Особенности легирования скандием металла швов сварных соединений высокопрочных алюминиевых сплавов

Abstract

Рассмотрен вопрос влияния скорости кристаллизации на структуру металла шва скандийсодержащих сплавов алюминия. Исследованы особенности выделения скандия из расплава при кристаллизации алюминиевых сплавов в неравновесных условиях, имитирующих сварку плавлением. Разработана и экспериментально подтверждена методика проведения исследований. Преимущество предложенной методики перед существующими заключается в том, что она позволяет имитировать практически все способы плавлением, от аргонодуговой сварки неплавящимся электродом до электронно-лучевой. Показано, что методика полностью удовлетворяет поставленным целям. Микроструктурными исследованиями слитков по высоте показано, что в интервале скоростей кристаллизации от 10^3,3 до 10^2,5 °С/с происходит смена формы кристаллизации от дендритной к субдендритной. Установлено, что при скоростях кристаллизации, соизмеримых с кристаллизацией металла швов, в твердом растворе сплавов может содержаться до 0,41 % скандия. При использовании высококонцентрированных источников энергии, таких как электронный луч, возможно достижение аналогичного показателя и в сварных швах. При дуговых способах сварки в твердом растворе металла шва может усваиваться примерно 0,3 % скандия. Установлено, что для получения максимального эффекта от легирования сварных швов скандием, необходимо обеспечивать его содержание в металле шва на уровне 0,35…0,4 мас. %. В этом случае повышение механических свойств металла шва обеспечивается как за счет измельчения кристаллической структуры металла, так и за счет упрочнения твердого раствора скандием.