Journal of Siberian Federal University. Chemistry 2 (2011 4) 172-182 ~~~ УДК 621.793 Исследование физико-химических процессов на межфазных границах диффузионных соединений титановых сплавов с медью, танталом и цирконием А.А. Михеев, Г.М. Зеер*, О.Ю. Фоменко, М.Ю. Кучинский, Д.С. Райпольд, О.Н. Ледяева Сибирский федеральный университет Россия 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 1 Received 3.06.2011, received in revised form 10.06.2011, accepted 17.06.2011 В данной работе исследованы диффузионные процессы на межфазных границах соединений титановых сплавов с тугоплавкими или пластичными материалами, изготовленных методами диффузионной сварки. Получены экспериментальные данные, позволившие определить ширину переходной зоны и рассчитать коэффициенты взаимной диффузии при температуре диффузионной сварки. Ключевые слова: коэффициент взаимной диффузии, переходная зона, диффузионная сварка, титановые сплавы. Введение Титан и его сплавы обладают уникальным сочетанием химических и физико-механических свойств, вследствие чего широко используются для изготовления различных деталей электроники, авиационной и ракетно-космической промышленности и др. [1–7]. Титановые сплавы, модифицированные алюминием и ванадием, марок ВТ14, ВТ6 имеют структуру α(ГПУ)+β(ОЦК); благодаря пластичной β-фазе эти сплавы более технологичны и хорошо обрабатываются давлением. Устойчивая оксидная пленка, которую образует титан и его сплавы, при нагреве легко растворяется в основном металле, что способствует образованию качественного диффузионного соединения [2]. Поэтому соединения этих сплавов с тугоплавкими или пластичными материалами методами диффузионной сварки (ДС) широко используются в ответственных деталях летательных аппаратов. Целью данной работы является исследование диффузионных процессов на межфазных границах разнородных сварных соединений титановых сплавов для получения новых экспери* 1 Corresponding author E-mail address: [email protected] © Siberian Federal University. All rights reserved – 172 – А.А. Михеев, Г.М. Зеер… Исследование физико-химических процессов на межфазных границах... ментальных данных по фазообразованию в переходной зоне и коэффициентам взаимной диффузии при температуре сварки. Эксперимент Для исследования сварных соединений разнородных материалов были изготовлены партии образцов: титановый сплав ВТ6 и медь М1; ВТ14 и тантал; ВТ14 и сплав ZrRe. Технологические режимы ДС приведены в табл. 1. Режимы ДС рассчитаны с учетом температуры плавления более легкоплавкого материала в сварочной сборке [1, 8, 9]. Результаты исследований и обсуждение Микроструктура диффузионных соединений исследована на микроскопе JEOL JSM 7001F, химический состав определен с помощью энергодисперсионного спектрометра Oxford Instruments методом рентгеноспектрального микроанализа [10]. Для определения ширины переходной зоны на прямых шлифах диффузионно-сварных соединений были сняты характеристические рентгеновские спектры по линии и