Аналіз металургійної взаємодії при дуговому наплавленні бар'єрних шарів на титан для запобігання утворення інтерметалідів в з’єднаннях «титан-сталь»

Автор(и)

  • Володимир Миколайович Коржик Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0001-9106-8593
  • Vladyslav Khaskin Guangdong Welding Institute (E.O. Paton Chinese-Ukrainian Institute of Welding), Китай https://orcid.org/0000-0003-3072-6761
  • Андрій Андрійович Гринюк Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-6088-7980
  • Oleg Ganushchak Guangdong Welding Institute (E.O. Paton Chinese-Ukrainian Institute of Welding), Китай https://orcid.org/0000-0003-4392-6682
  • Володимир Олександрович Щерецький Фізико-технологічний інститут металів та сплавів Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-8561-4444
  • Святослав Ігорович Пелешенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0001-6828-2110
  • Оксана Володимирівна Конорева Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-1597-6968
  • Олексій Іванович Дем’янов Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0001-7184-3839
  • Наталія Михайлівна Фіалко Інститут технічної теплофізики НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0003-0116-7673
  • Віктор Вячеславович Квасницький Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0002-7756-5179

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.240154

Ключові слова:

біметал сталь-титан, бар’єрний прошарок, структура, інтерметалідні фази, границя розділу

Анотація

Розглянуто можливість отримання якісних стикових з'єднань біметалевих листів зі сталі, плакованої шаром титану, із застосуванням бар'єрних прошарків. Вирішувалася задача запобігання утворенню інтерметалідних фаз (ІМФ) Ti-Fe між сталлю і титановим шаром. Наплавлення бар'єрних прошарків (висотою ~0.5 мм) з ванадію і мідних сплавів виконувалося дуговими способами з мінімізацією рівня термічного впливу на основний метал. Для цього застосовували плазмове наплавлення зі струмопровідним дротом і імпульсне MAG наплавлення. Отримані зразки досліджували методами металографії, рентгеноспектрального мікроаналізу, дюрометріческого аналізу. Встановлено, що при наплавленні шару ванадію на поверхню титану, утворюється бездефектна структура змінного складу (53.87–65.67) мас. % Ti з (33.93–45.54) мас. % V без ІМФ. Подальше наплавлення сталі на шар ванадію призводить до формування евтектики (твердістю до 5523 МПа) в зоні сплавлення, а також до утворення тріщин. Для запобігання утворенню ІМФ проведено наплавлення шару бронзи CuBe2 на поверхню ванадію. Шар, який формувався при цьому, сприяв утворенню сітки гарячих тріщин. У зонах переходу титан-ванадій-мідь (шириною 0,1–0,2 мм) спостерігалася крихка фаза. Для усунення цього недоліку бронзу CuBe2 замінили бронзою CuSi3Mn1 і отримали бездефектне з’єднання. У разі використання бар'єрного шару з CuSi3Mn1 отримано бездефектне з’єднання (10–30 %Ti, 18–50 %Fe, 5–25 %Cu). Проведені дослідження дозволяють рекомендувати CuSi3Mn1 як бар’єрний прошарок для зварювання біметалевих листів «сталь-титан». Одним із застосувань результатів досліджень може бути зварювання повздовжношовних труб магістральних нафто- і газопроводів, сформованих з біметалевих листів сталі, плакованої титаном

Біографії авторів

Володимир Миколайович Коржик, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України

Доктор технічних наук, професор, член-кореспондент Національної академії наук України, керівник департаменту

Департамент електротермічних процесів обробки матеріалів

Vladyslav Khaskin, Guangdong Welding Institute (E.O. Paton Chinese-Ukrainian Institute of Welding)

Doctor of Technical Sciences, Leading Researcher

Андрій Андрійович Гринюк, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України

Кандидат технічних наук, науковий співробітник

Відділ електротермічних процесів обробки матеріалів

Oleg Ganushchak, Guangdong Welding Institute (E.O. Paton Chinese-Ukrainian Institute of Welding)

Head of Department

Department of Innovative Technologies

Володимир Олександрович Щерецький, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів Національної академії наук України

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Департамент композиційних матеріалів

Святослав Ігорович Пелешенко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Кафедра зварювального виробництва

Оксана Володимирівна Конорева, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України

Кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник

Департамент електротермічних процесів обробки матеріалів

Олексій Іванович Дем’янов, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України

Кандидат технічних наук, заступник керівника департаменту

Департамент електротермічних процесів обробки матеріалів

Наталія Михайлівна Фіалко, Інститут технічної теплофізики НАН України

Доктор технічних наук, професор, член-кореспондент НАН України

Відділ теплофізики енергоефективних теплотехнологій

Віктор Вячеславович Квасницький, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра зварювального виробництва

