Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники

Рассмотрены возможности получения соединений в твердой фазе новых конструкционных квазикристаллических и интерметаллидных сплавов, алюмокомпозитов и наноматериалов способами диффузионной сварки и сварки трением с перемешиванием с использованием наноструктурных присадок. Показано, что эти способы с...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2008
Автори:	Патон, Б.Е., Ищенко, А.Я., Устинов, А.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2008
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100667
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники / Б.Е. Патон, А.Я. Ищенко, А.И. Устинов // Автоматическая сварка. — 2008. — № 12 (668). — С. 5-12. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-100667
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1006672016-05-27T03:02:07Z Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники Патон, Б.Е. Ищенко, А.Я. Устинов, А.И. Научно-технический раздел Рассмотрены возможности получения соединений в твердой фазе новых конструкционных квазикристаллических и интерметаллидных сплавов, алюмокомпозитов и наноматериалов способами диффузионной сварки и сварки трением с перемешиванием с использованием наноструктурных присадок. Показано, что эти способы сварки поз- воляют получать неразъемные соединения трудносвариваемых материалов, применяемых при изготовлении изделий аэрокосмической техники, деталей газотурбинных двигателей, электротехнических и теплообменных установок, при ремонтных и восстановительных работах. The paper deals with solid-phase joinability of advanced structural quasi-crystalline and intermetallic alloys, alumocomposites and nanomaterials by diffusion bonding and friction stir welding in the presence of nanostructured fillers. It is shown that these processes allow producing permanent joints of difficult-to-weld materials applied in fabrication of aerospace products, gas turbine engine parts, electrical engineering and heat exchanger units, in repair and restoration operations. 2008 Article Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники / Б.Е. Патон, А.Я. Ищенко, А.И. Устинов // Автоматическая сварка. — 2008. — № 12 (668). — С. 5-12. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100667 621.791669.2/8/018-672:629.78 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Патон, Б.Е. Ищенко, А.Я. Устинов, А.И. Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники Автоматическая сварка
description	Рассмотрены возможности получения соединений в твердой фазе новых конструкционных квазикристаллических и интерметаллидных сплавов, алюмокомпозитов и наноматериалов способами диффузионной сварки и сварки трением с перемешиванием с использованием наноструктурных присадок. Показано, что эти способы сварки поз- воляют получать неразъемные соединения трудносвариваемых материалов, применяемых при изготовлении изделий аэрокосмической техники, деталей газотурбинных двигателей, электротехнических и теплообменных установок, при ремонтных и восстановительных работах.
format	Article
author	Патон, Б.Е. Ищенко, А.Я. Устинов, А.И.
author_facet	Патон, Б.Е. Ищенко, А.Я. Устинов, А.И.
author_sort	Патон, Б.Е.
title	Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники
title_short	Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники
title_full	Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники
title_fullStr	Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники
title_full_unstemmed	Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники
title_sort	применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100667
citation_txt	Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники / Б.Е. Патон, А.Я. Ищенко, А.И. Устинов // Автоматическая сварка. — 2008. — № 12 (668). — С. 5-12. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT patonbe primenenienanotehnologiinerazʺemnogosoedineniâperspektivnyhlegkihmetalličeskihmaterialovdlâaérokosmičeskojtehniki AT iŝenkoaâ primenenienanotehnologiinerazʺemnogosoedineniâperspektivnyhlegkihmetalličeskihmaterialovdlâaérokosmičeskojtehniki AT ustinovai primenenienanotehnologiinerazʺemnogosoedineniâperspektivnyhlegkihmetalličeskihmaterialovdlâaérokosmičeskojtehniki
