RU2721976C1 - Проволока сварочная из титановых сплавов - Google Patents
Проволока сварочная из титановых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2721976C1 RU2721976C1 RU2019135672A RU2019135672A RU2721976C1 RU 2721976 C1 RU2721976 C1 RU 2721976C1 RU 2019135672 A RU2019135672 A RU 2019135672A RU 2019135672 A RU2019135672 A RU 2019135672A RU 2721976 C1 RU2721976 C1 RU 2721976C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- welding
- strength
- alloy
- welding wire
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в производстве присадочных материалов для дуговой сварки в среде инертных газов высокопрочных (α+β) и псевдо-β-титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного высокопрочного высокотехнологичного материала. Сварочная проволока содержит, мас. %: алюминий 3,0-4,0; ванадий 0,2-1,2; молибден 0,2-1,2; цирконий 1,0-2,0; хром 0,2-1,2; ниобий 0,2-1,2; кислород - не более 0,12; углерод - не более 0,03; азот - не более 0,03; водород - не более 0,003; титан - остальное. Сварочная проволока обеспечивает получение сварных соединений с высокими характеристиками прочности (до 1010 МПа) при сохранении характеристик пластичности. 4 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе титана, в частности к сплавам для сварочных материалов, и может быть использовано в качестве присадочной проволоки для дуговой сварки в среде инертных газов высокопрочных (α+β) и псевдо-β-титановых сплавов.
Для сварки высокопрочных (α+β) и псевдо-β-титановых сплавов наиболее оптимальным является применение присадочных материалов, относящихся к классу псевдо-α и низколегированных (α+β)-титановых сплавов.
Известна сварочная проволока марки СП15 по ГОСТ 27265, следующего химического состава, мас. %: алюминий 3,0-5,5; молибден 2,0-3,5; ванадий 2,0-3,5; цирконий 1,0-2,0; кремний ≤0,15; железо ≤0,30; углерод ≤0,10; кислород ≤0,15; азот ≤0,05; водород ≤0,006; сумма прочих примесей ≤0,30.
Недостатком известной присадочной проволоки для сварки титановых сплавов, например, сплава ВТ22, является снижение прочностных характеристик полученных сварных соединений по сравнению с основным металлом [С.М. Гуревич, Е.Н. Замков, Н.А. Кушниренко Сварка и термическая обработка титанового сплава ВТ22 // Автоматическая сварка, 1982, №5].
Известны сварочные проволоки марок ВТ20-1св по ГОСТ 27265, ВТ20-2св по ГОСТ 27265 и ВТ20-3св следующего химического состава, мас. %:
- ВТ20-1св по ГОСТ 27265 (алюминий 2,0-3,0; молибден 0,5-1,5; ванадий 0,5-1,5; цирконий 1,0-2,0; кремний ≤0,10; железо ≤0,15; углерод ≤0,05; кислород ≤0,12; азот ≤0,04; водород ≤0,003; сумма прочих примесей ≤0,30);
- ВТ20-2св по ГОСТ 27265 (алюминий 3,5-4,5; молибден 0,5-1,5; ванадий 0,5-1,5; цирконий 1,0-2,0; кремний ≤0,10; железо ≤0,15; углерод ≤0,05; кислород ≤0,12; азот ≤0,04; водород ≤0,003; сумма прочих примесей ≤0,30);
- ВТ20-3св (патент SU 436717) (алюминий 4,7-5,8; цирконий 2,2-3,5; молибден 0,8-1,5; ванадий 1,3-3,2; олово 1-2%; водород ≤0,003; кислород ≤0,120).
Использование сварочной проволоки марки ВТ20-2св для изготовления сварных соединений титановых сплавов, например, сплава марки ВТ20, приводит к уменьшению коэффициента ослабления (отношение временного сопротивления сварного соединения к временному сопротивлению основного металла) при увеличении толщины свариваемого металла. [Р.С. Курочко, Н.Н. Мануйлов, Л.А. Груздева, Е.А. Борисова Присадочная проволока для сварки высокопрочных титановых сплавов // Сварочное производство, 1977, №3].
