Способ изготовления слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана


 


Владельцы патента RU 2477203:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем сверхпластичности металлов РАН (ИПСМ РАН) (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)

Изобретение относится к области изготовления слоистого композиционного материала посредством диффузионной сварки листовых заготовок. Слоистый композиционный материал титановый сплав-алюминид титана служит для использования при изготовлении деталей авиационных и космических летательных аппаратов, к которым предъявляются повышенные требования прочности. Способ включает сборку исходных заготовок из указанных сплавов в пакет. При сборке заготовок в пакет между свариваемыми поверхностями заготовок прокладывают алюминиевую фольгу. Толщина алюминиевой фольги не более 0,3 мм. Далее осуществляют нагрев пакета и приложение к пакету давления для диффузионной сварки заготовок. В процессе сварки до момента достижения физического контакта между свариваемыми заготовками осуществляют диффузионное насыщение свариваемых поверхностей заготовок алюминием. Техническим результатом изобретения является повышение прочности слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана и повышение качества соединения, полученного диффузионной сваркой. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно к способам изготовления слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана посредством диффузионной сварки заготовок, в том числе листовых заготовок, из указанных сплавов. Слоистый композиционный материал титановый сплав-алюминид титана является перспективным для использования при изготовлении так называемых «горячих» деталей авиационных и космических летательных аппаратов нового поколения, к которым предъявляются повышенные требования прочности и жаропрочности.

Слоистые композиционные материалы, полученные с использованием диффузионной сварки, имеют весьма широкое распространение в технике [1]. Главное преимущество слоистого композиционного материала - это возможность сочетания различных свойств, присущих составляющим композицию исходным заготовкам. При этом исходные заготовки могут быть изготовлены из материалов с резко различающимися физико-механическими свойствами, что дает возможность расширить пределы изменения свойств слоистого композиционного материала и подстроить их под требования эксплуатации изделия. Такие композиционные материалы успешно используются в случаях, когда, например, требуется повышение коррозионной стойкости внешней или чаще внутренней поверхности в изделии типа сосуда, повышение антифрикционных свойств внутреннего слоя в изделии типа подшипника скольжения, снижение веса в целом изделия, и во множестве других случаев.

Что касается слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана, то, поскольку он может быть использован для изготовления деталей авиационных и космических летательных аппаратов, работающих при повышенных температурах, к нему в качестве основных требований, как уже отмечалось выше, предъявляются требования прочности и определяемой сопротивлением ползучести жаропрочности [2, 3]. Соблюдение этих требований важно не только для упомянутых деталей, но с позиций надежности и для всего летательного аппарата в целом.

Алюминиды титана (γ-сплав на основе TiAl-фазы; α2-сплав на основе Ti3Al-фазы; О-сплав на основе Ti2AlNb-фазы и др.) обладают хорошими характеристиками удельной прочности, жесткости, сопротивления ползучести. Алюминиды титана обладают также пониженным удельным весом по сравнению с традиционно используемыми в указанных областях техники жаропрочными сталями и никелевыми сплавами. Отмеченное обстоятельство является существенным для деталей авиационных и космических летательных аппаратов нового поколения, имеющих тенденцию к снижению веса или к его сохранению при увеличении габаритов летательного аппарата.

Основным недостатком алюминида титана является его низкая пластичность, но в составе слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана она может быть скомпенсирована достаточной пластичностью титанового сплава. В результате слоистый композиционный материал титановый сплав-алюминид титана приобретает благоприятное сочетание требуемых эксплуатационных и технологических свойств.

Известно множество способов изготовления слоистых композиционных материалов [1], в том числе известны способы изготовления слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана [3, 4] с использованием диффузионной сварки исходных заготовок. Все эти способы в качестве основных операций включают сборку исходных заготовок в пакет, нагрев пакета и приложение к нему давления для осуществления диффузионной сварки. Для сварки необходима также герметизация пакета собранных заготовок путем его размещения в герметичной металлической, чаще всего стальной, оболочке, которую по окончании сварки удаляют [3]. Или же сварка должна осуществляться в газостате.

При получении слоистого композиционного материала из листовых заготовок наиболее целесообразно диффузионную сварку осуществлять посредством прокатки. При этом герметизацию пакета осуществляют путем его размещения в стальной оболочке.