first_indexed	2025-07-07T09:08:57Z
last_indexed	2025-07-07T09:08:57Z
_version_	1836978628490952704
fulltext	УДК 621.791:669.2/8/018-672:629.78 ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ НЕРАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ Академик НАН Украины Б. Е. ПАТОН, чл.-кор. НАН Украины А. Я. ИЩЕНКО, А. И. УСТИНОВ, д-р физ.-мат. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Рассмотрены возможности получения соединений в твердой фазе новых конструкционных квазикристаллических и интерметаллидных сплавов, алюмокомпозитов и наноматериалов способами диффузионной сварки и сварки трением с перемешиванием с использованием наноструктурных присадок. Показано, что эти способы сварки поз- воляют получать неразъемные соединения трудносвариваемых материалов, применяемых при изготовлении изделий аэрокосмической техники, деталей газотурбинных двигателей, электротехнических и теплообменных установок, при ремонтных и восстановительных работах. К л ю ч е в ы е с л о в а : алюминиевые сплавы, алюмокомпо- зиты, квазикристаллические сплавы, интерметаллидные материалы, свариваемость, неразъемное соединение, соеди- нение в твердой фазе, самораспространяющийся высоко- температурный синтез, диффузионная сварка, сварка трением с перемешиванием, наноструктура, механические свойства, сварные конструкции, аэрокосмическая техника В начале XXI века возникла необходимость ко- ренного повышения научно-технического уровня экономики во всем мире. Для решения этой задачи требуется проведение обширных научных иссле- дований, а также массовое внедрение новых прог- рессивных технологий в промышленное произ- водство. Согласно прогнозам многих автори- тетных организаций, приоритетными являются работы в области создания наноматериалов и на- нотехнологий. Именно они в числе прочих будут способствовать существенному повышению эф- фективности производства в таких сферах, как ма- шиностроение, энергетика, строительство, сель- ское хозяйство, медицина и др. К настоящему времени для производства кон- струкций аэрокосмической техники уже разрабо- таны новые легкие алюминиевые сплавы и ком- позиционные материалы с исключительными свойствами, обусловленными квазикристалличес- кой или нанодисперсной структурой полуфабри- катов [1, 2]. Следует отметить, что при обычных способах сварки осуществляется нагрев металли- ческих материалов до температуры, которая обес- печивает их расплавление или активацию диф- фузионных процессов в зоне соединения. В случае использования наноструктурных композицион- ных материалов, сплавов на основе интерметал- лидных соединений и других высоколегирован- ных сплавов нагрев до высокой температуры при- водит к необратимым структурным превращени- ям [3] и деградации первоначальных физико-ме- ханических свойств материала [4]. В связи с этим актуальной является проблема снижения темпе- ратуры и сокращения продолжительности процес- са формирования швов с целью сохранения ис- ходной структуры и уровня свойств материала в зоне соединения. Среди различных современных способов сварки заслуживают более широкого применения процессы соединения в твердой фазе, т. е. без расплавления металла. К ним относятся прежде всего диффузионная сварка и сварка тре- нием с перемешиванием [5]. Идея решения такой задачи в целом базируется на том, что температуру процесса соединения в твердой фазе можно снизить, если в качестве сва- рочных присадок применить быстрокристалли- зующиеся аморфизированные гомогенные ленты [6] или композиционные тонкопленочные мате- риалы с нанослойной структурой [1]. В таких ма- териалах вследствие неравновесного состояния тонкой структуры имеет место существенное сни- жение температуры, при которой интенсивно про- текают диффузионные процессы. Формированию доброкачественных соединений способствует ис- пользование многослойных наноструктурных пленок, которые состоят из металлов, вступаю- щих в экзотермическую реакцию синтеза интер- металлидных соединений. Рассмотрим ряд конкретных примеров исполь- зования нанослойных присадок и результаты ра- бот, проведенных в ИЭС им. Е. О. Патона в этой области применительно к легким материалам аэ- рокосмического назначения. Для соединения в твердой фазе жаростойких материалов, включая интерметаллидные