Посилання

  1. Torkaman, M., Danesh-Manesh, H., Moshksar, M. M., Hosseini, M. (2019). Microstructure, mechanical properties and formability of CP-Ti/low carbon steel bimetallic sheet fabricated by explosive welding. Materials Research Express, 6 (7), 076542. doi: https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab15b8
  2. Xie, M.-X., Shang, X.-T., Zhang, L.-J., Bai, Q.-L., Xu, T.-T. (2018). Interface Characteristic of Explosive-Welded and Hot-Rolled TA1/X65 Bimetallic Plate. Metals, 8 (3), 159. doi: https://doi.org/10.3390/met8030159
  3. De, C. P. (1993). Use of Titanium and its Alloys in Sea-Water Service. High Temperature Materials and Processes, 11 (1-4), 61–96. doi: https://doi.org/10.1515/htmp.1993.11.1-4.61
  4. Pasang, T., Pramana, S., Kracum, M., Misiolek, W., Aziziderouei, M., Mizutani, M., Kamiya, O. (2018). Characterisation of Intermetallic Phases in Fusion Welded Commercially Pure Titanium and Stainless Steel 304. Metals, 8 (11), 863. doi: https://doi.org/10.3390/met8110863
  5. Gurevich, S. M.; Zamkov, V. N. (Ed.) (1990). Spravochnik po svarke tsvetnyh metallov. Kyiv: Naukova dumka, 512.
  6. Li, W. (2017). Ti-Fe intermetallics analysis and control in joining titanium alloy and stainless steel by laser metal deposition. Missouri University of Science and Technology, 24. Available at: https://scholarsmine.mst.edu/masters_theses/7856/
  7. Krivtsun, I. V., Khaskin, V. Y., Korzhik, V. N., Ziyi, L. (2015). Industrial application of hybrid laser-arc welding (Review). The Paton Welding Journal, 7, 41–46. doi: https://doi.org/10.15407/tpwj2015.07.07
  8. Lyushinsky, A. V. (2019). Application of ultrafine nickel powder for diffusion joining of titanium to stainless steel. The Paton Welding Journal, 4, 19–22. doi: https://doi.org/10.15407/tpwj2019.04.04
  9. Bryzgalin, A. G., Pekar, E. D., Shlensky, P. S., Shirkov, G. D., Budagov, Y. A., Sabirov, B. M. (2017). Application of explosion welding for manufacture of trimetallic transition pieces of cryomodules of linear collider. The Paton Welding Journal, 12, 23–28. doi: https://doi.org/10.15407/tpwj2017.12.04
  10. Turyk, E., Rybtsev, I. A. (2015). Experience in application of the european standards for qualification of surfacing procedures. The Paton Welding Journal, 6, 5–9. doi: https://doi.org/10.15407/tpwj2015.06.01
  11. Babu, N. K., Talari, M. K., Zheng, S., Dayou, P., Jerome, S., Muthupandi, V. (2014). Arc Welding. Handbook of Manufacturing Engineering and Technology, 593–615. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4670-4_53
  12. Gladkii, P. V., Perepletchikov, E. F., Ryabtsev, I. A. (2007). Plasma surfacing. Welding International, 21 (9), 685–693. doi: https://doi.org/10.1080/09507110701631141
  13. Choe, W., Jeong, C., Park, J. (2020). Application of Plasma Arc Welding for Anti-Corrosive Material with High Molybdenum Content. Journal of Welding and Joining, 38 (3), 248–253. doi: https://doi.org/10.5781/jwj.2020.38.3.3
  14. Matsui, H., Suzuki, H. (1998). Reduction of spatter in high-speed pulsed MAG welding. Welding International, 12 (3), 180–185. doi: https://doi.org/10.1080/09507119809448471
  15. V (Vanadium) Binary Alloy Phase Diagrams (2016). Alloy Phase Diagrams, 620–620. doi: https://doi.org/10.31399/asm.hb.v03.a0006216
  16. Korzhyk, V., Khaskin, V., Voitenko, O., Sydorets, V., Dolianovskaia, O. (2017). Welding Technology in Additive Manufacturing Processes of 3D Objects. Materials Science Forum, 906, 121–130. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.906.121
  17. Zhang, Q. L., Fan, C. L., Lin, S. B., Yang, C. L. (2014). Novel soft variable polarity plasma arc and its influence on keyhole in horizontal welding of aluminium alloys. Science and Technology of Welding and Joining, 19 (6), 493–499. doi: https://doi.org/10.1179/1362171814y.0000000215

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-31

Як цитувати

Коржик, В. М., Khaskin, V., Гринюк, А. А., Ganushchak, O., Щерецький, В. О., Пелешенко, С. І., Конорева, О. В., Дем’янов, О. І., Фіалко, Н. М., & Квасницький, В. В. (2021). Аналіз металургійної взаємодії при дуговому наплавленні бар’єрних шарів на титан для запобігання утворення інтерметалідів в з’єднаннях «титан-сталь». Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(12(113), 69–82. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.240154

Номер

Том 5 № 12(113) (2021): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Volodymyr Korzhyk, Vladyslav Khaskin, Andrii Grynyuk, Oleg Ganushchak, Volodymyr Shcheretskiy, Sviatoslav Peleshenko, Oksana Konoreva, Oleksii Demianov, Nataliia Fialko, Viktor Kvasnytskyi

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.