Основной проблемой большинства известных способов изготовления слоистого композиционного материала с использованием диффузионной сварки является обеспечение качественного беспористого соединения. Особенно остро указанная проблема проявляется в случае, когда необходимо осуществить соединение материалов с резко различающимися физико-механическими свойствами, таких как, в частности, титановый сплав и алюминид титана.

Так, в способе диффузионной сварки разнородных материалов [5] получение качественного беспористого соединения стремятся обеспечить за счет подбора скоростей деформации, при которых сопротивление пластическому деформированию менее тугоплавкого материала превышает его предел текучести в 2-3 раза. Разница между значениями сопротивления пластическому деформированию соединяемых материалов позволяет предотвратить деформационное упрочнение приконтактного объема заготовок и обеспечить полноценный физический контакт, являющийся основой качественного беспористого соединения.

Наиболее эффективным и универсальным путем для получения качественного беспористого соединения является подготовка в соединяемых заготовках мелкозернистой структуры и осуществление сварки в температурно-скоростных условиях сверхпластичности, благодаря чему также удается избежать приводящего к образованию пор в зоне соединения деформационного упрочнения при формировании физического контакта [6].

В известном способе получения слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана [3] в качестве компонентов для получения слоистого композиционного материала используют орторомбический алюминид титана - О-сплав (Ti-23Al-22.7Nb-1.1V-0.6Zr-0.2Si-0.3C) и титановый сплав ВТ25У (Ti-12Al-0.7Sn-2.17Zr-2Mo-0.26W-0.34Si). В исходном состоянии заготовки из обоих сплавов имеют крупнозернистую структуру. В кованом прутке диаметром 270 мм из титанового сплава размер β-превращенных зерен варьируется в интервале 1-1,5 мм. В слитке диаметром 115 мм и высотой 155 мм из О-сплава размер зерен варьируется в интервале 0,5-3 мм. С использованием метода всесторонней изотермической ковки в обеих промежуточных заготовках получают однородную по объему заготовок равноосную мелкозернистую структуру с размером зерен ~8 мкм для сплава ВТ25У и ~2 мкм для О-сплава. Затем из мелкозернистых заготовок вырезают пластины толщиной 4-8 мм. Поверхности пластин, подвергаемые соединению, полируют, собирают пластины в пакет, помещают пакет в стальную оболочку и подвергают сварке в условиях сверхпластичности посредством прокатки с предварительным нагревом в печи до температуры 950°С.

По окончании процесса прокатки пакет охлаждают на воздухе и удаляют стальную оболочку.

Описанным способом был изготовлен двухслойный и трехслойный композиционный материал титановый сплав-алюминид титана (ВТ25У-О-сплав). Образцы слоистого композиционного материала были подвергнуты микроструктурному и энергодисперсионному микрорентгеноспектральному анализу.

Анализ микроструктуры слоистого композиционного материала показал, что зона твердофазного соединения не содержит пор. Испытания на срез показали, что сдвиговая прочность двухслойного слоистого композиционного материала, равная 710 МПа, выше на 22,4%, чем в случае О-сплава (580 МПа), но уступает на 22,5% титановому сплаву ВТ25У (870 МПа), то есть имеет промежуточное значение. Этот факт свидетельствует о высоком качестве диффузионного соединения компонентов в слоистом композиционном материале.

Испытания на растяжение показали, что пластичность слоистого композиционного материала ниже по сравнению с пластичностью титанового сплава, но прочность слоистого композиционного материала сопоставима с прочностью О-сплава и соответственно выше по сравнению с прочностью титанового сплава. Что наиболее существенно, в интервале температур 500-700°С прочность слоистого композиционного материала в среднем на 25% превосходит прочность титанового сплава.

Сравнение полученных высокотемпературных свойств слоистого композиционного материала с высокотемпературными свойствами О-сплава показало, что эти свойства сопоставимы.

Однако дальнейшие исследования свойств слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана (О-сплав) посредством механических испытаний на растяжение отдельных его слоев показали, что монолитный слой О-сплава в зоне, прилегающей непосредственно к зоне соединения, характеризуется пониженной прочностью по сравнению с прочностью слоев, более удаленных от зоны соединения. Зона соединения образуется при совместной деформации микровыступов на поверхностях соединяемых заготовок.

Учитывая тот факт, что даже при самом высоком качестве соединения прочность зоны соединения не может быть стопроцентно равна прочности основного материала, снижение к тому же прочности алюминида титана в прилегающей зоне приводит к увеличению ширины слоя, характеризующегося пониженной прочностью, в слоистом композиционном материале.