Применение проволоки марки ВТ20-3св для аргонодуговой сварки титановых сплавов, например, сплава ВТ22, приводит к снижению ударной вязкости металла шва [М.А. Хорев, В.И. Лукин, А.В. Иода, Е.С. Силкина и др. Присадочные материалы для сварки конструкционных титановых сплавов // Технология легких сплавов, 1990, №5].
Известны сварочные проволоки марок ВТ6св и СПТ-2 по ГОСТ 27265 следующих химических составов, мас. %:
- ВТ6св (алюминий 3,5-4,5; ванадий 2,5-3,5; кремний ≤0,10; железо ≤0,15; углерод ≤0,05; кислород ≤0,12; азот ≤0,04; водород ≤0,003; сумма прочих примесей ≤0,30);
- СПТ-2 (алюминий 3,5-4,5; ванадий 2,5-3,5; цирконий 1,0-2,0; кремний ≤0,10; железо ≤0,15; углерод ≤0,05; кислород ≤0,12; азот ≤0,04; водород ≤0,003; сумма прочих примесей ≤0,30).
Недостатком вышеперечисленных сварочных проволок при использовании их в качестве присадочного материала в процессе сварки титановых сплавов, например, сплава ВТ22, является недостаточный уровень прочностных характеристик полученных сварных соединений [С.М. Гуревич, В.Н. Замков, Н.А. Кушниренко Сварка и термическая обработка титанового сплава ВТ22 // Автоматическая сварка, 1982, №5].
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сварочная проволока на основе титана СПТ-2 (ГОСТ 27265), имеющая самую высокую прочность из вышеперечисленных.
Техническим результатом предложенного изобретения является создание сварочной проволоки для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом высокопрочных титановых сплавов, обеспечивающей получение сварных соединений с повышенными характеристиками прочности (до 1010 МПа) при сохранении характеристик пластичности.
Для сварочной проволоки промышленных марок, изготавливаемых по ГОСТ 27265, молибденовый эквивалент составляет 2,0-3,0%, поэтому целесообразно увеличение числа β - стабилизаторов, добавками хрома и ниобия, что не только обеспечит оптимальные значения эквивалента по молибдену, но и приведет к положительным эффектам комплексного легирования (например, при сварке нового псевдо-β-титанового сплава ПТ-48 повышаются химическая и структурная однородность и механические свойства различных зон сварного соединения, а также увеличивается предел прочности без снижения пластичности сварного шва).
Предложенная сварочная проволока относится к классу низколегированных (α+β)-титановых сплавов с молибденовым эквивалентом (Моэкв) на уровне 2,57% - среднее значение (от 0,73 до 4,4%). Сплав комплексно легирован изоморфными (ванадий, молибден, ниобий) и эвтектоидными (хром) β-стабилизаторами, α-стабилизаторами (алюминий) и нейтральным упрочнителем (цирконий).
Для достижения поставленного технического результата предложена сварочная проволока на основе титана, содержащая алюминий, ванадий, молибден, ниобий, хром, цирконий, остальное - титан и примеси при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюминий 3,0-4,0; ванадий 0,2-1,2; молибден 0,2-1,2; цирконий 1,0-2,0; хром 0,2-1,2; ниобий 0,2-1,2; углерод не более 0,03; кислород не более 0,12; азот не более 0,03, водород не более 0,003.
Для обеспечения оптимального показателя алюминиевого эквивалента на уровне 5,0% в сплавах ВТ6св, СПТ-2, ВТ20-2св (по ГОСТ 27265) суммирующее содержание примесей (кислород, углерод, азот), должно составлять не более 1,3%. Однако, при содержании алюминия в этих сплавах на верхнем пределе, равном 4,5% необходимо обеспечить минимальные значения содержания примесей (кислорода, углерода, азота). Технология изготовления сварочной проволоки позволит снизить содержание указанных примесей до минимальных значений, но в процессе сварки (при недостаточной газовой защите) в наплавленном металле происходит повышение содержаний примесей, и соответственно алюминиевого эквивалента. Вследствие этого возможно повышение прочности металла шва и его охрупчивание. Поэтому в предлагаемом химическом составе сварочной проволоки интервал содержания алюминия несколько снижен до 3,0-4,0%, по сравнению со сплавом- прототипом -3,5-4,5%.