сетке, при этом длину линии и шаг сканирования выбирали индивидуально для каждого типа образца (табл. 2). По данным рентгеноспектрального микроанализа в программе Microsoft Office Excel были построены концентрационные кривые распределения химических элементов в диффузионных соединениях и определена ширина переходной зоны (табл. 2). При диффузионном соединении титановых сплавов с пластичной медью Ti и Cu, обладая ограниченной взаимной растворимостью, могут образовать гамму хрупких интерметаллидов (Ti2Cu, TiCu4) и легкоплавкие эвтектики [7]. Чтобы ограничить образование интерметаллидов Таблица 1. Технологические режимы диффузионной сварки Режимы диффузионной сварки № Свариваемые образцы температура, T, К сварочное давление, Р, МПа время изотермической выдержки, t, мин 1 ВТ6–М1 1123 5 15 2 ВТ14–Та 1073–1373 14 12 3 ВТ14–ZrRe 1273–1373 5–10 10–20 Таблица 2. Ширина переходной зоны ДС № Диффузионное соединение Увеличение, крат Шаг сканирования, мкм Длина сканирования, мкм Ширина переходной зоны, мкм 1 ВТ6–М1 1500 1 81 70 2 ВТ14–Та 15000 0,1 3,5 2,0 3 ВТ14–ZrRe 1000 1 120 36,0 – 173 – А.А. Михеев, Г.М. Зеер… Исследование физико-химических процессов на межфазных границах... Таблица 3. Химический состав материалов свариваемых образцов и переходной зоны диффузионного соединения ВТ6–М1 № спектра Концентрация химического элемента, атом. % Al Ti V Cu 326 11,70 84,60 3,70 – 327 – 1,02 – 98,98 328 3,93 57,95 1,61 36,51 329 11,34 73,21 5,84 9,61 330 – 33,99 6,88 59,13 331 – 20,07 – 79,93 и получить качественное соединение, процесс ДС следует проводить в узком температурновременном диапазоне: Тсв = 1123 К, t = 15 мин [1, 8, 9]. Микроструктура диффузионно-сварного соединения ВТ6–М1, выявленная методом химического травления, приведена на рис. 1, а. На снимках микроструктура сплава ВТ6 – двухфазная, зерна α-фазы, стабилизированной алюминием, имеют темно-серый цвет, зерна β-фазы, стабилизированной ванадием, светло-серые. Точечные характеристические рентгеновские спектры, полученные методом энергодисперсионного микроанализа, дают полное представление о химическом составе свариваемых материалов и фаз, формирующих переходную зону (табл. 3). Характеристический рентгеновский спектр 327 показывает состав М1, спектр 326 – ВТ6, спектры 328, 329, 330, 331 – отдельных фаз переходной зоны. Данные характеристического рентгеновского спектра 331 показывают образование химического соединения TiCu4, зерна которого не контактируют друг с другом и имеют микронные размеры (рис. 1, а), из чего можно сделать вывод о незначительном отрицательном влиянии их на прочность диффузионного соединения. Спектры 328, 329 выявили наличие в переходной зоне всех основных химических элементов свариваемых материалов, что свидетельствует об образовании диффузионно-сварного соединения. По концентрационным кривым распределения химических элементов в диффузионном соединении ширина переходной зоны для сборки ВТ6–М1 составляет 70 мкм, причем в процессе ДС максимальный вклад