×
27.05.2020
220.018.20fd

ПРОВОЛОКА СВАРОЧНАЯ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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 для изготовления конструкций судостроительной, авиационной и космической техники, а также энергетических установок. Сварочная проволока содержит алюминий, ванадий, молибден, цирконий, хром и титан, а также ограниченное содержание примесей при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминий 3,5-4,5; ванадий 1,5-2,5; молибден 1,5-2,5; цирконий 1,0-2,0; хром 0,5-0,7; углерод не более 0,05; кислород не более 0,12; азот не более 0,03; водород не более 0,003; титан - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение характеристик прочности металла шва (до 973 МПа) при сохранении характеристик пластичности. 3 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

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, предназначенных для использования в качестве конструкционного высокопрочного высокотехнологичного материала для изготовления конструкций судостроительной, авиационной и космической техники, а также энергетических установок.

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; титан - остальное.

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, В.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; титан - остальное);

- 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; титан - остальное);

- 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; титан - остальное).

Использование сварочной проволоки марки ВТ20-2св для изготовления сварных соединений титановых сплавов, например, сплава марки ВТ20, приводит к уменьшению временного сопротивления металла шва 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; титан - остальное);

- 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; титан - остальное).

Недостатком вышеперечисленных сварочных проволок при использовании их в качестве присадочного материала в процессе аргонодуговой 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 и содержащая, масс. %: 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; титан - остальное.

Техническим результатом предложенного изобретения является создание сварочной проволоки для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов высокопрочных титановых (α+β)- и псевдо-β-сплавов, обеспечивающей повышение характеристик прочности металла шва (до 973 МПа) при сохранении характеристик пластичности.

Технический результат достигается в результате того, что сварочная проволока на основе титана включает алюминий, ванадий, молибден, цирконий, хром, остальное примеси при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюминий 3,5-4,5; ванадий 1,5-2,5; молибден 1,5-2,5; цирконий 1,0-2,0; хром 0,5-0,7; углерод не более 0,05; кислород не более 0,12; азот не более 0,03; водород не более 0,003; титан - остальное.

Предложенная сварочная проволока относится к классу низколегированных (α+β)-титановых сплавов с молибденовым эквивалентом (Моэкв) на уровне 4,42% - среднее значение (от 3,4 до 5,44%). Сплав комплексно легирован изоморфными (ванадий, молибден) и эвтектоидными (хром) β-стабилизаторами, α-стабилизаторами (алюминий) и нейтральным упрочнителем (цирконий).

Для сварочной проволоки из сплава-прототипа (СПТ-2), изготавливаемой по ГОСТ 27265, молибденовый эквивалент составляет 1,8-2,5%.

Повышение значений молибденового эквивалента связано с дополнительным легированием предложенной сварочной проволоки β-стабилизаторами (молибден, хром), что приводит 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).

Хром является эффективным упрочнителем в титановых сплавах. Содержание в сварочной проволоке хрома от 0,5 до 0,7% выбрано по причине уменьшения ликвации легирующего элемента в процессе изготовления слитка и внутри зерна, что способствует термической стабильности титановой сварочной проволоки. Помимо этого, содержание хрома ограничено в виду дополнительного легирования сплава β-стабилизаторами (хром и молибден), с целью повышения уровня механических свойств проволоки и сварных соединений.

Совместное легирование хромом и молибденом обеспечивает постоянство суммарного количества β-стабилизаторов (центральные участки дендритов обогащены молибденом, а участки прилегающие к границам - хромом) 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]. Помимо этого одновременное легирование несколькими β-стабилизирующими элементами позволяет получить более равномерный и дисперсный распад фазовых составляющих различных зон сварного соединения. Молибден в количестве до 2,5% повышает прочностные характеристики сварного соединения. При дальнейшем увеличении содержания молибдена происходит снижение пластичности, что связано с образованием большого количества пересыщенной α'-фазы в процессе термического цикла сварки.