Причина снижения прочности алюминида титана была установлена при более детальном исследовании результатов энергодисперсионного микрорентгеноспектрального анализа упомянутых зон заготовок [3].

При диффузионной сварке заготовок из титанового сплава и алюминида титана количество титана в зоне соединения обуславливается преимущественно за счет его диффузии из титанового сплава, а количество алюминия в зоне соединения - преимущественно за счет его диффузии из алюминида титана. Причем отмеченные диффузионные процессы протекают на заключительной стадии сварки - стадии объемного взаимодействия после установления между заготовками физического контакта [6]. Для обеспечения качественного соединения активное протекание диффузионных процессов является большим плюсом. Однако в рассматриваемом случае происходит частичное, но крайне нежелательное обеднение алюминида титана алюминием - основным элементом, обуславливающим требуемые прочностные свойства слоистого композиционного материала, причем в зоне, прилегающей к зоне соединения, которая по сравнению с основным материалом, как уже отмечалось, традиционно считается ослабленной. Здесь необходимо отметить, что алюминий обуславливает требуемые прочностные свойства слоистого композиционного материала только в составе алюминида титана, то есть будучи связанным с титаном.

Известен способ сварки с использованием промежуточной прокладки [7], в котором прокладка используется для того, чтобы избежать при сварке обеднения одного из свариваемых материалов каким-либо легирующим элементом и тем самым сохранить первоначальные свойства этого материала, в том числе прочность. Прокладку располагают между свариваемыми заготовками в качестве барьера. Прокладку изготавливают из материала, который выбирается так, чтобы коэффициент его диффузии в основной материал был выше, чем для элементов основного металла в прокладку, при этом толщину прокладки выбирают из условия, чтобы прокладка выполняла функцию барьера на протяжении всего времени диффузионной сварки ~2 часов, включая стадию объемного взаимодействия. Материал прокладки не всегда успевает диффундировать в свариваемые заготовки, однако в большинстве случаев этого и не требуется. При этом является само собой разумеющимся, что прокладка должна быть выполнена из материала, не расплавляющегося при температуре диффузионной сварки основных заготовок, поскольку в противном случае под действием приложенного давления материал прокладки выдавится из зазора между заготовками еще на стадии установления физического контакта.

В случае изготовления слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана наличие дополнительной прослойки из третьего материала не предусмотрено.

Перед изобретением была поставлена задача повышения прочности слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана по сравнению с прочностью такого же слоистого композиционного материала, изготовленного по известному способу [3] без изменения состава композиционного материала.

Поставленная задача решается за счет того, что изобретение обеспечивает достижение технического результата, который заключается в восполнении «потери» алюминия в заготовке из алюминида титана в зоне, прилегающей к зоне соединения, посредством добавления необходимого оптимального количества алюминия в поверхностные свариваемые слои обеих заготовок до установления между заготовками физического контакта.

Технический результат достигается в том случае, когда способ изготовления слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана, включающий сборку исходных заготовок из указанных сплавов в пакет, нагрев пакета и приложение к пакету давления для диффузионной сварки заготовок, отличается от известного способа тем, что в процессе сварки до момента достижения физического контакта между свариваемыми заготовками осуществляют диффузионное насыщение свариваемых поверхностных слоев заготовок алюминием, для чего при сборке заготовок в пакет между свариваемыми поверхностями заготовок прокладывают алюминиевую фольгу толщиной не более 0, 3 мм.

При использовании для герметизации пакета металлической оболочки размеры последней выбирают с учетом размещения в ней облоя, образующегося вследствие выдавливания алюминия при приложении к пакету давления при сварке.

Рассмотрим причинно-следственную связь приведенной совокупности существенных признаков с достигаемым техническим результатом. При этом под оптимальным количеством алюминия, который должен быть добавлен в поверхностные свариваемые слои заготовок, понимается, с одной стороны, количество алюминия, не изменяющее состав как поверхностных слоев обеих свариваемых заготовок, так и зоны соединения, то есть минимизация его количества. С другой стороны, количество добавляемого алюминия должно быть достаточным, чтобы на стадии объемного взаимодействия восполнить «потерю» алюминия в заготовке из алюминида титана в зоне, прилегающей к зоне соединения.