сплавы, в качестве сварочных присадок разработаны и ис- пользуются тонкие наноструктурные фольги из многослойных композиций различных металли- ческих элементов Ti/Al, Ni/Al, Cu/Al и др. В ос- нове их производства лежит процесс послойной© Б. Е. Патон, А. Я. Ищенко, А. И. Устинов, 2008 12/2008 5 консолидации элементов из паровой фазы с ис- пользованием электронно-лучевой вакуумной технологии (рис. 1). Технология осаждения дает возможность регулировать процесс образования слоистых структур в широком диапазоне толщин отдельных слоев — от нескольких нанометров до десятка микрометров (рис. 2, а). При нагреве наноструктурные фольги склонны к реакции самораспространяющегося высокотем- пературного синтеза (СВС) интерметаллидных со- единений, которая протекает очень быстро и ха- рактеризуется экзотермическим эффектом. Необ- ходимым условием для соединения материалов без расплавления за счет активации диффузионных процессов в твердом состоянии является устойчивое протекание реакции СВС. Как показал опыт, для этого необходимо применять многослойные фольги толщиной более 30 мкм (рис. 2, б). Диффузионное соединение микродисперсного высокопрочного алюмокомпозита системы АМг5+27 % Al2О3 с применением прослоек из на- ноструктурных многослойных фольг оказалось более эффективным по сравнению с дуговой свар- кой [4]. В металлической матрице этого материала содержится большое количество упрочняющей фазы в виде нерастворимых частиц оксида алю- миния, и поэтому он является труднообрабаты- ваемым и трудносвариваемым. На рис. 3, а пред- ставлена структура композита в исходном состо- янии, отличающаяся комплексом ценных свойств: высокими удельным модулем упругости, проч- ностью при комнатной и повышенных темпера- турах, износостойкостью, низким коэффициентом линейного расширения. Этот материал широко применяют в изделиях для авиакосмической тех- ники и транспортного машиностроения. Выполнение сварки плавлением рассматрива- емого алюмокомпозита затруднена ввиду повы- шенной вязкости металла сварочной ванны и склонности к агломерации армирующих частиц Al2O3. Образующиеся в шве конгломераты упроч- няющих частиц приводят к снижению прочности и коррозионной стойкости полученных соедине- ний [7]. При диффузионной сварке в условиях более низких температур сегрегация частиц уп- рочнителя и химические реакции между состав- ляющими композитного материала практически отсутствуют. В связи с этим предпочтительнее твердофазный способ соединения микродисперс- ного композита на основе алюминия, упрочнен- ного керамическими частицами Al2O3 [8]. Проч- ность швов при обычной диффузионной сварке с использованием однослойной пластичной алю- миниевой фольги не превышает 50…60 % проч- ности основного материала (рис. 3, б). Для активизации процесса диффузионной свар- ки и повышения прочности швов использованы про- межуточные прослойки (присадки) из многослой- ных наноструктурных фольг двух типов — Тi/Al и Cu/Al (рис. 4), первая из них имела толщину от 60 до 150 мкм при толщине составляющих нанос- лоев никеля и алюминия от 50 до 500 нм и соот- ветствовала стехиометрическому составу интерме- таллидного соединения Ni3Al, а вторая примерно Рис. 1. Схема процесса электронно-лучевого осаждения кон- денсатов с многослойной структурой: 1 — электронно-луче- вые источники (пушки) для нагрева; 2 — подложка; 3 — разделительный непроницаемый экран; 4 — тигли для испа- рения слитков; 5 — электронно-лучевые пушки для ис- парения Рис. 2. Микроструктура многослойного наноструктурного конденсата Ni/Al, полученного электронно-лучевым паро- фазным способом в вакууме, в исходном состоянии (а) и после реакции СВС при температуре 500 °С (б) 6 12/2008 такой же толщины соответствовала составу эв- тектики Al+33 % Cu [9]. Установлено, что замена прослойки обычного алюминия (базовый вариант) на фольгу из нанос- лойных конденсатов позволяет снизить темпера- туру сварки композита на 80…100 °С, обеспечить качественное формирование неразъемного соеди- нения при меньшем сварочном давлении, которое не вызывает заметной макропластической дефор- мации в свариваемых материалах. При исполь- зовании фольги композиции Cu/Al отмечается также полное растворение присадки в зоне сое- динения (см. рис. 3, в, г). При этом прочность металла