Алюминий повышает предел прочности сварного соединения, но при введении в сплав больше 5% происходит заметное снижение пластичности и технологичности изготовления в процессе волочения проволок. С повышением содержания в сплаве алюминия увеличивается допустимое количество молибдена, что обусловлено его повышенной растворимостью в α-титане.

Ванадий умеренно упрочняет титан при незначительном снижении его пластичности, что объясняется увеличением содержания более прочной β-фазы в α-матрице. Содержание ванадия относительно сплава-прототипа понижено до 1,5-2,5%, ввиду дополнительного легирования сплава β-стабилизаторами (молибден, хром).

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.

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 0,05%.

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 выполнения:

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 металла для исследования свойств сварных соединений был выбран псевдо-β-титановый сплав марки ПТ-48 (патент RU 2690257 С1) 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);

- механические характеристики при испытаниях образцов, вырезанных из металла шва сварных соединений, на статическое растяжение по ГОСТ 6996.

В таблице 2 приведены стандартные механические свойства проволоки, изготовленной из предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Механические свойства предлагаемой сварочной проволоки выше, чем проволоки из сплава-прототипа.

В таблице 3 представлены прочностных характеристики металла шва сварных соединений, полученных ручной аргонодуговой сваркой с применением в качестве присадочного материала проволоки-прототипа (СПТ-2) и предлагаемой сварочной проволоки.

Из таблицы 3 следует, что при использовании предлагаемой сварочной проволоки в качестве присадочного материала в процессе аргонодуговой сварки титанового псевдо-β-сплава по сравнению с проволокой-прототипом (СПТ-2), значение временного сопротивления металла шва повысилось на 250 МПа, значение предела текучести на 222 МПа при сохранении характеристик пластичности на уровне сплава-прототипа.

Полученные результаты по увеличению прочности металла шва 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.

При этом комплексное легирование сварочной проволоки тремя (β-стабилизирующими элементами (Mo, Cr, V) позволяет получить однородную структуру во всех зонах сварного соединения.

Предлагаемая сварочная проволока может использоваться в качестве присадочного материала для дуговой сварки в среде инертных газов высокопрочных титановых (α+β)- и псевдо-β-сплавов в среде инертных газов. Металл шва сварных соединений, полученных с применением предлагаемой сварочной проволоки, обладает более высокими значениями временного сопротивления (973 МПа) при сохранении характеристик пластичности по сравнению с металлом шва сварных соединений, изготовленных с применением ранее известных присадочных материалов.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 251.
10.01.2013
№216.012.17dc

Способ газолазерной резки крупногабаритных деталей из композиционных материалов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству газолазерной резки композиционных материалов. Способ включает подачу лазерного луча на обрабатываемую поверхность и соосно с лучом - технологического газа, коллимирование лазерного луча, заглубление его в обрабатываемое изделие и перемещение по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471600
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18c2

Полимерная композиция

Изобретение относится к негорючим полимерным композициям холодного отверждения и может применяться для местного упрочнения конструкций в зонах установки крепежа, заполнения пустот в деталях из полимерных композиционных материалов, заделки торцов и упрочнения участков сотовых конструкций,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471830
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18cd

Грунтовочная композиция

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к грунтовочным композициям с пониженным содержанием летучих веществ холодного отверждения, предназначенным для окраски металлических и неметаллических поверхностей, и может быть использовано в авиационной технике, в строительстве и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471841
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.2454

Способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы для получения безындукционного обтекания моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использована при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Предложен новый способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы, содержащий новую технологию получения на границах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474802
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2aa5

Способ получения конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином скваратным методом

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ синтеза конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином (БСА) скваратным методом. Первоначально осуществляют взаимодействие нона-β-(1→3)-глюкозида с диэтилскваратом. Затем проводят реакцию полученного лиганда -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476444
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b51

Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым в качестве материала для получения износо- и коррозионно-стойких покрытий на функционально- конструкционных элементах методом микроплазменного или сверхзвукового холодного газодинамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476616
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2c

