Спосіб зварювання тиском тугоплавких металів з сталями

Способ сварки давлением тугоплавких металлов со сталями, включающий локальный нагрев в вакууме зоны соединения и однократное ударное нагружение, отличающийся тем, что предварительно производят обезуглераживание поверхности стали, подлежащей сварке, а при локальном нагреве зоны соединения до температуры сварки производят изотермическую выдержку при температуре, не выше А1 в течение 15-20 мин, где А1 – значение эвтектоидной температуры. (19) (21) 97020512 (22) 07.02.1997 (24) 15.11.2000 (33) UA (46) 15.11.2000, Бюл. № 6, 2000 р. (72) Арсенюк Валерій Васильович, Герцрикен Діна Соломонівна, Мазанко Володимир Федорович, Тишкевич Віктор Михайлович, Фальченко Віталій Митрофанович (73) ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ HАH УКРАЇНИ 29715 сварки производят изотермическую выдержку в вакууме при температуре не выше А1. Изотермическая выдержка способствует рафинированию свариваемых материалов, которое сопровождается удалением из зоны соединения используемых для обезуглераживания газообразных элементов. Выдержка должна быть не менее 15 минут, так как ее уменьшение не приводит к полному удалению газообразных примесей, что отрицательно сказывается на механических свойствах (см. таблицу). Таким образом достигается сварка тугоплавких металлов со сталями без охрупчивания зоны сварного шва при сохранении его механических свойств на уровне соединяемых материалов. Примером реализации предложенного соединения может служить сварка ниобия и молибдена со сталью Ст. 45. Подлежащие сварке образцы стали предварительно подвергали обезуглераживанию. Обезуглераживание осуществляли путем изотермического отжига в техническом форвакууме 1,33 Па. Интенсивное обезуглераживание стали имеет место при температуре выше 980°С, при которой в результате значительного ускорения диффузии углерода в g-фазе имеет место преобладающее развитие обезуглераживания над окалинообразованием (Энциклопедия неорганических материалов, Киев: изд. Украинская Советская энциклопедия, 1977, т. 2, с. 88). В этой связи обезуглераживание вели при 1000°С в течение 10 минут. Затем подлежащие сварке образцы ниобия, молибдена и стали диаметром 10 мм и длиной 20 мм помещали в устройство для однократного ударного нагружения (см. Э.С. Каракозов. Сварка металлов давлением, М.: Машиностроение, 1986), которое откачивали до вакуума 5-10-4 Па и производили локальный нагрев зоны соединения. По достижении температуры 720°С производили изотермическую выдержку по режимам, приведенным в таблице, после которой образцы нагревали до температуры сварки (1200°С). По достижении температуры сварки соединяемые поверхности подвергали однократному ударному нагружению со скоростью 200 с-1. Сваренные попарно образцы подвергали механическим испытаниям, которые показали, что разрушение сварных образцов происходит, в отличие от известного способа, по ниобию или молибдену, в силу чего механические свойства cвaрногo шва были на уровне этих материалов (см. таблицу). Таблица что углерод, который и в твердой фазе обладает высокой скоростью миграции при импульсном нагружении благодаря явлению аномального массопереноса, беспрепятственно проникает через расплавленную прослойку, что влечет за собой образование в зоне соединения карбидных фаз, охрупчивание сварного шва и снижение его механических свойств. Технической задачей является создание способа сварки давлением тугоплавких металлов со сталями, который обеспечивает получение неразъемных соединений без образования в зоне сварки хрупких карбидных фаз и, тем самым, позволяет повысить механические свойства сварного шва до уровня соединяемых материалов. Поставленная техническая задача решается за счет локального нагрева в вакууме зоны соединения и однократного ударного нагружения, причем предварительно перед локальным нагревом зоны соединения до температуры сварки и однократным ударным нагружением производят обезуглераживание свариваемой поверхности стали, а при локальном нагреве зоны соединения до температуры сварки производят изотермическую выдержку при температуре не выше температуры А1 в течение 15-20 минут. Процесс обезуглераживания стали хорошо известен и достаточно изучен. Он сопровождается обеднением поверхностного слоя стали углеродом, что приводит к образованию в этом слое феррита вместо перлита (см. Энциклопедия неорганических материалов, Киев: изд. Украинская Советская энциклопедия, 1977, т. 2, с. 88). Таким образом обеспечивается подготовка поверхности стали к сварке импульсным нагружением с тугоплавким металлом. Сварке подвергается уже не пара тугоплавкий металл - сталь, а тугоплавкий металл соединяют с материалом, который содержит в приповерхностном слое феррит, и тем самым предотвращается образование в сварном шве нежелательных карбидных фаз, снижающих за счет охрупчивания его механические свойства. Однако в процессе обезуглераживания имеет место насыщение зоны соединения компонентами обезуглераживающей газообразной среды, что нежелательно из-за их отрицательного влияния на свойства и структуру образующегося сварного шва. Чтобы избежать этого, при локальном нагреве зоны соединения до температуры Механические свойства сварных соединений Предел прочности, кГ/мм2 Относительное удлинение, % Сварное соединение Время изотермической выдержки, мин Nb - сталь Mo - сталь 10* 15 18 20 25 10* 15 18 20 25 27 34 36 36 35 42 57 56 58 57 43 52 53 51 52 11 15 18 17 16 * - Образцы разрушились по сварному шву. 2 29715 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 3