в формирование переходной зоны вносят Cu и Ti (рис. 1, б). На участке диффузионно-сварного соединения, представленном на снимке микроструктуры (рис. 1, а), было проведено методом энергодисперсионного микроанализа картирование, которое дает визуальное представление о распределении элементов по площади диффузионной зоны (рис. 2, а-г). Построенные карты распределения химических элементов приведены с наложением профиля интенсивности спектров Cu, Ti, V и Al, подтверждают наличие широкой переходной зоны. Микроструктура следующего сварного соединения – сплава ВТ14 с тугоплавким Ta, выявленная ионным травлением, приведена на рис. 3, а, б. Сварной стык не имеет грубых дефектов – пор, трещин. У переходной зоны своя микроструктура, при ее исследовании выявлено уменьшение размера и изменение формы зерен (рис. 3, а). Точечные характеристические рент– 174 – ɜ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɟ ɜɫɟɯ ɨɫɧɨɜɧɵɯ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɫɜɚɪɢɜɚɟɦɵɯ ɦɚɬɟɪɢɚɥɨɜ, ɱɬɨ ɫɜɢɞɟɬɟɥɶɫɬɜɭɟɬ ɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɢ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨ-ɫɜɚɪɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ. А.А. Михеев, Г.М.ɨɛ Зеер… Исследование физико-химических процессов на межфазных границах... ɜ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɟ ɜɫɟɯ ɨɫɧɨɜɧɵɯ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɫɜɚɪɢɜɚɟɦɵɯ ɦɚɬɟɪɢɚɥɨɜ, ɱɬɨ ɫɜɢɞɟɬɟɥɶɫɬɜɭɟɬ ɨɛ ɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɢ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨ-ɫɜɚɪɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ. ɚа ɚ Ʉɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɨɝɨ ɷɥɟɦɟɧɬɚ, ɦɚɫɫ. % ɷɥɟɦɟɧɬɚ, ɦɚɫɫ. % Ʉɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɨɝɨ 100 90 100 8090 7080 6070 Al 5060 Al Ti Ti 4050 3040 V 2030 V 1020 Cu Cu 10 0 0 0 0 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 Ⱦɥɢɧɚ ɫɤɚɧɢɪɨɜɚɧɢɹ, ɦɤɦ 70 70 80 80 Ⱦɥɢɧɚ ɫɤɚɧɢɪɨɜɚɧɢɹ, ɦɤɦ б ɛɛ Рис. 1. Диффузионное соединение ВТ6–М1: а –ȼɌ6–Ɇ1: микроструктура с нанесеннымиɫмаркерами точечных и Ɋɢɫ. ɦɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɚ ɧɚɧɟɫɟɧɧɵɦɢ Ɋɢɫ.1.1. Ⱦɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɟ Ⱦɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɟ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɟ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɟ ȼɌ6–Ɇ1: ɚɚ–– ɦɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɚ ɫ ɧɚɧɟɫɟɧɧɵɦɢ линейных характеристических рентгеновских спектров; б – концентрационные кривые распределения ɦɚɪɤɟɪɚɦɢ ɬɨɱɟɱɧɵɯ ɢɢ ɥɢɧɟɣɧɵɯ ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɢɯ ɪɟɧɬɝɟɧɨɜɫɤɢɯ ɪɟɧɬɝɟɧɨɜɫɤɢɯɫɩɟɤɬɪɨɜ; ɫɩɟɤɬɪɨɜ; ɦɚɪɤɟɪɚɦɢ ɬɨɱɟɱɧɵɯ ɥɢɧɟɣɧɵɯ ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɢɯ химических элементов в переходной зоне ɛ –ɛ ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɨɧɧɵɟ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɜ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɟ – ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɨɧɧɵɟɤɪɢɜɵɟ ɤɪɢɜɵɟ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɜ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɟ геновские спектры (рис. 3, б) дают общую о химическом составе свариваемых ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɨɧɧɵɦ ɤɪɢɜɵɦ информацию ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɜ ɜ ɉɨɉɨ ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɨɧɧɵɦ ɤɪɢɜɵɦ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ материалов и переходной зоны (табл. 4). Спектры 1, 2, 3, 4 получены на сплаве ВТ14, спектры 5, ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɦɫɨɟɞɢɧɟɧɢɢ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɢ ɲɢɪɢɧɚ ɲɢɪɢɧɚ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɫɨɫɬɚɜɥɹɟɬ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɦ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɵ ɡɨɧɵɞɥɹ ɞɥɹɫɛɨɪɤɢ ɫɛɨɪɤɢȼɌ6–Ɇ1 ȼɌ6–Ɇ1 ɫɨɫɬɚɜɥɹɟɬ 6, 9 показывают химический состав переходной зоны, спектры 7 и 8 – тантала. 4 По 36 линейным спектрам характеристического рентгеновского излучения4 были по строены концентрационные кривые распределения химических элементов в переходной зоне, приведенные на рис. 4 с наложением на исследованный участок микроструктуры диффузионного соединения. Ширина переходной зоны для диффузионно-сварного соединения ВТ14–Ta составляет 2 мкм (табл. 3). Формирование диффузионно-сварного соединения в паре ВТ14–Ta происходит вследствие диффузии всех имеющихся в соединяемых материалах химических элементов, однако главная роль принадлежит танталу и титану, которые близки по свойствам, и при взаимодействии между ними образуются твердые растворы на основе модификаций α-, β-Ti и Та, наличие и распределение которых зависит от концентрации Та в переходной зоне. – 175 – ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɩɨ ɩɥɨɳɚɞɢ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɣ ɡɨɧɵ (ɪɢɫ. 2, ɚ-ɝ). ɉɨɫɬɪɨɟɧɧɵɟ ɤɚɪɬɵ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɩɪɢɜɟɞɟɧɵ ɫ ɧɚɥɨɠɟɧɢɟɦ ɩɪɨɮɢɥɹ ɢɧɬɟɧɫɢɜɧɨɫɬɢ ɫɩɟɤɬɪɨɜ Cu, Ti, V ɢ Al, ɩɨɞɬɜɟɪɠɞɚɸɬ ɧɚɥɢɱɢɟ ɲɢɪɨɤɨɣ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɵ. А.А. Михеев, Г.М. Зеер… Исследование физико-химических процессов на межфазных границах... ɚ а ɛ б ɢɫɫɥɟɞɨɜɚɧɢɢ ɜɵɹɜɥɟɧɨ ɭɦɟɧɶɲɟɧɢɟ ɪɚɡɦɟɪɚ ɢ ɢɡɦɟɧɟɧɢɟ ɮɨɪɦɵ ɡɟɪɟɧ (ɪɢɫ. 3, ɚ). ɜ Ɍɨɱɟɱɧɵɟ ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɢɟ ɪɟɧɬɝɟɧɨɜɫɤɢɟ ɫɩɟɤɬɪɵ (ɪɢɫ. 3, ɛ) ɞɚɸɬ ɨɛɳɭɸ ɝ ɢɧɮɨɪɦɚɰɢɸ ɨ ɯɢɦɢɱɟɫɤɨɦ ɫɨɫɬɚɜɟ ɫɜɚɪɢɜɚɟɦɵɯ ɦɚɬɟɪɢɚɥɨɜ ɢ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɵ (ɬɚɛɥ. 4). в г Ɋɢɫ. 2. Ʉɚɪɬɵ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɜ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɟ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɝɨ Рис. 2. Карты 1, распределения химических элементов в переходной соединения ВТ6– ɋɩɟɤɬɪɵ 2, 3, 4 ɩɨɥɭɱɟɧɵ ɧɚ ɫɩɥɚɜɟ ȼɌ14, ɫɩɟɤɬɪɵзоне 5, диффузионного 6, 