ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ТВЕРДОФАЗНОГО СОЕДИНЕНИЯ СПЛАВА ОТ4-1, ПОЛУЧЕННОГО ХОЛОДНОЙ ТУГОЙ ПОСАДКОЙ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

Исследованы закономерности влияния максимальной величины деформационно-напряженного состояния, полученного в условиях  холодной тугой посадки заготовок системы вал – отверстие при образовании твердофазного диффузионного соединения (ТДС) и последующем температурном воздействии в автономном вакууме, на эволюцию структурных изменений и свойства приконтактной облас ти (ПО)  неразъемного соединения сплава ОТ4-1. Показано, что в процессе холодной пластической деформации сплава при образовании ТДС в микроструктуре  ПО  наблюдается  деформационный  рельеф  (следы  скольжения  по  границам  зерен),  уменьшение  площади  контактных  поверхностей  и  объемное  взаимодействие  как  в  плоскости  контакта  (искривление  зерен),  так  и  в  объеме  зоны  контакта  (очаги  выхода  дислокаций). Основные показатели, а именно, удельный параметр организации структуры, плотность зерен, средняя плотность границ зерен  и развитость границ зерен интерфейса структурного состояния в 10, 4, 1,8 и 1,5 раза соответственно превышают таковые основного металла  в  исходном  состоянии.  Температурные  воздействия  в  условиях  автономного  вакуума  в  интервале  фазовых  превращений  α → β  приводят  к стадийности структурных изменений как в основном металле, так и в ПО ТДС. В первоначальный момент в микроструктуре появляется  глобулярная  составляющая,  переходящая  вновь  в  игольчатую  структуру  исходного  состояния  (с  некоторым  ростом  микротвердости)  при  увеличении времени выдержки, а также при повышении температуры. Впервые установлено явление появления стадии образования глобулярной структуры при нагреве пластически деформированного металла не только в температурно-временных условиях фазового превращения, а и при повышенных температурах, причем чем выше температура нагрева, тем меньше время существования этой стадии. Кроме  того, при меньших степенях пластической деформации стадия глобуляризации структуры наблюдается при температурах, близких к температуре полиморфных превращений Т_пп , и меньших выдержках. Для основного металла (степень деформации незначительная) глобулярная  структура  исчезает  практически  полностью  после  нагрева  в  течение  10  мин  при  950  °С.  Для  деформационно-напряженного  состояния  холодно-деформированной ПО ТДС глобулярная структура исчезает при нагреве в течение 1 ч при 950 °С, 40 мин – при 975 °С, 20 мин –  при 1000 °С. При этих температурах практически полностью завершается процесс «залечивания» несплошностей, то есть исчезает линия  соединения, образуется по микроструктуре сплошной металл ПО, не отличающийся от основного металла, с незначительным увеличением  микроструктуры. Количественная оценка структурных изменений по основным параметрам интерфейса структурного состояния позволяет  выявить механизм, кинетику и структурную зависимость от степени пластической деформации и режимов термической обработки, обеспечивающих «залечивание» несплошностей, исчезновение границ раздела и свойства ТДС не хуже свойств основного металла.

структура, твердофазное соединение, тугая посадка, термическая обработка, интерфейс структурного состояния

1. Люшенский А.В. Диффузионная сварка разнородных материалов: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издат. центр «Академик», 2006. – 208 с.

2. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов / В.Н. Замков, В.Е. Блащук и др. – Киев: Наукова Думка, 1986. – 240 с.

3. Сименз Р.Ф., Стейнберг М.А. Требования к сплавам и конструирование планера самолета. – В кн.: Проблемы разработки конструкционных сплавов / Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1980. С. 136 – 155.

4. Сварка высокопрочных титановых сплавов / С.М. Гуревич, Ф.Р. Куликов, В.Н. Замков и др. – М.: Машиностроение, 1975. – 150 с.

5. Петрунин И.Е. Справочник по пайке. – М.: Машиностроение, 2003. – 480 с.

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

7. Диффузионная сварка титана и его сплавов / А.В. Бондарь, В.В. Пешков, Л.С. Киреев, В.В. Шурупов. – Воронеж: изд. ВГУ, 1998. – 256 с.

8. Петренко В.Р. Металловедение диффузионной сварки титана. – М.: Издательский центр «Технология машиностроения», 2005. – 315 с.

9. Yilbas B.S., Sahin A.Z. Friction welding: Thermal and Metallurgical Characteristics. – New York: Springer, 2014. – 71 p.

10. Friction Stir Welding and Processing VI / R.S. Mirsha, M.W. Mahoney, Y. Sato, Y. Hovanski, R. Verman. – New Jersey: John Wiley&Sons, Inc., 2011. – 416 p.

11. Бойко Н.В., Хазов И.А., Селезнева Л.В., Бушмин Б.В., Семенов А.Н., Дубинин Г.В., Новожилов С.Н., Плышевский М.И. Структура сварного соединения титановый сплав – аустенитная сталь, полученного сваркой давлением с промежуточными покрытиями // Материаловедение и термическая обработка металлов. 2012. No 9. С. 14 – 18.