Для обеспечения молибденового эквивалента менее 5,0% содержание ванадия понижено до 0,2-1,2% относительно сплава-прототипа, ввиду дополнительного легирования сплава β-стабилизаторами (молибден, ниобий, хром).
Хром является эффективным упрочнителем в титановых сплавах. При содержании хрома свыше 3,0% велика вероятность выделения интерметаллидных соединений TiCr2 и, как следствие, существенная потеря пластичности. Содержание в сварочной проволоке хрома от 0,2 до 1,2% выбрано по причине уменьшения ликвации легирующего элемента в процессе изготовления слитка и внутри зерна, что способствует термической стабильности титановой сварочной проволоки, а также повышению ее коррозионно-механической прочности.
Совместное легирование хромом и молибденом обеспечивает постоянство суммарного количества β-стабилизаторов в различных зонах сварного соединения, тем самым повышая прочностные и пластические характеристики [Попова М.А., Россина Н.Г, Попов Н.А. Процессы выделения α2-фазы в сплавах титан-алюминий. Титан, 2016, №4.] Также молибден повышает коррозионную стойкость в морской воде.
Легирование сплава и сварного шва цирконием 1,0-2,0% при сварке высокопрочного псевдо- β-титанового сплава повышает равномерность распада метастабильной β-фазы при старении, уменьшает отрицательное влияние сегрегаций легирующих элементов на структуру высоколегированных β-сплавов в зоне сплавления, способствуя более равномерному участию элементов в пластической деформации при нагружении. Цирконий повышает термическую стабильность, коррозионную стойкость сплавов Ti-Mo, увеличивает прокаливаемость, подавляет образование ω-фазы при низких температурах старения и уменьшает окисление.
В предлагаемый химический состав сварочной проволоки добавлен ниобий (02-1,2%), который имеет небольшую растворимость в α-титане. В сплавах титана с алюминием ниобий препятствует процессу упорядочения структуры и вследствие этого уменьшает охрупчивание сплавов, помимо этого повышает стойкость сварных швов к окислению.
Кислород стабилизирует α-фазу, хорошо растворяясь в α-титане, существенно упрочняет титан. Каждые 0,1% кислорода (по массе) повышают прочностные свойства титана на 130 МПа, что связано с сильным искажением решетки α-титана из-за внедрения атомов кислорода в октаэдрические пустоты. Однако при сварке возможно дополнительное окисление металла шва при нарушении защиты зоны сварки, поэтому в сварочной проволоке интервал содержания кислорода ограничен до 0,12%
В области малых концентраций углерод повышает пределы прочности и текучести титана; при концентрациях углерода более 0,2% образуются твердые карбиды, снижающие ударную вязкость и затрудняющие механическую обработку. В связи с этим содержание углерода в предлагаемом сплаве ограничено интервалом до 0,03%.
Азот - вредная примесь в титановых сплавах, существенно снижающая пластичность, и поэтому его содержание в предлагаемом сплаве регламентируется в пределе до 0,03%.
Водород образует раствор типа внедрения и также относится к категории вредных примесей, так как вызывает водородную хрупкость титановых сплавов. В предлагаемом сплаве содержание водорода ограничено интервалом до 0,003%.
Пример осуществления:
Из предлагаемого титанового сплава изготавливали слитки размером ∅ 360×310 мм методом двойного вакуумно-дугового переплава. Далее проводился нагрев слитков до температур 950°С - 1180°С и последующий прокат до диаметра 50 мм. Отпрессованную заготовку разрезали на части, проводили механическую обработку для удаления поверхностных дефектов. После чего заготовки нагревали до температур 880°С - 980°С и осуществляли прокат до диаметра 8 мм.