швов повышается до уровня основного металла (рис. 5). Коэффициент прочности соеди- нения составляет 0,87…0,90. Диффузионная сварка интерметаллидного сплава на основе алюминида титана γ-TiAl с ис- пользованием прослоек из многослойных фольг наноструктурных Ti/Al, Ni/Al, Ti/Ni является практически реальным и эффективным способом соединения перспективных жаропрочных матери- алов [10–12]. В качестве примера рассмотрим ин- терметаллидный сплав Ti–48Al–2Nb–2Mn (ат. %), работающий при 700…1100 °С, т. е. значительно выше температуры, при которой работают сов- ременные титановые суперсплавы (T ≤ 600 °С) [13]. Это позволяет применять указанный сплав для газотурбинных двигателей, обшивки лета- Рис. 3. Микроструктура основного металла — композита АМг5+27 % Al2O3 (а) и неразъемных его соединений, полученных диффузионной сваркой с использованием однослойной алюминиевой прослойки (б), а также многослойной наноструктурной фольги, соответствующей интерметаллидному составу Ni3Al (в) или эвтектической композиции Al + 33 % Cu (г): а, 200; б–г, 400 Рис. 4. Спектры рентгеновской дифракции фольг интерметал- лида γ-TiAl (а) и нанодисперсной эвтектической композиции Al+33 % Cu (б): — Al; — Al2Cu; I — интенсивность излучения; θ — угол дифракции 12/2008 7 тельных аппаратов, деталей силового набора из- делий авиакосмической техники и др. Сплавы на основе γ-TiAl легкие (плотность 3,8…4,0 г/см3) и стойкие к окислению при температуре до 900…1000 °С. Их модуль упругости при комнат- ной температуре составляет 160…175 ГПа, при 900…1000 °С снижется до 150 ГПа. Промышлен- ное использование указанного материала сдержи- вается его низкой пластичностью при обычной температуре (δ = 0,1…0,5 %). Обрабатываемость полуфабрикатов затруднена по причине высокого сопротивления материала деформированию. В исходном состоянии в сплаве Ti–48Al–2Nb– 2Mn (aт. %) формируется полностью ламельная структура, которая представлена практически равноосными зернами размером 60…120 мкм с пластинами (ламелями) γ- и α-фазы, имеющими в пределах каждого зерна различную ориентацию. На фоне ламельной структуры образуются рав- номерно распределенные в объеме матрицы дис- персные включения с повышенным содержанием ниобия. Микротвердость сплава составляет 3000…4000 МПа. Неразъемные соединения узлов из этого ма- териала получены диффузионной сваркой в ваку- уме с использованием многослойных фольг Ti/Al, Ti/Ni, Ni/Al общей толщиной от 10 до 20 мкм путем послойного осаждения из паровой фазы от- дельных наноразмерных слоев соответствующих компонентов с помощью электронно-лучевой тех- нологии. Сварку выполняли на установке У-394, предназначенной для диффузионной сварки и обо- рудованной кольцевым электронно-лучевым наг- ревателем заготовок. Равнопрочные соединения- с благоприятной структурой получены с исполь- зованием нанослойной фольги Ti/Al общей тол- щиной 20 мкм на следующием режиме сварки: температура сварки Tсв = 1200 °С; время сварки τ = 20 мин; давление P = 45 МПа. При металлографическом анализе структуры выявлен сплошной однородный шов шириной 15…18 мкм (рис. 6, а), металл которого по хи- мическому составу соответствует основной ин- терметаллидной фазе γ-TiAl (рис. 7). Рядом со швом на расстоянии 5…10 мкм выявлена зона с мелкозернистой структурой, формирование кото- рой обусловлено процессом рекристаллизации. Значения микротвердости в зоне соединения 3500…4200 МПа близки аналогичному показате- лю основного металла (3000…4000 МПа) в ис- ходном состоянии, что свидетельствует о равноп- рочности металла шва с основным материалом (рис. 6, б). В случаях использования в качестве прослоек фольг систем Ni/Al и Ti/Ni в зоне соединения формируются структурные составляющие, мик- ротвердость которых в 2…3 раза больше, чем у основного материала — сплава Ti–48Al–2Nb–2Mn (ат. %). Повышение микротвердости (рис. 8) может способствовать снижению пластичности соединения. Рис. 5. Временное сопротивление σв основного металла (1) и соединений алюмокомпозита АМг5+27 % Al2O3, получен- ных диффузионной сваркой с использованием нанослойной фольги системы Al–Cu (2) и однослойной алюминиевой лен- ты (3) Рис. 6. Микроструктура зоны соединения сплава на основе интерметаллида γ-TiAl (Ti–48Al–2Nb–2Mn), полученного диффу- зионной сваркой (температура 