования переходной зоны проводились металлографические и микрорентгеноспектральные исследования. От каждой партии сваренных заготовок изготавливались шлифы перпендикулярно плоскости сварки. Образцы для изучения микроструктуры имели полуцилиндрическую форму. Микроструктура исследовалась на оптических микроскопах МИМ-7 и МБИ-6.

Из-за различия химического состава соединяемых металлов и полученной переходной зоны для выявления структуры трудно подобрать универсальный химический травитель, поэтому, впервые при исследовании структуры переходной зоны соединений разнородных металлов применено вакуумное травление. Суть способа заключается в том, что при нагреве в вакууме на полированной поверхности образца вследствие селективного испарения появляется рельеф, отображающий границы зерен или другие неоднородности в пределах поликристаллического образца или зерна. Нижний предел температур, при котором выявляются границы зерен, составляют половину температуры плавления металла или сплава. Этот предел колеблется довольно значительно и зависит от соотношения упругости паров исследуемого объекта и остаточного давления в рабочей камере. Процесс может протекать при условии, если давление в камере меньше упругости пара металла исследуемого образца.

Режим вакуумного травления осуществляли следующим образом: шлифы помещали в контейнер, изготовленный из легированной стали 12Х18Н10Т; контейнер герметично закрывали, после чего в нем создавалось разрежение 0,04 МПа. Затем контейнер помещали в печь типа КИПС-10, нагревали до заданной температуры и выдерживали необходимое время. Контроль температуры осуществляли автоматическим потециометром КСП-3 и термопарой ХА68. После заданной выдержки образцы в вакууме охлаждались до нормальной температуры.

Найдены следующие оптимальные режимы вакуумного травления переходной зоны для соединения 10880+12Х18Н10Т - температура нагрева ТН = 973 К, время t = 6 часов.

При металлографическом исследовании установлено, что в соединениях 10880+12Х18Н10Т выявляется промежуточная структура шириной (Х), ширина которой зависит от таких параметров процесса сварки, как температура сварки Т, давления Р и времени сварки t.

Установлено, что с увеличением ширины (Х) промежуточной структуры прочность сварного соединения повышается и при определенных значениях (Х), становится равной прочности основного металла. На основе полученных экспериментальных данных определили зависимость ширины переходной зоны (Х) от времени (0 и температуры (Т) сварки:

Х = 2,64 х 105 х е(-3,2х10/жт) х ^/2,

где Я - газовая постоянная, равная 8,32 Дж/г-атом; Т -абсолютная температура процесса; t - время сварки.

По уравнению можно рассчитывать оптимальные температуры и длительность сварки для получения требуемой величины (Х), значения которой определяются ее структурой.

Как показали исследования, при сварке на оптимальных режимах ширина переходной зоны достигает 12...15 мкм, а прочность соединения достигает 350...400 МПа.

Состав переходной зоны изучали с помощью микрорентгеноспектрального анализа на микроанализаторе «Сатеса». Переходная зона изучалась на образцах, представляющих собой куб с ребром не более 5 мм. Исследовалось изменение химического состава в соединении свариваемых металлов по линии, перпендикулярной переходной зоне.

Микрорентгеноспектральный анализ показал, что увеличение переходной зоны происходит за счет взаимного диффузии легирующих элементов, хром диффундирует в сталь 10880 на глубину 8 мкм, титан на 3 мкм.

Содержание железа в стали 12Х18Н10Т возрастает с 68 до 85 % на глубине 8 мкм от границы

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

соединения. Наибольшей диффузионной подвижностью из основных легирующих элементов обладает хром, который вследствие большого градиента по концентрации диффундирует в сталь 10880. В наших условиях при имеющихся концентрациях легирующих элементов образуются твердые растворы внедрения и замещения.