Полученные проволочные заготовки (катанки) проходили многократное волочение до диаметров 2 и 4 мм. После этого было произведено травление сварочной проволоки. Окончательная операция процесса изготовления - вакуумный отжиг для дегазации конечного продукта.
В качестве основного материала для исследования свойств сварных соединений был использован псевдо-β-титановый сплав марки VST5553 в виде плиты размером 100×100×600 мм. Из плиты механическим способом вырезали пластины толщиной 20 мм для изготовления сварных соединений. Сварку плит выполняли в виде стыковых соединений ручной аргонодуговой сваркой с присадочным материалом (таблица 1).
Далее были определены следующие характеристики полученных полуфабрикатов (проволоки) и сварных соединений:
- механические характеристики при испытаниях проволоки на статическое растяжение при комнатной температуре по ГОСТ 27265 (временное сопротивление и относительное удлинение);
- временное сопротивление при испытаниях габаритных образцов, вырезанных из сварного соединения, на статическое растяжение по ГОСТ 6996;
- малоцикловая усталость на воздухе и в синтетическая морской воде образцов, вырезанных из сварного соединения, по ГОСТ 25.502.
В таблице 2 приведены стандартные механические свойства проволоки, изготовленной из предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Механические свойства предлагаемой проволоки остаются на уровне свойств проволоки, изготовленной из сплава-прототипа.
В таблице 3 представлены значения пределов прочности сварных соединений, полученные при использовании предлагаемой сварочной проволоки в качестве присадочного материала в процессе ручной аргонодуговой сварки титанового псевдо-β-сплава по сравнению со сварочной проволокой СПТ-2.
Из таблицы 3 следует, что при использовании предлагаемой сварочной проволоки в качестве присадочного материала в процессе аргонодуговой сварки титанового псевдо-β-сплава по сравнению со сплавом-прототипом значение временного сопротивления сварного соединения повысилось на 40 МПа при сохранении характеристик пластичности (относительное удлинение и относительное сужение) на уровне сплава прототипа.
Полученные результаты по увеличению прочности сварных соединений позволяют уменьшить высоту усиления шва, в результате чего повышается технико-экономический эффект при изготовлении конструкций, а именно повышается производительность процесса и уменьшается расход присадочного материала.
Значения коррозионно-механической прочности сварных соединений, полученных с применением предлагаемой сварочной проволоки, представлены в таблице 4.
Как видно из таблицы 4 прочность сварных соединений остается на уровне сплава прототипа.
Предлагаемая сварочная проволока может применяться в качестве присадочного материала для аргонодуговой сварки высокопрочных титановых сплавов в среде инертных газов. Полученные сварные соединения обладают более высокими значениями временного сопротивления при сохранении характеристик пластичности по сравнению со сварными соединениями, изготовленными с применением ранее известных присадочных материалов.
При этом комплексное легирование сварочной проволоки повышает химическую и структурную однородность сварного соединения при сварке высокопрочных и высоколегированных сплавов титана, таких как псевдо-β-сплавы.