1200 °С) с использованием нанослойной фольги, соответствующей по химическому составу интерметаллидному соединению γ-TiAl: а, 200; б, 300; — отпечатки алмазного индентера 8 12/2008 Изложенное выше подтверждает, что с по- мощью диффузионной сварки в вакууме с исполь- зованием нанослойных фольг Ti/Al можно полу- чить качественные однородные равнопрочные с основным материалом соединения интерметал- лидного сплава Ti–48Al–2Nb–2Mn. Сварка трением с перемешиванием без при- садок квазикристаллического жаропрочного сплава системы Al–Fe–Cr–Ti является примером получения оригинального сплава с квазикриста- ллическим упрочнением и нового способа сварки трением с послойным перемешиванием металла шва (рис. 9, а). Благодаря интенсивной пласти- ческой деформации в условиях трехмерного сжа- тия при сварке трением с перемешиванием улуч- шается структура металла шва и его механические свойства. Жаропрочный алюминиевый сплав на основе системы Al–Fe–Cr–Ti представляет собой экстру- дированные полуфабрикаты с наноструктурной матрицей, образовавшейся при быстрой кристал- лизации исходного материала в виде мельчайших гранул (фактически порошков) с частицами раз- мером менее 100 мкм. Упрочнение сплава обус- ловлено наличием в его составе наноразмерных квазикристаллических частиц интерметаллидов [14]. Интерметаллидные фазы, входящие в состав указанного сплава, содержат переходные тугоплав- кие элементы, которые упрочняют твердый раствор (алюминиевую матрицу) и уменьшают в нем ско- рость диффузии (рис. 10, 11). Экструдированные полуфабрикаты характеризуются следующими ме- ханическими свойствами: σ0,2 = 485 МПа; σв = = 542 МПа; δ = 7 % (при комнатной температу- ре); σ0,2 = 283 МПа, σв = 297 МПа и δ = 3,5 % (при 300 °С). Сплав представляет собой новый класс материалов, предназначенный для исполь- зования в технике в случаях, когда необходимы уменьшение массы конструкции, работающей при повышенной (до 300..400 °С) температуре и до- статочно высокой удельной прочности. Эти тре- бования актуальны для многих видов транспор- тных конструкций, например, в авиации и дви- гателестроении. Результаты исследований процесса сварки тре- нием с перемешиванием и свойств полученных со- единений позволили установить, что в металле швов формируется более дисперсная и однородная струк- тура зерен с размером матрицы (d ≤ 300 нм) и час- тиц квазикристаллов (d ≤ 100 нм), чем в основном металле, временное сопротивление разрушению со- единений составляет 370 МПа. Методом сканирующей электронной микрос- копии установлен специфический характер струк- туры основного металла и швов, которая форми- руется в условиях интенсивной пластической де- формации (рис. 12, а, б). Рис. 7. Характер распределения марганца, алюминия, ниобия и титана в зоне соединения сплава на основе интерметаллида γ-TiAl (Ti–48Al–2Nb–2Mn), полученной диффузионной свар- кой при 1200 °С с использованием нанослойной фольги, со- ответствующей по химическому составу интерметаллидному соединению γ-TiAl: l — расстояние от оси шва Рис. 8. Характер распределения микротвердости HV в зоне шва при диффузионной сварке интерметаллидного сплава Ti–48Al–2Nb–2Mn с применением прослоек из нанослойных фольг различных систем: 1 — Ni–Al; 2 — Ti–Ni; 3 — Ti–Al Рис. 9. Схема процесса сварки трением с перемешиванием нанодисперсного алюмокомпозита Al+7 % Al2O3 (а) и внеш- ний вид шва (б): 1 — вращаемый рабочий инструмент; 2 — направление перемещения инструмента при сварке; 3 — шов 12/2008 9 Сварка трением с перемешиванием без при- садок нанодисперсного алюмокомпозита Al+Al2O3 является еще одним примером внедре- ния в производство новых разработок. Электрон- но-лучевая парофазная технология дает возмож- ность изготовить компактные заготовки наност- руктурного материала в виде листов [7, 15], а также других форм, типичных для объемных кон- струкций (цилиндрических, конических, полус- фер). При этом сварка трением с многослойным перемешиванием обеспечивает их соединение в условиях, при которых в значительной мере сох- раняются свойства основного металла. Экспериментальная проверка этой идеи была начата со сварки трением с перемешиванием об- разцов тонколистового алюмокомпозита, армиро- ванного нерастворимыми частицами оксида Al2O3. Такой материал работает