9 ɩɨɤɚɡɵɜɚɸɬ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɣ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ – Cu; ɛ – Ti; ɜ – V; ɝ – Al М1: а – Cu; б –ȼɌ6–Ɇ1: Ti; в – V; г ɚ – Al ɫɨɫɬɚɜ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɵ, ɫɩɟɤɬɪɵ 7 ɢ 8 – ɬɚɧɬɚɥɚ. Ɇɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɚ ɫɥɟɞɭɸɳɟɝɨ ɫɜɚɪɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ – ɫɩɥɚɜɚ ȼɌ14 ɫ ɬɭɝɨɩɥɚɜɤɢɦ Ta, ɜɵɹɜɥɟɧɧɚɹ ɢɨɧɧɵɦ ɬɪɚɜɥɟɧɢɟɦ, ɩɪɢɜɟɞɟɧɚ ɧɚ ɪɢɫ. 3, ɚ, ɛ. ɋɜɚɪɧɨɣ ɫɬɵɤ ɧɟ ɢɦɟɟɬ ɝɪɭɛɵɯ ɞɟɮɟɤɬɨɜ – ɩɨɪ, ɬɪɟɳɢɧ. ɍ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɵ ɫɜɨɹ ɦɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɚ, ɩɪɢ ɟɟ 5 ɚ а ɛ б Рис. 3. Микроструктура сварного соединения ВТ14–Ta: а – сварной послеɫɬɵɤ ионного травления; Ɋɢɫ. 3. Ɇɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɚ ɫɜɚɪɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ ȼɌ14–Ta: ɚ –стык ɫɜɚɪɧɨɣ ɩɨɫɥɟ ɢɨɧɧɨɝɨб – диффузионное соединение с маркерами точечных характеристических рентгеновских спектров ɬɪɚɜɥɟɧɢɹ; ɛ – ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɟ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɟ ɫ ɦɚɪɤɟɪɚɦɢ ɬɨɱɟɱɧɵɯ ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɢɯ ɪɟɧɬɝɟɧɨɜɫɤɢɯ ɫɩɟɤɬɪɨɜ – 176 – Ɍɚɛɥɢɰɚ 4. ɏɢɦɢɱɟɫɤɢɣ ɫɨɫɬɚɜ ɦɚɬɟɪɢɚɥɨɜ ɫɜɚɪɢɜɚɟɦɵɯ ɨɛɪɚɡɰɨɜ ɢ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɵ А.А. Михеев, Г.М. Зеер… Исследование физико-химических процессов на межфазных границах... Таблица 4. Химический состав материалов свариваемых образцов и переходной зоны диффузионного соединения ВТ14–Ta Концентрация химического элемента, масс. % № спектра Al Ti V Mo Ta сумма 1 5,27 90,83 3,89 – – 100,00 2 5,06 87,70 – 7,23 – 100,00 3 6,83 93,17 – – – 100,00 4 6,98 93,02 – – – 100,00 0,80 25,48 – – 73,72 100,00 5 6 ɉɨ 36 ɥɢɧɟɣɧɵɦ ɫɩɟɤɬɪɚɦ ɪɟɧɬɝɟɧɨɜɫɤɨɝɨ ɢɡɥɭɱɟɧɢɹ100,00 ɛɵɥɢ 1,35 33,56 ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɨɝɨ – 3,79 61,30 7 – –ɤɪɢɜɵɟ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ – – 100,00 ɜ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ 100,00 ɩɨɫɬɪɨɟɧɵ ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɨɧɧɵɟ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ 8 – ɧɚ ɪɢɫ. 4 –ɫ ɧɚɥɨɠɟɧɢɟɦ– ɧɚ ɢɫɫɥɟɞɨɜɚɧɧɵɣ – 100,00 100,00 ɡɨɧɟ, ɩɪɢɜɟɞɟɧɧɵɟ ɭɱɚɫɬɨɤ ɦɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɵ 9 0,97 31,39 – – 67,65 100,00 ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ. ɒɢɪɢɧɚ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɵ ɞɥɹ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨ-ɫɜɚɪɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ ȼɌ14–Ta ɫɨɫɬɚɜɥɹɟɬ 2 ɦɤɦ (ɬɚɛɥ. 3). Ʉɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɨɝɨ ɷɥɟɦɟɧɬɚ, ɦɚɫɫ. % 100 90 80 70 60 Al 50 Ti 40 V 30 Mo 20 Ta 10 0 0 0,5 1 1,5 2 Ⱦɥɢɧɚ ɫɤɚɧɢɪɨɜɚɧɢɹ, ɦɤɦ 2,5 3 0,5 ɦɤɦ 3,5 4. Ɇɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɚ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ ȼɌ14–Ta ɢ ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɨɧɧɵɟ Рис. 4.