Параметры режима сварки оказывают влияние и на магнитные свойства узлов, которые характеризуются величиной коэрцитивной силы. В свою очередь величина коэрцитивной силы зависит от величины зерна электротехнической стали. Проведенные исследования позволили установить, что на величину зерна существенное влияние оказывает скорость охлаждения. Для получения требуемой коэрцитивной силы скорость охлаждения должна быть минимальной.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Эксплуатационные свойства магнитопроводов определяются величиной и структурой переходной зоны соединения 10880 + 12Х18Н10Т.

2. Переходная зона из твердых растворов образуется в результате взаимной диффузии Сг и N1 в сталь 10880 и увеличения содержания Бе в стали 12Х18Н10Т до 85 %.

3. Требуемые магнитные свойства стали 10880 обеспечиваются низкой скоростью охлаждения в процессе ДСВ.

4. На оптимальных режимах диффузионной сварки предел прочности соединения 10880 + 12Х18Н10Т сВ > 450 МПа, коэрцитивная сила НС < 0,75 • 79,6 А/м, что отвечает требованиям, предъявляемым к магнитопроводам.

© Бочарникова А. В., Дудуков А. В., Егорова Е. С.. Семичева Л. Г.. 2010

УДК 621.798.1-034

А. Ш. Герюков1, В. В. Богданов2, Е. А. Клипов1, П. С. Шабанов2

Научный руководитель - С. Н. Козловский2 :ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Красноярск 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ГЕНЕРАЦИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В МЕТАЛЛАХ ИМПУЛЬСНЫМИ

ПУЧКАМИ ЭЛЕКТРОНОВ

Рассмотрены особенности генерации акустических волн в металлах. Предложен метод возбуждения ультразвуковых колебаний. Описаны его возможности применения в неразрушающей дефектоскопии.

В последнее время появился ряд специальных задач неразрушающего контроля, связанных с особыми условиями производства и требующих бесконтактного ввода ультразвуковых (УЗ) колебаний в контролируемые изделия. Одним из методов, достаточно эффективно решающим эту проблему, является радиационный метод, основанный на акустическом эффекте импульсных пучков заряженных частиц и обеспечивающий бесконтактное, дистанционное возбуждение УЗ колебаний практически в любых материалах и изделиях любой формы [1].

В общем случае эффект возбуждения акустических волн при взаимодействии импульсных пучков заряженных частиц о веществом конденсированных сред определяется тремя механизмами - термоупругим, динамическим и черенковским [2]. При этом основной вклад вносит термоупругий механизм, а вклада динамического и черенковского незначительны и составляют соответственно 10-5 и 10-9 от термоупругого.

Термоупругий механизм возбуждения акустических волн определяется ионизационными потерями энергий частицами пучка в материале, что приводит к формированию в зона взаимодействия области повышенной температуры и связанного с ней поля нестационарных термоупругих механических напряжений. При длительностях импульса тока ускорителя заряженных частиц, например электронов,

удовлетворяющих условию т0 << /02 / 4 х (10 - глубина проникновения заряженных частиц в материал мишени; я - коэффициент температуропроводности), разгрузка термоупругих напряжений идет путем излучения из зоны взаимодействия импульса акустических волн. При длительности импульса облучения, не удовлетворяющей данное условию, коэффициент преобразования энергии частиц пучка в акустическую энергию незначителен и в облучаемом материале возникал [1] квазистационарные механические напряжения, не приводящие к формированию акустических импульсов.

В том случае, когда длительность импульса тока ускорителя удовлетворяет условию т0 < так, где так -время пробега продольной акустической волной расстояния, равного длине пробега заряженных частиц в вещество мишени, форма акустического импульса определяется пространственным распределением плотности поглощенной энергии, а его длительность с высокой степенью точности равна ¡0/8г (£е - скорость звуковых волк в материале). Напротив, при т0 >> так, (ионное и лазерное облучение металлов) длительность генерируемого акустического сигнала и его форма практически совпадают с импульсом тока ускорителя заряженных частиц.

Экспериментальные исследования по возбуждению УЗ колебаний в твердых телах были проведены