при более вы- сокой температуре, чем обычные алюминиевые сплавы. Структура композита характеризуется столб- чатыми кристаллами, направленными нормально по отношению к поверхности плоских образцов (рис. 12, в, г). Оксидные включения имеют раз- меры 10…50 нм, распределены равномерно, рас- стояние между частицами составляет 60…100 нм. Твердость композита НRB 99…100 МПа, а его прочность — σв = 340 МПа. Пластины нанодисперсного композита Al+7 % Al2O3 соединяли сваркой трением с пе- ремешиванием со скоростью 14 м/ч, скорость вра- щения рабочего инструмента составляла 1420 об/мин. Внешний вид полученного шва при- веден на рис. 9, б. Металлографическими иссле- дованиями установлено, что в процессе сварки в зоне соединения происходит превращение стол- бчатых кристаллов алюминия в равноосные зерна, их размер при этом уменьшается в 3…5 раз (рис. 12, в, г). Твердость основного металла составляет 680…700 МПа, а металла шва — 780…900 МПа. Сварка трением с перемешиванием обеспечивает равнопрочные с основным материалом соедине- ния благодаря улучшению однородности и дис- персного состояния структурных составляющих. Рис. 10. Квазикристаллические частицы интерметаллидной фазы, выделившиеся в быстрозакристаллизованных мелких гранулах сплава Al–3Fe–3Cr: а, б — изображения, полученные соответственно методом сканирующей электронной микроскопии в обратно рассеянных электронах (а) и характеристическом рентгеновском излучении (б) Рис. 11. Рентгеновская дифракция мелких гранул сплавов Al–3Fe–3Cr (а) и Al–2,5Fe–2,5Cr–0,5Ti–0,5Zr (ат. %) (б): — квазикристаллическая фаза 10 12/2008 Таким образом, рассмотрены примеры не- разъемного соединения трудносвариваемых обыч- ных и нанодисперсных материалов с использо- ванием наноструктурных присадок в виде лент, фольг и пленок, изготовленных способом послой- ной консолидации металлов из паровой фазы с применением электронно-лучевой технологии. Для их практического применения при сварке раз- личных металлических материалов созданы тон- кие фольги из активированных многослойных на- ноструктурных композиций Ti/Al, Ni/Al, Ni/Ti и других из металлов, склонных к реакции СВС ин- терметаллидных соединений. Новые технологии соединения различных ви- дов наноструктурных материалов реализуются с помощью диффузионной сварки или сварки тре- нием с перемешиванием. Благодаря использова- нию новых присадок и технологий сварки поя- вилась возможность успешно соединять новые конструкционные материалы с особыми свойства- ми, такими, как у интерметаллида систем Ni–Al и Ti–Al, высокопрочные квазикрасталлические алюминиевые сплавы, нанодисперсные или на- нослойные легкие композиционные материалы. Диффузионная сварка позволяет соединять пре- имущественно компактные малогабаритные изде- лия и узлы для авиационных и ракетных двига- телей, а также применяется при изготовлении обо- рудования для атомной энергетики, электротехни- ки, электроники. Сварку трением с перемешива- нием используют при изготовлении изделий, име- ющих большие размеры и разнообразную форму, например, плоские полотнища и оболочки, панели и объемные каркасы, емкости для жидкого топ- лива, корпуса различных машин. При этом вы- полняют стыковые, угловые или нахлесточные швы (прямые и криволинейные, протяженные, прерывистые, точечные) [5]. Авторы приносят искреннюю благодарность за активное участие в проведении данного иссле- дования члену-корреспонденту НАН Украины Ю. В. Мильману, кандидатам техн. наук А. И. Сирко и Л. А. Олиховской, доктору техн. наук Г. К. Харченко, кандидатам техн. наук Ю. В. Фальченко и А. Г. Покляцкому, инженерам В. Е. Федорчуку, А. Н. Муравейник, Ю. А. Хохловой, А. А. Чайке. 1. Мовчан Б. А. Электронно-лучевая технология испарения и осаждения из паровой фазы неорганических материа- лов с аморфной, нано- и микроразмерной структурой // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. — 2004. — 2, № 4. — С. 1103–1126. 2. Inoue A., Kimura H. High-strength aluminum alloys contai- ning nanoquasicrystalline particles // Mater. Sci. and Eng. A. — 2000. — 286, № 1. — P. 1–10. 3. Устинов Ф. И., Олиховская Л. А., Полищук С. С. Метас- табильные наноструктурные состояния в покрытиях сис- темы Ni–Al, полученных осаждением из паровой фазы // Металлофиз. и новейшие технологии. — 2006. — № 6. — С. 32–37. 