Ɋɢɫ. Микроструктура диффузионного соединения ВТ14–Ta и концентрационные кривые распределения химических элементов в переходной зоне ɤɪɢɜɵɟ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɜ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɟ Ɏɨɪɦɢɪɨɜɚɧɢɟ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨ-ɫɜɚɪɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ ɜ ɩɚɪɟ ȼɌ14–Ta ɩɪɨɢɫɯɨɞɢɬ Микроструктура соединения сплава ВТ14 с тугоплавким сплавом ZrRe представлена на ɜɫɥɟɞɫɬɜɢɟ ɞɢɮɮɭɡɢɢ ɜɫɟɯ ɢɦɟɸɳɢɯɫɹ ɜ ɫɨɟɞɢɧɹɟɦɵɯ ɦɚɬɟɪɢɚɥɚɯ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ, рис. 5. В результате ДС получено качественное сварное соединение, дефектов – трещин, пор – ɨɞɧɚɤɨ ɝɥɚɜɧɚɹ ɪɨɥɶ ɩɪɢɧɚɞɥɟɠɢɬ ɬɚɧɬɚɥɭ ɢ ɬɢɬɚɧɭ, ɤɨɬɨɪɵɟ ɛɥɢɡɤɢ ɩɨ ɫɜɨɣɫɬɜɚɦ, ɢ ɩɪɢ не наблюдается. Согласно двойным диаграммам состояния компонентов элементы Ti, Zr, Al, ɜɡɚɢɦɨɞɟɣɫɬɜɢɢ ɦɟɠɞɭ ɧɢɦɢ ɨɛɪɚɡɭɸɬɫɹ ɬɜɟɪɞɵɟ ɪɚɫɬɜɨɪɵ ɧɚ ɨɫɧɨɜɟ ɦɨɞɢɮɢɤɚɰɢɣ D-, ȕMo, V и Re не образуют хрупких соединений. Микроструктурные исследования сварного соеTi ɢ ВТ14–ZrRe, Ɍɚ, ɧɚɥɢɱɢɟ ɢпроведенные ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɟ ɡɚɜɢɫɢɬ ɨɬ ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɢ Ɍɚ ɜ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɟ. динения во ɤɨɬɨɪɵɯ вторичных электронах и с применением композиционноɆɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɚ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ ɫɩɥɚɜɚ ȼɌ14 го контраста, показали наличие широкой переходной зоны.ɫ ɬɭɝɨɩɥɚɜɤɢɦ ɫɩɥɚɜɨɦ ZrRe ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɚ ɧɚ ɪɢɫ. 5. ȼ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɟ Ⱦɋ ɩɨɥɭɱɟɧɨ ɤɚɱɟɫɬɜɟɧɧɨɟ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɟ, Данные характеристических рентгеновских точечных спектров поɫɜɚɪɧɨɟ элементному составу, представляющие информацию о химическом свариваемых материалов иɫɨɫɬɨɹɧɢɹ переходной ɞɟɮɟɤɬɨɜ – ɬɪɟɳɢɧ, ɩɨɪ – ɧɟ ɧɚɛɥɸɞɚɟɬɫɹ.составе ɋɨɝɥɚɫɧɨ ɞɜɨɣɧɵɦ ɞɢɚɝɪɚɦɦɚɦ зоныɤɨɦɩɨɧɟɧɬɨɜ ВТ14–ZrRe, приведены в табл. состав свариɷɥɟɦɟɧɬɵ Ti, Zr, 5.Al,Спектры Mo, V 1 ɢи 2Reпредставляют ɧɟ ɨɛɪɚɡɭɸɬхимический ɯɪɭɩɤɢɯ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɣ. – 177 ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ – Ɇɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɧɵɟ ɢɫɫɥɟɞɨɜɚɧɢɹ ɫɜɚɪɧɨɝɨ ȼɌ14–ZrRe, ɩɪɨɜɟɞɟɧɧɵɟ ɜɨ ɜɬɨɪɢɱɧɵɯ ɷɥɟɤɬɪɨɧɚɯ ɢ ɫ ɩɪɢɦɟɧɟɧɢɟɦ ɤɨɦɩɨɡɢɰɢɨɧɧɨɝɨ ɤɨɧɬɪɚɫɬɚ, ɩɨɤɚɡɚɥɢ ɧɚɥɢɱɢɟ ɲɢɪɨɤɨɣ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɵ. 7 А.А. Михеев, Г.М. Зеер… Исследование физико-химических процессов на межфазных границах... ʦ˃14 4 ̵̨̪̖̬̖ ̨̨̦̦̔̌́̌̚ ZZrRe Ɋɢɫ. 5. Ɇɢɤɪɨɫɫɬɪɭɤɬɭɪɚ ɞ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧ ɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢ ɢɧɟɧɢɹ ȼɌ114–ZrRe ɜ ccompo ɤɨɧɬɬɪɚɫɬɟ Рис. 5. Микроструктура диффузионного соединения ВТ14–ZrRe в compo контрасте Ⱦɚɧɧɵɟ ɯɚɪɚɤɬɟɪɢ ɢɫɬɢɱɟɫɤɢɯɯ ɪɟɧɬɝɟɧɨɜɫɤɢɯ ɬɨɱɟɟɱɧɵɯ ɫɩɟɟɤɬɪɨɜ ɩɨ ɷɥɟɦɟɧɬɧɨɨɦɭ ɚɜɭ, ɩɪɟɞɫɬɬɚɜɥɹɸɳɢɟ ɟ ɢɧɮɨɪɦɚɰ ɰɢɸ ɨ ɯɢɦ ɦɢɱɟɫɤɨɦ ɫɨɨɫɬɚɜɟ ɫɜɚɪ ɪɢɜɚɟɦɵɯ ɦɚɬɟɪɢɚɥɨɜ ɦ ɜсоединения ɢ Таблица 5.