Для того чтобы необходимое оптимальное количество алюминия могло быть добавлено именно в образующие зону соединения поверхностные слои свариваемых заготовок, диффузионное насыщение заготовок алюминием должно осуществляться непосредственно в процессе сварки.

Алюминий может быть добавлен в поверхностные слои заготовок только до момента достижения физического контакта между свариваемыми заготовками. В процессе установления физического контакта за счет сжатия заготовок под действием значительного по величине давления алюминий начинает выдавливаться из зазора между заготовками, в результате остается только та небольшая часть алюминия, которая при сближении заготовок оказывается запертой среди микронеровностей на свариваемых поверхностях заготовок. Учитывая обстоятельство, что поверхности, предназначенные для сварки, тщательно обрабатываются путем шлифования и даже полирования с достижением чистоты поверхности, характеризующейся параметром Ra не более ~0,2 мкм, толщина слоя алюминия после его выдавливания из зазора между заготовками составляет ~0,5 мкм. Далее и это количество алюминия в момент установления между заготовками физического контакта удаляется. Причем время установления физического контакта в общем случае не превышает ~10 мин, а при диффузионной сварке посредством прокатки ~ 2-3 мин [6]. С учетом отмеченных явлений, сопровождающих процесс установления физического контакта между заготовками, и их продолжительности на этой стадии удается только минимизировать добавляемое количество алюминия, но не удается обеспечить достаточное количество алюминия, которое при объемном взаимодействии может восполнить «потерю» алюминия в заготовке из алюминида титана в зоне, прилегающей к зоне соединения.

Однако диффузия алюминия в поверхностные слои заготовок начинается уже в процессе нагрева пакета заготовок под сварку с момента времени достижения температуры, достаточной для развития процесса диффузии. Хотя отрезок времени от момента достижения указанной температуры до момента времени приложения давления к пакету заготовок и выдавливания алюминия также является небольшим, но именно на данной стадии появляется возможность обеспечить диффузию достаточного количества алюминия за счет ускорения процесса диффузии. Здесь необходимо отметить, что давление к пакету заготовок прикладывают сразу же по достижении температуры сварки, поскольку в противном случае происходит интенсивный рост зерен в заготовках, способный в значительной степени снизить качество соединения.

При создании изобретения проблема привнесения в поверхностные слои заготовки достаточного количества алюминия была решена за счет ускорения процесса диффузии путем выбора первоначальной толщины диффундирующего слоя.

Известно, что только малое количество диффундирующего вещества, в данном случае алюминия, другими словами, его тонкий слой может обеспечить быструю диффузию [8]. В соответствии с зависимостями, приведенными в указанном источнике, при увеличении толщины слоя, из которого происходит диффузия в образец, в два раза скорость и соответственно глубина проникновения в образец диффундирующего вещества снижаются почти в четыре раза. Физически это явление, по-видимому, можно объяснить тем, что атомы, активно диффундирующие в образец в начальные моменты времени, как бы затормаживают продвижение последующих атомов. Безусловно, при отсутствии ограничения по времени диффузия будет продолжаться, как это происходит в известном способе [7], но не в рассматриваемом случае. При создании изобретения была определена толщина прокладки, а именно не более 0,3 мм, которая может обеспечить диффузию алюминия в необходимом количестве и с необходимой скоростью за ограниченное время в зону соединения и в прилегающие к ней зоны обеих заготовок.

Как показали результаты энергодисперсионного микрорентгеноспектрального анализа образцов слоистого композиционного материала, изготовленного по заявляемому способу с использованием алюминиевой фольги, прокладываемой между свариваемыми заготовками (см. табл.1), диффузионное насыщение алюминием происходит преимущественно по вершинам микровыступов на отполированной поверхности свариваемых заготовок. Причем диффузионное насыщение микровыступов на поверхности заготовки из алюминида титана происходит на меньшую глубину по сравнению с заготовкой из титанового сплава из-за меньшего градиента по содержанию алюминия. Рассматриваемые микровыступы на поверхности обеих заготовок в результате совместной деформации при образовании физического контакта образуют зону соединения толщиной ~0,5-1 мкм. Далее в процессе сварки за счет диффузионного массопереноса происходит перераспределение элементов сплава обеих заготовок, в том числе алюминия, привнесенного извне, между зоной соединения и зонами обеих заготовок, прилегающими к зоне соединения.

