Необходимо также стремиться к сокращению продолжительности температурного воздействия на волокна. Исходя из этих условий, следует ограничивать сварочное усилие и длительность нагрева.
Особенности технологии сварки МКМ на основе тита-
на. Титановые сплавы как конструкционные материалы при достаточно высоком уровне прочности имеют недостаточную жесткость, повысить которую можно путем армирования высокопрочными волокнами. Кроме того, волокнистые КМ (ВКМ) с титановой матрицей могут применяться при температурах, недопустимых для материалов с полимерной и алюминиевыми матрицами. Поэтому задачи получения КМ с титановой матрицей, армированной высокомодульными волокнами или дисперсными частицами, а также разработка методов их сварки являются весьма актуальными.
Перспективными областями для изделий из КМ на титановой основе являются авиационная и ракетная техника. Например, при изготовлении шасси самолета из КМ с титановой матрицей, армированной непрерывными SiC-волокнами, массу некоторых деталей удается снизить в 2 раза по сравнению с деталями из стали. Наряду с уменьшенной массой детали из титановых КМ имеют повышенную стойкость к коррозии под напряжением, не требуют нанесения защитных покрытий. Дисперсно-упрочненные КМ на основе титана с оксидами и карбидами могут служить для изготовления компрессорных
дисков и других изделий, эксплуатируемых при 600-700°С, а армирование титана и его сплавов повышает их жесткость и
расширяет диапазон рабочих температур до 700-800°С. Для армирования титановой матрицы применяют металлические проволоки, а также волокна карбида кремния, бора и углерода. Армирование титановой матрицы волокнами бора и карбида кремния позволяет повысить не только абсолютные, но и удельные характеристики МКМ на основе титана. Поскольку эти волокна хрупки, то для получения компактных композиций
336
Ti-B и Ti-SiC чаще используют диффузионную сварку в вакууме.
Для соединения МКМ на основе титана как между собой, так и с другими металлами применяются способы сварки в твердой фазе, плавлением, а также формирование детали одновременно с диффузионной сваркой монослоев полуфабриката. За рубежом этот способ получил наименование ГИП (HIP - heat inert pressure). Его используют, например, при присоединении (сварке) деталей к цилиндру из КМ стойки шасси самолета.
KM систем Ti-W и Ti-C получают путем диффузионной сварки в вакууме волокон с листами титана при горячем прессовании. Вольфрамовую проволоку равномерно наматывают на лист титана, затем к нему с обеих сторон прикладывают другие листы титана и контактной точечной сваркой прихватывают в нескольких местах. Далее графитовые волокна укладывали равномерно на другой лист титана, затем сверху волокна накрывали вторым листом титана, прихватывая их друг к другу контактной точечной сваркой. Перед сборкой листы титана подвергали химической очистке в щелочном растворе. Вольфрамовую проволоку протирали тканью, смоченной в спирте. Графитовые волокна использовали в состоянии поставки. Перед диффузионной сваркой образцы заворачивают в фольгу из нержавеющей стали толщиной 0,127 мм и приваривали ее к листам титана точечной сваркой вдоль кромок. Затем образцы с обеих сторон покрывают тонким слоем пасты из
алюминиевого порошка грануляцией 1 10-5 мм для предотвращения соединения фольги с графитовыми элементами пресса (пуансоном и основанием) при диффузионной сварке. Диф-
фузионную сварку осуществляют в вакууме 1,3 10-2 Па при
870°С и давлении 7 МПа. Продолжительность сварки составляла 1 ч. После сварки фольгу удаляют, а поверхность образцов подвергают химическому травлению на глубину 0,05 мм с каждой стороны. В КМ обеих систем при диффузионной свар-
337
ке происходит соединение волокон с матрицей.
При сварке обоих видов КМ применяют и аргонодуговую сварку (ручную и механизированную) вольфрамовым электродом без присадочной проволоки. Перед сваркой кромки образцов механически обрабатывают с таким расчетом, чтобы волокна равномерно подходили к торцам свариваемых кромок.
Сварку образцов из КМ системы Ti-W производят при токе, значение которого на 10 % больше, чем при сварке листов титана той же толщины. Чем выше погонная энергия сварочной дуги, тем интенсивнее взаимодействуют вольфрам и титан. Ручная сварка приводит к существенному уменьшению диаметров вольфрамовых волокон из-за более высоких значений погонной энергии сварочной дуги. В местах чрезмерного перегрева происходит полное растворение вольфрамовых волокон в титане. Образование несплошностей в сварном шве является случайным явлением. Они располагаются по границе между волокнами и титаном. Зафиксирована незначительная тенденция к образованию мелких пор в сварочном шве.
Впроцессе диффузионной сварки вольфрамовых волокон
ститаном вольфрам, отличаясь большей диффузионной подвижностью, проникает в титан, образуя переходную зону на границе W-Ti. Во время дуговой сварки степень проникновения вольфрама в титан зависит от значения погонной энергии сварочной дуги. Вольфрам образует с титаном твердый раствор. Увеличение микротвердости металла на границе W-Ti объясняется легированием титановой матрицы вольфрамом. Однако при дуговой сварке вследствие значительного перегрева в сварном шве может образоваться предельный твердый раствор Ti-W, что создает условия для сегрегации вольфрама.
Удовлетворительная свариваемость плавлением КМ на основе титана достигается при объемном содержанием волокон вольфрама до 20 %.
При аргонодуговой сварке образцов KM Ti-C получают удовлетворительные результаты в том случае, когда волокна
338
графита хорошо соединяются при диффузионной сварке. В местах скоплений волокон графита в матрице происходит нарушение стабильности горения дуги и разбрызгивание металла.
1.Акулов, А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением [Текст] / А.И. Акулов, Г.А. Бельчук, В.П. Демянцевич. - М.: Машиностроение, 1977. 432 с.
2.Берсудский, В.Е. Производство сотовых конструкций [Текст] / В.Е. Берсудский, В.Н. Крысин, С.И. Лесных. - М .: Машиностроение, 1966. 282 с.
3.Берсудский, В.Е. Технология изготовления сотовых авиационных конструкций [Текст] / В.Е. Берсудский, В.Н. Крысин, С.И. Лесных. - М .: Машиностроение, 1975. 296 с.
4.Вавилов, А.Ф., Сварка трением [Текст] / А.Ф. Вавилов, В.П. Воинов. - М.: Машиностроение, 1975. 323 с.
5.Вилль, В. И. Сварка металлов трением [Текст] / В.И. Вилль. - Л.: Машиностроение, 1970. 175 с.
6.Гельман, А.С. Основы сварки давлением [Текст] / А.С. Гельман. - М.: Машиностроение, 1970. 312 с.
7.Гиллевич, В.А. Технология и оборудование рельефной сварки [Текст] / В.А. Гиллевич. - Л.: Машиностроение, 1976. 152 с.
8.Гуревич, С.М. Справочник по сварке цветных металлов [Текст] / С.М. Гуревич. - Киев: Наукова думка, 1990. 512 с.
9.Лосев В.А. Иллюстрированное пособие сварщика [Текст] / В.А. Лосев, Н.А. Юхин, В.П. Гасилин и др. - М.:
СОУЭЛО, 2000. 56 с.
10.Кабанов, Н.С. Сварка на контактных машинах. Изд.2- е, перераб и доп [Текст] / Н.С. Кабанов. - М.: Высшая школа, 1973. 255 с.
339
11.Казаков, Н.Ф. Диффузионная сварка материалов [Текст] / Н.Ф. Казаков. - М.: Машиностроение, 1976. 312 с.
12.Каракозов, Э.С. Сварка металлов давлением [Текст] / Э.С. Каракозов. - М.: Машиностроение, 1986. 276 с.
13.Каракозов, Э.С. Соединение металлов в твердой фазе [Текст] / Э.С. Каракозов. - М.: Металлургия, 1976. 263 с.
14.Квасницкий, В.Ф. Сварка и пайка жаропрочных сплавов в судостроении [Текст] / В.Ф. Квасницкий. - Л.: Судо-
строение, 1986. 224 с.
15.Композиционные материалы. Справочник[Текст] / Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. - М.: Машиностроение, 1990. - 512 с.
16.Николаев, Г.А. Специальные методы сварки [Текст] / Г.А. Николаев, Н.А. Ольшанский. - М.: Машиностроение, 1975. 231 с.
17.Оборудование для дуговой сварки: справочное пособие. [Текст] / Под ред. В.В. Смирнова. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. 656 с.
18.Петрунин, И.Е. Физико-химические процессы при сварке [Текст] / И.Е. Петрунин. - М.: Высшая школа. 1972. 280 с.
19.Сахацкий, Г.П. Технология сварки металлов в холодном состоянии[Текст] / Г.П. Сахацкий. - Киев: Наукова думка, 1979. 295 с.
20.Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х т. [Текст] / Редкол. Г.А. Николаев (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1978. Т.1/Под ред. Н.А. Ольшанского. 1978. 504 с.
21.Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х т. Текст]
/Редкол. Г.А. Николаев (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1978. Т.2./Под ред. А.И. Акулова, 1978. 462 с.
22.Сварка в самолётостроении [Текст] / Под ред. Б.Е. Патона. - Киев.: МИВЦ, 1998. 695 с.
340