Структура соединений алюминида титана γ-ТіАl при контактной стыковой сварке сопротивлением с использованием промежуточных прослоек

Abstract

В работе рассмотрены особенности формирования соединений сплава на основе интерметаллида γ-ТіАl при контактной стыковой сварке сопротивлением с использованием промежуточных прослоек в виде фольг, отличающихся толщиной, химическим составом и структурным состоянием. Исследования выполняли на образцах сплава Ti–47Al–2Nb–2Cr (ат. %), полученных электронно-лучевым переплавом, как в состоянии поставки (литом), так и после термической обработки (температура 1250 °С, 6 ч). В качестве прослойки использовали титановую фольгу с микрокристаллической структурой толщиной 100, 200 и 400 мкм и наноструктурированные многослойные фольги — Ti/Al (52 % Ti–48 % Al, ат. %) и Ti/Co (75 % Ti–25 % Co, ат. %) толщиной δ = 30…160 мкм. Эксперименты проводили на установке К802, параметры режима сварки изменяли в пределах: давление при нагреве Рн= 5…20 МПа, давление осадки Рос = 20…100 МПа, величина осадки Δос = 5…15 мм. Микроструктуру и химический состав соединений исследовали с помощью оптической и растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа. Прочностные свойства металла в зоне соединений оценивали по распределению микротвердости и испытаний на разрыв. Установлено, что в зоне соединений сплава Ti–47Al–2Cr–2Nb, выполненных с использованием сплошной титановой фольги, обнаруживается структурная неоднородность в виде сплошной прослойки титана и диффузионной зоны между прослойкой и свариваемым сплавом, содержащей цепочки пор. Использование наноструктурированных фольг Ti/Al и Ti/Co обеспечивает формирование бездефектных соединений. Структура металла в зоне соединения — мелкозернистая бимодальная γ/γ+α2 независимо от исходной структуры основного металла. Остатки наноструктурированных фольг системы Ti/Al присутствуют в зоне соединения в виде прослойки дисперсного интерметаллида γ-TiAl, не содержащего хрома и ниобия. При использовании фольги системы Ti/Co эвтектического состава (75 % Ti–25 % Co) химическая неоднородность в виде продуктов трансформации фольги в стыке не обнаруживается. При испытаниях соединений на разрыв разрушение происходит по основному металлу сплава Ti–47Al–2Cr–2Nb. Участок соединения с повышенной твердостью во всех рассмотренных случаях совпадает с зоной структурных изменений в результате термодеформационного воздействия процесса сварки.

The paper deals with the features of producing joints of an alloy based on γ-TiAl intermetallics at resistance butt welding with application of interlayers in the form of foil, differing by thickness, composition and structural state. Investigations were performed on samples of Ti-47Al-2Cr-2Nb (at.%) alloy, produced by electron beam remelting, both in as-delivered (cast) condition, and after heat treatment (1250 °C, 6h). Used as interlayer was titanium foil with microcrystalline structure 100, 200 and 400 mm thick, and nanostructured multilayered foils Ti/Al (52Ti-48Al, at.%) and Ti/Co (75Ti-25Co, at.%) of 30-160 mm thickness. Experiments were performed in K802 system, welding mode parameters were varied in the following ranges: 5-20 MPa pressure at heating, 20-100 MPa upset pressure, hand 5-15 mm upset value. Joint microstructure and composition were studied by optical and scanning electron microscopy and X-ray microprobe analysis. Metal strength properties in the joint zone were assessed by microhardness distribution and rupture testing. It is established that the zone of Ti-47Al-2Cr-2Nb alloy joints made with application of solid titanium foil demonstrates structural inhomogeneity in the form of a continuous titanium interlayer and diffusion zone between the interlayer and alloy being welded, containing linear porosity. Application of nanostructured Ti/Al and Ti/Co foils ensures formation of defect-free joints. Metal structure in the joint zone is fine-grained bimodal γ/γ + α2, irrespective of base metal initial structure. Remains of nanostructured foils of Ti/Al system are present in the joint zone in the form of an interlayer of dispersed γ-TiAl intermetallic, not containing any chromium or niobium. At application of foil of Ti/Co system of eutectic composition, no chemical inhomogeneity in the form of foil transformation products is found in the butt. At rupture testing of the joints, fracture runs through the base metal of Ti-47Al-2Cr-2Nb alloy. Joint region of higher hardness in all the considered cases coincides with the zone of structural changes resulting from thermodeformational impact of the welding process.