При этом в зоне заготовки из алюминида титана, прилегающей к зоне соединения, уже не происходит потери алюминия. В зоне заготовки из титанового сплава, прилегающей к зоне соединения, происходит некоторое увеличение количества алюминия, но без изменения химического состава сплава (см. табл.1), что дополнительно увеличивает прочность этой зоны. Последнее обстоятельство приводит к увеличению толщины слоя в композиционном материале, характеризующегося повышенной прочностью, и к еще большему повышению прочности в целом композиционного материала.

Кроме того, в процессе приложения давления при вытеснении расплава алюминия происходит дополнительное очищение расплавом свариваемых поверхностей от остатков окисных пленок, что повышает еще более прочность.

При использовании в процессе сварки для герметизации пакета металлической оболочки размеры последней выбирают с учетом размещения в ней облоя, образующегося вследствие вытеснения алюминия при приложении к пакету давления при сварке.

Изобретение поясняется примером конкретного выполнения.

В примере в качестве материала заготовки из титанового сплава использовали сплав ВТ25У (Ti-12Al-0.7Sn-2.17Zr-2Mo-0.26W-0.34Si), что не исключает использования других титановых сплавов. В качестве материала заготовки из алюминида титана использовали орторомбический алюминид титана - О-сплав (Ti-23Al-22.7Nb-1.1V-0.6Zr-0.2Si-0.3C), что не исключает использования других алюминидов титана. Выбор указанных сплавов для изготовления слоистого композиционного материала был продиктован необходимостью осуществить наглядное сравнение результатов энергодисперсионного микрорентгеноспектрального анализа образцов слоистого композиционного материала, изготовленного по способу, являющемуся ближайшим аналогом, и заявляемому способу. С этих же позиций были выбраны совпадающие со способом-прототипом размеры исходных заготовок, их структура и режимы диффузионной сварки.

Приведен пример изготовления двухслойного композиционного материала, поскольку такой признак, как количество слоев, не влияет на возможность решения задачи изобретения. Механические свойства двухслойного и трехслойного композиционного материала с возможностью их сравнения между собой приведены при описании известного способа [3].

Пример. Размещали между свариваемыми заготовками при сборке их в пакет алюминиевую фольгу толщиной 0,3 мм.

Так же, как в способе, являющемся ближайшим аналогом в исходном состоянии, заготовки из обоих сплавов имели крупнозернистую структуру. В кованом прутке диаметром 270 мм из титанового сплава размер β-превращенных зерен варьировался в интервале 1-1,5 мм. В слитке диаметром 115 мм и высотой 155 мм из О-сплава размер зерен варьировался в интервале 0,5-3 мм. С использованием метода всесторонней изотермической ковки в обеих промежуточных заготовках получили однородную по объему заготовок равноосную мелкозернистую структуру с размером зерен ~8 мкм для сплава ВТ25У и ~2 мкм для О-сплава. Затем из мелкозернистых заготовок вырезали пластины толщиной 6 мм, шириной 100 мм и длиной 150 мм. Поверхности пластин, подвергаемые соединению, отполировали, собрали пластины в пакет, поместили пакет в стальную оболочку. При этом размеры: длина и ширина стальной оболочки взяты на 5 мм большими, чем соответствующие размеры свариваемых пластин с учетом размещения в оболочке выдавливаемого при приложении к пакету давления алюминия в виде облоя. Размещенный в оболочке пакет нагрели в печи до температуры 950°С.

Время нагрева составило 20 минут. Далее осуществили диффузионную сварку заготовок посредством прокатки в условиях сверхпластичности за 2 прохода. Общее время сварки составило 10 минут, из них время установления физического контакта составило ~ 3 мин.

По окончании процесса прокатки пакет охладили на воздухе и удалили стальную оболочку и небольшое количество облоя по периметру пакета.

Приложение давления при диффузионной сварке посредством прокатки не исключает случаев приложения давления посредством прессового оборудования при использовании заготовок, по форме и размерам отличных от листовых заготовок.

В обеих таблицах

1 - зона заготовки из О-сплава, следующая за зоной, прилегающей к зоне соединения;

2 - зона заготовки из О-сплава, прилегающая к зоне соединения, толщиной ~10 мкм;

3 - зона соединения толщиной ~1 мкм;

4 - зона заготовки из сплава ВТ25У, прилегающая к зоне соединения, толщиной ~10 мкм;

5 - зона заготовки из сплава ВТ25У, следующая за зоной, прилегающей к зоне соединения.

Зоны 1 и 5 в заготовках имеют состав соответственно О-сплава и сплава ВТ25У.

