При создании металлических материалов способ введение, наряду с легирующими элементами, микролегирующих добавок известен давно. Микролегирование применяется при создании сталей, никелевых, алюминиевых и других сплавов для повышения их эксплуатационных и технологических характеристик, и их влияние достаточно широко освещены в литературе. Вместе с тем механизмы влияния добавок, содержание которых составляет иногда сотые доли процентов неоднозначны и многогранны.
Разработка принципов микролегирования свариваемых титановых сплавов и присадочных сварочных материалов на их основе также является актуальной, т.к. с помощью миниальных добавок можно компенсировать «испорченную» термическим циклом сварки структуру и повысить надежность сварных конструкций [1].
Исследования влияния различных микролегирующих добавок на свойства α-, α+β-, β-сплавов [2], в целом, показали их положительное влияние на механические свойства. Добавки в титановые сплавы можно разделить на две основные группы:
- так называемые, нейтральные упрочнители - гафний, цирконий, олово, количество которых может варьироваться от десятых долей до единиц процентов.
- редкоземельные металлы (РЗМ) и другие элементы имеющие, как правило высокое сродство к кислороду.
Рассмотрим факторы на которые оказывают влияние дополнительное легирование.
Влияние на свойства
Введение в сплав гафния от от 0,2 до 1,0% повышает одновременно прочность и пластичность сварных соединений, подверженным стандартной термической обработке. Дальнейшее увеличение содержания не целесообразно.
Исследование влияния микролегирования сплава ВТ23св цирконием и иттрием в количестве 0,06-0,2% [3]. показало,повышение пластических характеристик при незначительном увеличении прочности. Иттрий способствует большему повышению трещиностокости сварного соединения, особенно в термически упрочненном состоянии. Добавки повышают также малоцикловую выносливость сварных соединений после упрочняющей термообработки.
Иттрий в количестве 0,025% в с псевдо - α- сплаве также оказывает положительное влияние на комплекс механических свойств, более эффективное чем гафний (0,17%).
Влияние на структуру
Изучение влияния ряда микролегирующих добавок показало наиболее благотворительное влияние иттрия на титановые сплавы различного класса. Он однозначно уменьшает размер первичного зерна в сварном шве (особенно введение эрбия), измельчает пластинчатую внутризеренную структуру, формирующуюся при сварке и последующей термообработки [4]. Кроме этого на сплавах псевдо -α- сплавах после введения иттрия отмечено формирование ультра-тонкой межзеренной границы с развитой извилистой поверхностью, которая сохраняется при последующей термообработке. Очевидно, это и объясняет повышение всего комплекса механических свойств.
Влияние на фазовый состав
Исследования проведенные в работах [4] показали, что микролегирующие добавки эрбия и иттрия повышают стабильность β- фазы. Это связано с одной стороны, с высоким сродством к кислороду. Образуя дисперсные окислы, они выводят из твердого раствора - стабилизатор - кислород. С другой стороны, формируя устойчивое соединение образует новые вакансии активизирующие диффузионные процессы и ускоряющие распад β- фазы.
Дополнительное легирование сплава ВТ23 цирконием и оловом понижают температуру рекристаллизации β-фазы, компенсируя влияние избыточного кислорода [5].
Поверхностные эффекты
Поверхность наплавки выполненной в аргоне титанового сплава сплава имеет матовую поверхность по сравнению со сплавами с аналогичным составом без микролегирования [6]. Микроскопическое исследование показало принципиально отличную структуру поверхностного слоя в виде микро - глобулей и коагулятов. Формируется плотный окисел сложного стехиометрического состава.. Этот эффект можно использовать для создания титановых сплавов повышенной с сопротивлением к окисляемости.
Механизмы влияния микролегирующих добавок на структуру и свойств при создании свариваемых титановых сплавов рассмотрено работах [1,2]. В результате можно констатировать, что разнообразие влияния добавок требуют применение соответствующего подхода к их применению. Его основой может стать комплексное микролегирование. Одни добавки (например:иттрий,эрбий) измельчают структуру и блокируют примесные элементы на межзеренных и межфазных границах, снижая неоднородность распада метастабильных фаз в зонах сварного соединения отмеченных в работе [7], другие (например: гафний, олово, цирконий) тормозят рекристаллизационные процессы и внутризеренный распад. В сочетании они способствуют созданию однородного структурно- фазового состояния и повышению надежности сварного соединения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Хорев М.А. Структурно-фазовое состояние и надежность сварных соединений титановых сплавов. М. ВИАМ, 1991г., с. 107
- Хорев М.А., Курочко Р.С. Присадочные материалы для сварки титановых сплавов. Авиационные материалы, 1983г. с. 69-77
- Горшков А.И., Хорев М.А., Филатова Т.В. Аргонодуговая сварка сплава ВТ23 с присадочной проволокой, содержащей добавки циркония и иттрия. Авиационная промышленность, №12, 1984г., с. 65-66
- Попов А.А., Хорев М.А., Илларионов А.Г. Влияние микролегирования на структуру и свойства сварных соединений из титановых сплавов. Сб. трудов I международной конф. по титану стран СНГ. М. ч. 2, 1994г., с. 908-918
- Бабареко А.А. Хорев М.А. Влияние дополнительного легирования титанового сплава ВТ23 на его фазовый состав и склонность к рекристаллизации. МИТОМ №2 1993.1. с.37-39
- Хорев М.А. Влияние микродобавок иттрия на формирование поверхности сварных соединений титановых сплавов. Сб. Российской конференции «Новые материалы и технологии машиностроения» М. МАТИ, 1993г.
- Хорев М.А. Термоупрочнение сварных соединений титановых сплавов. Сварочное производство, №8, 1984г., с. 26-27