4. Исследование структуры сварных соединений дисперс- но-упрочненного алюминиевого сплава / В. Р. Рябов, А. Н. Муравейник, А. А. Бондарев и др. // Технология легких сплавов. — 1999. — № 1/2. — С. 139–144. Рис. 12. Микроструктура основного металла (а, в) и металла швов (б, г), выполненных сваркой трением с перемешиванием: а, б — экструдированная полоса из квазикристаллического сплава системы Al–Cr–Fe; в, г — нанодисперсный алюмокомпозит Al+7 % Al2O3 ( 400) 12/2008 11 5. Ищенко А. Я., Подъельников С. В., Покляцкий А. Г. Свар- ка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов (Обзор) // Автомат. сварка. — 2007. — № 11. — С. 32– 38. 6. Milman Yu. V. Mechanical behavior of nanostructured alu- minum alloys containing quasicrystalline phase // Mater. Sci. Forum. — 2005. — 482. — P. 77–82. 7. Свариваемость нанодисперсного материала системы Al–Al2O3, полученного конденсацией из паровой фазы / А. Я. Ищенко, Н. Г. Третяк, А. В. Лозовская, М. Р. Явор- ская // Автомат. сварка. — 1993. — № 5. — С. 16–19. 8. Твердофазное соединение в вакууме дисперсно-упроч- ненных композиционных материалов / А. Я. Ищенко, Г. К. Харченко, Ю. В Фальченко и др. // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. — 2006. — 4, № 3. — С. 747–756. 9. Диффузионная сварка микродисперсного композита АМг5+27 % Al2O3 с применением нанослойной фольги NiAl / А. Я. Ищенко, Ю. В. Фальченко, А. И. Устинов и др. // Автомат. сварка. — 2007. — № 7. — С. 5–9. 10. Поварова К. Б., Банных О. А. Принципы создания конс- трукционных сплавов на основе интерметаллидов // Ма- териаловедение. — 1999. — Ч. 1. — № 2. — С. 27–33; Ч. 2. — 1999. — № 3. — С. 29–37. 11. Сварка давлением интерметаллидного сплава γ-TiAl / А. Н. Юштин, В. Н. Замков, В. К. Сабокарь, П. Н. Чверт- ко // Автомат. сварка. — 2001. — № 1. — С. 16–19. 12. Solid-state diffusion bonding of gamma-TiAl alloys using Ti/Al thin films as interlayers / L. I. Duarte, A. S. Ramus, M. F. Vieira et al. // Intermetallics. — 2006. — № 14. — P. 1151–1156. 13. Diffusion welding of gamma-TiAl based alloys through na- nolayered foil of Ti/Al system / A. I. Ustinov, Yu. V. Falc- henko, A. Ya. Ishchenko et al. // Ibid. — 2008. — № 16. — P. 1043–1045. 14. High strength aluminum alloys reinforced by nanosize qua- sicrystalline particles for elevated temperature application / Yu. V. Milman, A. I. Sirko, M. O. Iefimov et al. // High Temperature Materials and Processes. — 2006. — 25, № 12. — P. 19–29. 15. Покляцкий А. Г., Ищенко А. Я., Яворская М. Р. Проч- ность соединений тонколистовых алюминиевых спла- вов, полученных сваркой трением с перемешиванием // Автомат. сварка. — 2007. — № 9. — С. 50–53. The paper deals with solid-phase joinability of advanced structural quasi-crystalline and intermetallic alloys, alumocomposites and nanomaterials by diffusion bonding and friction stir welding in the presence of nanostructured fillers. It is shown that these processes allow producing permanent joints of difficult-to-weld materials applied in fabrication of aerospace products, gas turbine engine parts, electrical engineering and heat exchanger units, in repair and restoration operations. Поступила в редакцию 05.09.2008 ГОРНАЯ ТЕХНИКА НКМЗ ВОСТРЕБОВАНА В РОССИИ Новокраматорский машиностроительный завод (г.Краматорск, Донецкой обл.) реализовал крупный контракт по разработке, производству и поставке в Россию очередной партии современной горной техники. В адрес одного из крупных на постсоветском пространстве – Стойленского горно-обогатительного комбинита (г.Старый Оскол, Белгородской обл.) – отгру- жена последняя из четырех заказанных рудоразмольных мельниц нового поколения. Мельницы модели МШЦУ 550056500А производительны, надежны в эксплуа- тации и экономичны. Этому способствовала реализация в них прогрессивных технических решений по обеспечению большей жесткости и несущей способности, увеличению объема помольной камеры и т. д. Машины оснащены современными средствами механизации монтажа и ремонтных работ, что делает их удобными в работе, значительно увеличивает межремонтные циклы. 12 12/2008

Применение нанотехнологии неразъемного соединения перспективных легких металлических материалов для аэрокосмической техники

Репозитарії

Схожі ресурси