Как следует из приведенных в таблицах 1 и 2 результатов, при диффузионной сварке в зоне соединения происходит перераспределение элементов свариваемых заготовок.

Сравнение данных, приведенных в таблицах 1 и 2, подтверждает факт достижения описанных выше преимуществ заявляемого способа по сравнению со способом, являющимся ближайшим аналогом.

Образцы слоистого композиционного материала были подвергнуты также микроструктурному анализу, результаты которого, характеризующие качественное беспористое соединение, совпали с результатами, полученными при микроструктурном анализе образцов слоистого композиционного материала, изготовленного по способу-прототипу [3].

Были исследованы механические свойства на растяжение при комнатной и повышенных температурах двухслойного композиционного материала, полученного по способу, являющемуся ближайшим аналогом, и заявляемому способу.

Механические испытания показали, что как при комнатной температуре, так и при повышенных температурах в интервале 500-700°С прочность слоистого композиционного материала, изготовленного по заявляемому способу, превосходит прочность слоистого композиционного материала, изготовленного по способу-прототипу. Величина относительного удлинения в обоих случаях оказалась одинаковой (см. таблицы 3, 4).

Таблица 1
Результаты энергодисперсионного анализа (ат.%) слоистого композиционного материла титановый сплав ВТ25У - О-сплав, изготовленного по заявляемому способу
Зоны Al Si Ti V Zr Nb Mo Sn W
1 22,20 0,14 48,81 1,98 0,19 26,68 - - -
2 22,12 0,22 51,57 1,15 0,23 24,32 0,28 0,06 0,05
3 19,08 0,36 57,60 0,91 0,94 20,18 0,61 0,20 0,12
4 16,36 0,50 69,56 0,85 1,52 9,91 0,27 0,87 0,16
5 12,24 0,52 81,61 0,08 1,96 0,52 1,95 0,91 0,21
Таблица 2
Результаты энергодисперсионного анализа (ат.%) слоистого композиционного материла титановый сплав ВТ25У - О-сплав, изготовленного по способу, являющемуся ближайшим аналогом [3]
Зоны Al Si Ti V Zr Nb Mo Sn W
1 22,22 0,12 48,86 2,11 0,22 26,47 - - -
2 18,62 0,08 58,34 0,99 0,89 20,59 0,33 0,08 0,08
3 15,68 0,06 64,21 0,84 1,01 17,46 0,52 0,11 0,10
4 14,28 0,26 69,63 0,45 1,31 12,28 1,12 0,51 0,16
5 12,12 0,46 82,01 - 1,96 0,48 1,88 0,89 0,20
Таблица 3
Механические свойства двухслойного композиционного материала титановый сплав-алюминид титана при комнатной температуре
Свойства Изготовленный по способу-прототипу Изготовленный по заявляемому способу
σв, МПа 1250 1290
δ, % 3 3
Таблица 4
Механические свойства двухслойного композиционного материала титановый сплав-алюминид титана при повышенных температурах
Свойства Изготовленный по способу-прототипу Изготовленный по заявляемому способу
500 σв, МПа 1050 1100
δ, % 8 8
600 σв, МПа 835 855
δ, % 12 12
700 σв, МПа 610 625
δ, % 18 18

Источники информации

1. Зарапин Ю.Л., Чиченев Н.А., Чернилевская Н.Г. Производство композиционных материалов обработкой давлением: Справ изд. М.: Металлургия, 1991. 351 с.

2. Поварова К.Б., Бурмистров В.И., Антонова А.В., Гнидаш СВ., Вепринцев К.В. Исследование и разработка способа получения заготовок слоистых композитов на основе TiAl, содержащих вязкую составляющую. // Металлы. 2006, №3. С.76-82.

3. Галеев P.M., Валиахметов О.Р., Сафиуллин Р.В., Имаев В.М., Имаев P.M. Микроструктура и свойства слоистого композита титановый сплав-орторомбический алюминид титана. // Физика металлов и металловедение. 2009, Том 107, №3. С.331-336.

4. Рыбин В.В., Семенов В.А., Семенов А.Н. и др. Микроструктура биметаллического соединения титановый сплав-орторомбический алюминид титана (диффузионная сварка). // Вопросы материаловедения. 2004, Том 38, №2. С.47-60.

5. АС SU 965675, МПК B23K 20/14, 1982 г.

6. Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. М.: Машиностроение, 1986. 280 с.

7. Сварка. Резка. Контроль. Справочник. В 2-х томах под ред. Н.П.Алешина, Г.Г.Чернышева. - М.: Машиностроение, 2004. Т.1, С.514-515.

8. Металловедение и термическая обработка стали. Справочное издание в 3-х томах под редакцией М.Л.Бернштейна, А.Г.Рахштадта. - 4-е изд. перераб. и доп. М. «Металлургия». 1995. Т.2, раздел 24.2, стр.58-61. Уравнения диффузии. Решения. Экспериментальные результаты, рис.24.1 и 24.2.

1. Способ изготовления слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана, включающий сборку исходных заготовок из указанных сплавов в пакет, нагрев пакета и приложение к пакету давления для диффузионной сварки заготовок, отличающийся тем, что в процессе сварки до момента достижения физического контакта между свариваемыми заготовками осуществляют диффузионное насыщение свариваемых поверхностей заготовок алюминием, для чего при сборке заготовок в пакет между свариваемыми поверхностями заготовок прокладывают алюминиевую фольгу толщиной не более 0,3 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании для герметизации пакета металлической оболочки размеры последней выбирают с учетом размещения в ней облоя, образующегося вследствие выдавливания алюминия при приложении к пакету давления при сварке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии соединения конструктивных элементов изделий, работающих в условиях высоких термомеханических нагрузок. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления многослойных металлических листов, в том числе с субмикро- и наноразмерной структурой.
Изобретение относится к области сварки давлением заготовок из титанового сплава через промежуточную прокладку из титанового сплава с размером зерен менее 1 мкм и может быть использовано в промышленности для изготовления разнообразных изделий, в том числе сложнопрофильных и/или крупногабаритных изделий из отдельных более мелких и/или простых по форме заготовок.

Изобретение относится к области диффузионной сварки, а именно к сварке труб из разнородных материалов, обладающих различной пластичностью при температуре сварки. .
Изобретение относится к диффузионной сварке встык коротких толстостенных труб из разнородных сталей. .

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для наплавки деталей, испытывающих износ трением металла по металлу в условиях многократных теплосмен, например, валков горячей прокатки, опорных валов, деталей металлургического оборудования и др.
Изобретение относится к области сварки давлением заготовок из титанового сплава через промежуточную прокладку из титанового сплава с размером зерен менее 1 мкм и может быть использовано в промышленности для изготовления разнообразных изделий, в том числе сложнопрофильных и/или крупногабаритных изделий из отдельных более мелких и/или простых по форме заготовок.
Изобретение относится к способам диффузионной сварки меди и низкоуглеродистой стали или армко-железа и может быть использовано при изготовлении узлов электровакуумных приборов (ЭВП), например полюсных наконечников, используемых в этих приборах в качестве магнитопроводов, или замедляющих систем.

Изобретение относится к получению неразъемных соединений деталей и узлов из жаропрочных сплавов между собой и с другими сталями и сплавами и может быть использовано в авиационно-космической промышленности при изготовлении, прежде всего, ротора турбины газотурбинных двигателей, а также в газовой отрасли промышленности.
Изобретение относится к диффузионной сварке химически активных разнородных металлов и сплавов под давлением при нагреве через промежуточный слой, например деталей соединения трубопроводов (переходников), одна или обе из которых может быть выполнена с проточками или канавками на свариваемой поверхности, и может быть использовано в атомной, криогенной технике и других областях.

Изобретение относится к электронным устройствам, использующим микроканальные пластины (МКП), а более конкретно к способам соединения микроканальной пластины с другими компонентами.
Изобретение относится к области изготовления труб из конструкционных среднеуглеродистых или низколегированных сталей, а именно к способу изготовления насосно-компрессорных труб (НКТ) и может найти применение в нефтяной и газовой промышленности.

Изобретение относится к диффузионной сварке в вакууме коротких труб из разнородных материалов методом роликовой раскатки охватываемой трубы при температуре диффузионной сварки.

Изобретение относится к технологии получения неразъемного соединения диффузионной сваркой в вакууме через прослойку и может быть использовано в электронной, ювелирной промышленности и других областях техники.
Изобретение относится к диффузионной сварке деталей из металлов и сплавов под давлением и нагреве через промежуточный слой. .
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления плоских биметаллических заготовок широкого размерного сортамента по толщине и соотношению толщин слоев.
Наверх