Способ измерения температуры поверхности конструкции резистивным чувствительным элементом, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тепло-прочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при определении их поверхностных температурных полей. Согласно заявленному способу для измерения температуры поверхности конструкции чувствительный элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476835
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2d

Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов. Согласно заявленному способу определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента регистрируют температуру воздействия и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476836
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c32

Устройство для измерения звукового давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения звукового давления. Устройство содержит датчик с емкостным чувствительным элементом с обкладками конденсатора и экранами, усилитель заряда, состоящий из операционного усилителя, резистора и конденсатора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476841
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c33

Устройство для измерения давления, температуры и теплового потока

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения в заданном участке температуры, теплового потока и давления. Техническим результатом изобретения является расширение области применения, повышение информативности и точности измерения давления,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476842
Дата охранного документа: 27.02.2013
Показаны записи 1-10 из 72.
20.02.2013
№216.012.27bf

Кассетный боеприпас

Изобретение относится к военной технике, а более конкретно к кассетным боеприпасам. Кассетный боеприпас содержит корпус, в кормовой части которого расположен отсек с парашютной системой и срезаемым элементом. Парашютная система помещена в чехол. Парашютный отсек выполнен в виде тонкостенного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475695
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b5c

Способ нанесения покрытий на титан и его сплавы методом электроискрового легирования в водных растворах при повышенных давлениях

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, приборостроении и медицинской технике. Способ включает микродуговое оксидирование (МДО) в электролите в герметичном сосуде путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476627
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.08.2013
№216.012.6084

Способ брикетирования металлической стружки

Изобретение относится к области брикетирования металлической стружки и может быть использовано преимущественно при изготовлении брикет-электродов для электрошлакового переплава (ЭШП). Металлическую стружку дробят до получения элементов двух фракций, смешивают фракции, осуществляют очистку смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490340
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.6aab

Способ изготовления заготовки обечайки активной зоны корпуса реактора типа ввэр

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных обечаек корпусов реакторов типа ВВЭР-1000. Изготавливают цельнокованую заготовку длиной не менее длины обечайки с учетом технологических припусков. Толщина стенки заготовки превышает толщину стенки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492958
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a16

Система защиты от эрозионно-коррозионного разрушения корпусов морских судов и сооружений

Изобретение относится к системам защиты от эрозионно-коррозионного разрушения подводной поверхности корпусов морских судов, морских сооружений освоения шельфа замерзающих морей, например морских стационарных и плавучих буровых платформ, и может быть использовано в другой морской технике,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496916
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.12.2013
№216.012.9106

Сплав на основе титана

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе титана с высокой коррозионной стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах, и может быть использовано в свариваемых элементах оборудования: химических производств, оффшорной техники и судостроения. Сплав...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502819
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.06.2014
№216.012.cd48

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с рабочим кольцом. В рабочих полостях параллельно на валу установлены роторы. Первый ротор выполняет функцию ротора компрессора и выполнен в виде диска с подпружиненной рабочей заслонкой....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518323
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.10.2014
№216.012.ff21

Способ тонкой очистки аргона от примесей азота

Предлагаемое техническое решение относится к области очистки инертных газов от газообразных примесей с помощью химических реагентов в промышленных установках, предназначенных для высокотемпературной обработки химически активных материалов. Предлагается способ тонкой очистки аргона от примесей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531169
Дата охранного документа: 20.10.2014
10.01.2015
№216.013.1d8a

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом и рабочими камерами, образованными рабочими полостями. В рабочих полостях параллельно на валу установлены ротор компрессора и ротор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538990
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.03.2015
№216.013.2f53

Жаропрочная коррозионностойкая сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным коррозионностойким сталям, используемым в атомной энергетике и машиностроении в установках, эксплуатирующихся длительное время при температурах 500-600°C. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543583
Дата охранного документа: 10.03.2015
+ добавить свой РИД