СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ ЛИСТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF PRODUCING WELDED SHEET ARTICLES FROM TITANIUM ALLOYS

Изобретение относится к машиностроению и авиастроению и может быть использовано при изготовлении сварных деталей из титановых сплавов, преимущественно α-, псевдоα- и мартенситного типа.
Известен способ изготовления сварных листовых изделий из титановых сплавов, включающий сварку (скорость охлаждения околошовной зоны не регламентируется) и последующий полный отжиг (см. Технология производства титановых самолетных конструкций / А.Г.Братухин, Б.А.Колачев, В.В.Садков и др. М.: Машиностроение, 1995. С.79-80 - прототип).
Недостатком способа является невысокая циклическая долговечность листовых сварных соединений из титановых сплавов.
Задачей изобретения является повышение циклической долговечности сварных листовых изделий из титановых сплавов.
Технический результат - повышение циклической долговечности сварных листовых изделий из титановых сплавов.
α+β→β
нр
α+β→β
нр
Достигается технический результат тем, что в способе изготовления сварных листовых изделий из титановых сплавов, включающем сварку и отжиг, сварку производят в один проход со скоростью охлаждения металла зоны термического влияния в интервале температур от Т до Т (Т - температура завершения полиморфного превращения, Т - температура начала рекристаллизации), определяемой по формуле
охл
V=K·(50…130)°С/с,
где К - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства металла, К=0,8…1,5,
отж
а температуру отжига Т определяют по формуле
отж
охл
1
Т=V·К+370,
1
1
где K - коэффициент, зависящий от уровня легированности и прочности металла, K=0,1…1,5.
охл
При V=K·(50…130) в структуре металла зоны термического влияния фиксируется достаточное содержание метастабильных β- и α'-фаз, распад которых при последующем отжиге обеспечивает оптимальное сочетание прочности и пластичности и высокую циклическую долговечность сварного соединения.
охл
При V>130К в связи с высокими скоростями сварки формируются недопустимые подрезы шва, приводящие к низким механическим свойствам и пониженной циклической долговечности сварного соединения.
охл
При V<50К в структуре металла зоны термического влияния фиксируется недостаточное содержание метастабильных β- и α'-фаз, в связи с чем при последующем отжиге металл имеет заниженную прочность и повышенную пластичность, что приводит к недостаточно высокой циклической долговечности сварного соединения.
отж
охл
1
При Т=V·K+370 достигается оптимальный эффект дисперсионного упрочнения зоны термического влияния при распаде метастабильных β- и α'-фаз, зафиксированных в процессе сварки, что обеспечивает высокую циклическую долговечность сварного соединения.
отж
охл
1
При Т>V·K+370 происходит коагуляция дисперсных выделений в зоне термического влияния, снижается эффект дисперсионного упрочнения и уменьшается циклическая долговечность сварных соединений.
отж
охл
1
При Т<V·K+370 температуры недостаточно для выделения дисперсных частиц, эффект дисперсионного твердения достигается не в полной мере и, соответственно, снижается циклическая долговечность сварного соединения.
Известных решений, содержащих отличительные признаки, не обнаружено.
Примеры конкретного выполнения
Автоматической аргоно-дуговой сваркой с местной защитой сварного шва сваривали пластины толщиной 0,8 мм из титановых сплавов ВТ1-00, ОТ4-1 и ВТ20. Далее пластины раскраивали и изготавливали усталостные образцы, которые отжигали на воздухе при различных температурах в течение 1 ч.
Для указанных выше титановых сплавов экспериментально установленные коэффициенты равны:
Коэффициент
Марка титанового сплава
ВТ1-00
ОТ4-1
ВТ20
K
0,8
1,2
1,5
K<sub>1</sub>
0,1
0,75
1,5
охл
отж
Для прототипов скорость охлаждения околошовной зоны выбрали равной V=90°С/с, что соответствует режиму сварки с формированием шва согласно требованиям производственной инструкции, а температуру отжига Т сплавов ВТ1-00, ОТ4-1 и ВТ20 взяли равной соответственно 590, 650 и 700°С (см. табл.3.5 в кн.: Технология производства титановых самолетных конструкций / А.Г.Братухин, Б.А.Колачев, В.В.Садков и др. М., Машиностроение, 1995. С.80).
max
Образцы испытывали на повторно-статическое растяжение при частоте f=0,7 Гц, коэффициенте асимметрии цикла R=+0,1. Максимальные напряжения цикла σ составляли для сплавов ВТ1-00, ОТ4-1 и ВТ20 соответственно 300, 560 и 820 МПа.
Результаты испытания образцов сведены в таблицу.
Таким образом, наибольшую циклическую долговечность имели образцы, обработанные по предлагаемому способу. Экономический эффект заключается в повышении срока эксплуатации изделий из дорогостоящих титановых сплавов.