Claims (12)
- Проволока сварочная на основе титана, содержащая алюминий, ванадий, цирконий, титан и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий, хром и молибден, при этом ограничено содержание углерода, кислорода, азота и водорода в качестве примесей при следующем соотношении компонентов, мас. %:
- Алюминий 3,0-4,0
- Ванадий 0,2-1,2
- Молибден 0,2-1,2
- Цирконий 1,0-2,0
- Хром 0,2-1,2
- Ниобий 0,2-1,2
- Углерод не более 0,03
- Кислород не более 0,12
- Азот не более 0,03
- Водород не более 0,003
- Титан остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019135672A RU2721976C1 (ru) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Проволока сварочная из титановых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019135672A RU2721976C1 (ru) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Проволока сварочная из титановых сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2721976C1 true RU2721976C1 (ru) | 2020-05-25 |
Family
ID=70803251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019135672A RU2721976C1 (ru) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Проволока сварочная из титановых сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2721976C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU188278A1 (ru) * | 1965-07-28 | 1966-10-20 | С. М. Гуревич, В. Е. Блащук, Ф. Р. Куликов, А. С. Пераи Н. Л. Кушниренко, Н. Ф. Аиошкин , С. Б. орозни | Электродная проволока для сварки титановыхсплавов |
SU560721A1 (ru) * | 1976-01-26 | 1977-06-05 | Предприятие П/Я Р-6327 | Состав сварочной проволоки |
SU653844A1 (ru) * | 1976-04-02 | 1988-07-15 | Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Состав сварочной проволоки |
CN107486650A (zh) * | 2017-09-08 | 2017-12-19 | 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 | 一种高温钛合金用焊丝及其焊接方法 |
RU2690768C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2019-06-05 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Сплав на основе титана и прутковая заготовка из сплава на основе титана |
-
2019
- 2019-11-05 RU RU2019135672A patent/RU2721976C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU188278A1 (ru) * | 1965-07-28 | 1966-10-20 | С. М. Гуревич, В. Е. Блащук, Ф. Р. Куликов, А. С. Пераи Н. Л. Кушниренко, Н. Ф. Аиошкин , С. Б. орозни | Электродная проволока для сварки титановыхсплавов |
SU560721A1 (ru) * | 1976-01-26 | 1977-06-05 | Предприятие П/Я Р-6327 | Состав сварочной проволоки |
SU653844A1 (ru) * | 1976-04-02 | 1988-07-15 | Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Состав сварочной проволоки |
CN107486650A (zh) * | 2017-09-08 | 2017-12-19 | 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 | 一种高温钛合金用焊丝及其焊接方法 |
RU2690768C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2019-06-05 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Сплав на основе титана и прутковая заготовка из сплава на основе титана |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2721977C1 (ru) | Проволока сварочная из титановых сплавов | |
TWI572721B (zh) | 高強度α/β鈦合金 | |
JP4433230B2 (ja) | 原子力用高強度Ni基合金管及びその製造方法 | |
RU2425164C1 (ru) | Вторичный титановый сплав и способ его изготовления | |
KR102356191B1 (ko) | 고강도 티탄 합금 | |
US5124121A (en) | Titanium base alloy for excellent formability | |
KR102059886B1 (ko) | 열간 압연용 티탄 소재 | |
JP5335056B2 (ja) | ボルト用アルミニウム合金線及びボルト並びにそれらの製造方法 | |
CN109487120B (zh) | 一种石墨烯增强1200MPa级钛合金钻杆用钛合金及其管材制造方法 | |
JPH08120373A (ja) | 高クリープ強度チタン合金とその製造方法 | |
US5256369A (en) | Titanium base alloy for excellent formability and method of making thereof and method of superplastic forming thereof | |
EP0626018A1 (en) | Alloys of molybdenum, rhenium and tungsten | |
CA3110188C (en) | High strength fastener stock of wrought titanium alloy and method of manufacturing the same | |
WO2010093016A1 (ja) | チタン板 | |
KR20210050546A (ko) | 내크리프성 티타늄 합금 | |
JP6844706B2 (ja) | チタン板 | |
US5362441A (en) | Ti-Al-V-Mo-O alloys with an iron group element | |
JP6065168B1 (ja) | チタン薄板およびその製造方法 | |
RU2721976C1 (ru) | Проволока сварочная из титановых сплавов | |
EP0476043B1 (en) | Improved nickel aluminide alloy for high temperature structural use | |
EP4379079A1 (en) | Titanium-based alloy and article made of same | |
JP5802114B2 (ja) | ボルト用アルミニウム合金線及びボルト並びにボルト用アルミニウム合金線の製造方法 | |
CN114555283A (zh) | 焊条用线材和用于制造其的方法 | |
JP3365190B2 (ja) | α+β型チタン合金溶接部材の後熱処理方法 | |
US3457068A (en) | Titanium-base alloys |