БИМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ЗАГОТОВКА

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, в частности к получению биметаллических материалов.
Известно, что получение биметаллического материала из отличающихся по своим свойствам исходных материалов связанно с большими трудностями. В частности при получении биметаллического материала на основе металлов имеющих различную температуру плавления возникает проблема получения надежного соединения без полного расплавления менее тугоплавкого материала. Так же при соединении материалов с различным температурным коэффициентом линейного расширения появляется опасность возникновения трещин при термическом воздействии на материал, как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации. Эти проблемы ограничивают получение и применение биметаллических материалов. Поэтому актуальной является задача получения биметаллического материала из различных по своим физико-хиимическим свойствам исходных материалов.
Известна биметаллическая заготовка (патент РФ 2443800, МПК, опубл.), включающая слои из основного и легирующего компонентов. В известной заготовке легирующий слой образуют путем вневакуумной электронно-лучевой наплавки. Известная биметаллическая заготовка имеет легирующий слой до 4 мм, даже при использовании разнородных материалов с различными физико-химическими свойствами.
Недостатком биметаллической заготовки по патенту №2443800 является невозможность обеспечения 100% содержания легирующего материала в легирующем слое, что приводит к снижению эксплуатационных свойств.
Наиболее близкой к предлагаемой является биметаллическая заготовка (Патент РФ на полезную модель №84763), в которой биметаллический материал содержит слой основного металла, слой плакирующего металла и промежуточный диффузионный слой между ними. Диффузионный промежуточный слой получен методом сварки взрывом основного и плакирующего металлов с последующей горячей прокаткой заготовки.
Недостатком биметаллической заготовки по патенту №84763 является недостаточная надежность обусловленная низкой прочностью сцепления слоев. Это объясняется тем, что при формировании диффузионного слоя горячей прокаткой, отсутствует возможность получать слой заданной толщины и необходимого химического состава, а при активном развитии диффузионных процессов при горячей прокатке не может быть обеспеченна 100% чистота плакирующего слоя.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении надежности биметаллической заготовки при сохранении чистоты плакирующего слоя.
Поставленная задача решается тем, что биметаллическая заготовка, включает, как и прототип, по меньшей мере, один слой основного металла, по меньшей мере, один слой плакирующего металла и промежуточный слой между ними. При этом, отличается тем, что промежуточный слой соединен с основным слоем электронно-лучевой наплавкой, а плакирующий слой с промежуточным слоем - сваркой взрывом.
Соединение основного слоя с промежуточным слоем электроннолучевой наплавкой обеспечивает надежность соединения данных слоев, за счет выравнивания физико-химических свойств основного и плакирующего материалов. Соединение плакирующего слоя с промежуточным сваркой взрывом обеспечивает высокую надежность соединения при сохранении чистоты плакирующего слоя. Таким образом, повышается надежность биметаллической заготовки в целом при сохранении чистоты плакирующего слоя.
Плакирующий слой, соединенный с промежуточным слоем сваркой взрывом состоит из требуемого металла на 100%. При этом соединение промежуточного слоя с плакирующим достаточно прочное, и, следовательно, повышается надежность заготовки в целом.
Таким образом, в совокупности, заявляемые отличительные признаки биметаллической заготовки обеспечивают ее надежность при сохранении чистоты плакирующего слоя.
При использовании металлов с неограниченной растворимостью целесообразно промежуточный слой выполнить в виде твердого раствора металла плакирующего слоя в металле основного слоя. Это позволит создать в промежуточном слое однофазную структуру, что благоприятно отразится на коррозионной стойкости. Известно, что свойства системы при образовании твердых растворов изменяются не линейно, что позволяет работать с малыми концентрациями материала плакирующего слоя для выравнивания физико-химических свойств материалов в промежуточном слое.
Плакирующий слой целесообразно выполнить из металла с антикоррозионными свойствами. Это позволит еще больше повысить долговечность биметаллической заготовки.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически представлена заявляемая биметаллическая заготовка.
Биметаллическая заготовка включает по меньшей мере, один слой 1 основного металла, по меньшей мере, один слой 2 плакирующего металла и промежуточный слой 3 между ними. При этом промежуточный слой 3 образован электронно-лучевой наплавкой, а плакирующий слой 2 - путем сварки взрывом.
Промежуточный слой 3 может быть выполнен в виде твердого раствора металла плакирующего слоя в металле основного слоя.
Плакирующий слой 2 может быть выполнен из металла с антикоррозионными свойствами.
Предлагаемая биметаллическая заготовка работает следующим образом.
Биметаллическую заготовку устанавливают в требуемом месте. В процессе эксплуатации с внешней средой взаимодействует слой 2 плакирующего металла с заданными физико-химическими свойствами. Наличие промежуточного слоя 3. плавного перехода между слоем 1 основного материала и слоем 2 плакирующего материала обеспечивает прочность соединения слоев и надежность биметаллической заготовки в целом. А сам промежуточный слой 3 обеспечивает высокую прочность, исключающую вероятность взаимодействия с внешней средой металла основного слоя 1
Пример изготовления заявляемой биметаллической заготовки.
На подложку из технически чистого титана ВТ1-0 размером 50×100×10 мм на большую грань наносят порошковую насыпку, состоящую из смеси титана, тантала и флюса, представляющего собой смесь фтористых солей лития и кальция. На промышленном ускорителе электронов ЭЛВ-6 производят воздействие электронным лучом (энергия электронов пучка 1,4 МэВ, мощность установки 100 кВт) на поверхность порошковой насыпки, за счет чего формируют слой, представляющий собой твердый раствор тантала в титане, с содержанием тантала до 50%, в зависимости от числа проходов и химического состава порошковой насыпки. Толщина слоя составляет 3-4 мм. Поверхность полученной заготовки очищают от флюса. Производят сварку взрывом заготовки полученной на предыдущем этапе и плакирующего материала, представляющего собой чистый лист тантала марки ТЧ толщиной 1 мм.
Формирование плакирующего слоя из чистого тантала приводит к значительному повышению коррозионной стойкости материала, а формирование диффузионного слоя представляющего собой твердый раствор тантала в титане повышает прочность соединения слоев и надежность конструкции.
Преимущество предлагаемой биметаллической заготовки обеспечивается тем, что, во-первых, она обладает высокой прочностью сцепления слоев. Промежуточный слой с плавным повышением концентрации плакирующего материала по направлению «материал основы → плакирующий слой», обеспечивает выравнивание физико-химических свойств основного и плакирующего материалов. Данный диффузионный слой позволит улучшить физико-химические свойства материалов, что, в свою очередь, позволит осуществить сварку взрывом без значительных технологических трудностей. При таком градиентном строении диффузионного слоя устраняется проблема разницы в физико-химических свойствах свариваемых материалов (температура плавления, температурный коэффициент линейного и др.). При этом промежуточный слой обладает заданными химическими свойствами и заданной толщиной, что приведет к повышению надежности заготовки в целом.
Во-вторых, позволяет осуществить сварку взрывом без значительных технологических трудностей за счет предварительного формирования промежуточного слоя.
В-третьих, в поверхностном слое обеспечивается 100%-ное содержание материала, требуемого по технологическим условиям.