12. Kundu S., Chatterjee S., Bhola S.M., Mishra B. Strukture and properties of solid state diffusion bonding of 17-4PH stainless steel and titanium // Materials Science and Technology. 2014. No. 30. P. 248 – 256.

13. Булков А.Б., Пешков В.В., Балбеков Д.Н., Небольсин С.М., Мальцев Г.В. Диффузионная сварка титановых заготовок через прослойку с высоким сопротивлением деформации // Сварочное производство. 2013. No 11. С. 12 – 16.

14. Зеер Г.М., Зеленкова Е.Г., Королева Ю.П., Михеев А.А., Прокопьев С.В. Диффузионная сварка через промежуточные слои // Сварочное производство. 2012. No 7. С. 38 – 43.

15. Deng Y., Sheng G., Huang Z., Fan L. Microstructure and mechanical properties of diffusion bonded titanium / 304 stanless steel joint whit pure Ag interlayer // Science and Technology of Welding and Joining. 2013. No. 18. P. 143 – 146.

16. Sheng G., Xu C., Deng Y. Evolution of the microstructure and mechanical properties of diffusion bonded joints of titanium to stainless steel with a pure silver interplayer // Materials&Design. 2013. No. 46. P. 84 – 87.

17. Булков А.Б., Пешков В.В., Петренко В.Р., Балбеков Д.Н. Анализ процесса деформации металла в зоне соединений при диффузионной сварке титановых оболочковых конструкций // Сварочное производство. 2011. No 11. С. 56 – 61.

18. Пешков В.В., Булков А.Б., Сафонов С.В., Петренко В.Р., Балбеков Д.Н., Киреев Л.С. Механизм образования соединения при диффузионной сварке титана // Сварочное производство. 2012. No 12. С. 23 – 28.

19. Булков А.Б., Балбеков Д.Н., Пешков В.В., Стрыгин А.И. Кинетика развития физического контакта при диффузионной сварке титана // Сварочное производство. 2013. No 10. С. 41 – 49.

20. Wood N. SPE/DB spells fabricating breakthrough for titanium.Machine and Tool // Blue Book. 1978. Vol. 73. No. 10. P. 98 – 107.

21. Муравьев В.И., Бахматов П.В., Саблин П.А. Активация процессов формирования соединений из металлов и сплавов. – Владивосток: Дальнаука, 2012. – 366 с.

22. Муравьев В.И., Мельничук А.Ф., Бахматов П.В. Исследование влияния диффузионных процессов взаимодействия порошковых частиц сплава 2М2А и листовых заготовок из сплава ВТ20 на свойства композиционных конструкций // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. No 1. С. 42 – 45.

23. Пат. 2488475 РФ. Способ соединения заготовок вал – втулка / В.И. Муравьев, П.В. Бахматов, К.А. Мелкоступов, А.А. Евстигнеев. Заявл. 07.10.2011; опубл. 27.07.2013. Бюл. No 21.

24. Муравьев В.И., Пицык В.С. Бахматов П.В. Влияние режимов холодной пластической деформации и последующей термообработки на структуру и свойства твердофазного диффузионного соединения титановых сплавов // Сварка и диагностика. 2017. No 1. С. 17 – 22.

25. Tushinsky L., Kovensky I., Plokhov F., Sindeev V., Rechedko P. Coated Metal. Structure and Properties of Metal Coating Compositions – Berlin, Heidelberg, N.Y. Springer – Verlag, 2002. – 458 p.

26. Федер Е. Фракталы / Пер. с англ. – М.: Мир, 1991. – 254 с.

27. Основы количественной и компьютерной металлографии / В.А. Ким, О.В. Башков, А.А. Попкова и др. – Комсомольск-на-Амуре: изд. КнАГТУ, 2013. – 148 с.

28. Электронная микроскопия тонких кристаллов / П. Хирш, А. Хови, Р. Николсон и др. – М.: Мир, 1968. – 574 с.

29. Sturm F. Die röntenographische Ermittlung der kohärentlange, Git tervezerrubg und Strapelfehlerdicte in Rupfer – Felspanem // Zeitschrift fur Metallkünde. 1969. Vol. 60. No. 6. P. 541 – 545.

30. Van Dijck I.A. The direct observation in the transmission electron microscope of the heavily deformed surface layer of a cooper pin after dry sliding against a sterling // Wear. 1976. No. 42. Р. 106 – 117.

31. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. – М.: Машиностроение, 1985. – 240 с.

32. Карпiнос Б.С., Павленко Д.В., Качан О.Я. Деформування титанового сплаву ВТ1-0 зi субмiкрокристалiчною структурою при статичному навантаженнi // Проблемы прочности. 2012. No 1. С. 137 – 146.

33. Ruge I.,Wallheinke H.D. Zeitschrift für Metallkunde. 1977. Vol. 68. No. 2. P. 90 – 96.