ɫɨɫɬɚ Химический состав свариваемых материалов и переходной зоны диффузионного ВТ14–ZrReɩɟɪɟɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɨɧɵ ȼɌ14––ZrRe, ɩɪɢɜɟɞɟɧɵ ɜ ɬɚɛɥ. 5. ɋɩɟɤɬɪɵ 1 ɢ 2 ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɹ ɩ ɹɸɬ ɯɢɦɢ ɢɱɟɫɤɢɣ ɫɨɨɫɬɚɜ ɫɜɚɪɢ ɢɜɚɟɦɵɯ ɦɚɚɬɟɪɢɚɥɨɜ – ȼɌ14 ɢ ZrRe, Z элемента, ɫɩɟɤɬɬɪмасс. 3 ɩɨɥɭɱ Концентрация химического %ɱɟɧ ɜ ɨɛɥɚɫɫɬɢ № спектра ɩɟɪɟɟɯɨɞɧɨɣ ɩ ɩɨɤɚɡɵɜɚɟɬ ɧɚɥɢɱɢɟ ɜɫɟɯZr ɨɫɧ ɧɨɜɧɵɯ Mo ɯɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɯ Re ɷɥɟɦɟɧɬɬɨɜ, сумма Al ɡɨɨɧɵ ɢ Ti V ɦɢɪɭɸɳɢɯ ɨɧɧɨɟ ɫɨɟɞɢ ɢɧɟɧɢɟ. 1 ɮɨɪɦ 5,80 ɯ ɞɢɮɮɭɡɢɨ 89,06 1,65 – 3,48 – 100,00 2 3 – Ɍɚɛɥɥɢɰɚ 2,17 5. – ɏɢɦɢɱɟɫɤɢ ɢɣ 32,04 – 95,54 – ɫɨɫɬɚɜɜ –ɫɜɚɪɢɜɚɚɟɦɵɯ 65,79ɦɚɚɬɟɪɢɚɥɨɜ – ɢ 4,46 ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ – 100,00 ɡɨɨɧɵ 100,00 ɞɢɮɮ ɮɭɡɢɨɧɧɨɝɨɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧ ɧɢɹ ȼɌ14–Z ZrRe ʋ ɫɩ ɩɟɤɬɪɚ Ʉɨɧɰɟɧ ɧɬɪɚɰɢɹ ɯɢɦ ɦɢɱɟɫɤɨɝɨ ɷɥɟɦɟɧɬɚ, ɦɚɫɫ. % Mo переходной Al и ZrRe,Tiспектр V Zr в области Re ɫɭɦɦɚи показывает ваемых материалов – ВТ14 3 получен зоны 3,48 диффузионное – – 5,80 89,06элементов, 1,65 100,00 1 наличие всех основных химических формирующих соединение. – – – – 95,54 4,46 100,00 2 Сканирование химического состава переходной зоны по линии с шагом 1 мкм позволило –элементов 32,04 – распределение 65,79 – в диффузионном 100,00 3 ее ширину и2,17 определить концентрационное соединении. В данном образце титан из глубины в 13 мкм из сплава ВТ14 диффундирует на 23 мкм ɡɨɧɵ ɩɨ ɋɤɚɧɢɪɨ ɥɢɧɢɢ ɫɨɫɬɚɜɚ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɨɜɚɧɢɟ ɯɢɦ ɦɢɱɟɫɤɨɝɨ ɲɚɝɨɦ ɲ со 1стороны ɦ ɦɤɦ в сплав ZrRe. Зона диффузии Zr составляет 25 мкм со стороны ZrRe и 11ɫ мкм ВТ14 ɩɨɡɜ ɜɨɥɢɥɨ ɨɩɪ ɪɟɞɟɥɢɬɶ ɟ ɟɟ ɲɢɪɢɧɭ ɭ ɢ ɤɨɧɰɟ ɟɧɬɪɚɰɢɨɧɧ ɧɨɟ ɪɚɫɩɪ ɪɟɞɟɥɟɧɢɟ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɜ ɜ (рис. 6). 13 ɦɤɦ ɢɡɡ ɫɩɥɚɜɚ ɞɢɮɮ ɮɭɡɢɨɧɧɨɦ ɦ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢ ɢɢ. кривых ȼ ɞɚɧɧɨɦ показал, ɨɛɪɚɡɰɟɟ ɬɢɬɚɧ ɝɥɭɛɢɧɵ ɜ остальных ȼɌ Ɍ14 Анализ концентрационных что ɢɡдиффузия химических элеɞɢɮɮɭɡɢɢ Zr ɫɨɫɬɚɜɥ ɞɢɮɮ ɮɭɧɞɢɪɭɟɬ ɧɚ 23 ɦɤɦ ɦ ɜ ɫɩɥɚɜ Z ZrRe. Ɂɨɧɚ ɥɹɟɬ 25 ɦɤɦ ɦ ɫɨ ɫɬɨɪɨ ɨɧɵ ментов – Al, V, Mo, Re – и по концентрации, и по глубине незначительна. Переходная зона соеe ɢ 11 ВТ14 ɦɤɦ ɫɨиɫɬɨɪɨɧɵ ȼɌ14 (ɪɢɫɫ. 6). преимущественно вследствие взаимной диффузии динения ZrRe сплавов ZrReɵформируется титана и циркония и состоит из непрерывного ряда твердых растворов α-Тi, α-Zr. Ее8ширина, определенная графически, составляет 36 мкм (табл. 5). Проведенное в области диффузионного соединения ВТ14–ZrRe (рис. 7, а) методом энергодисперсионного микроанализа картирование подтверждает наличие большой переходной зоны, карта распределения химических элементов Ti и Zr построена с наложением на изображение микроструктуры во вторичных электронах (рис. 7, б). По данным концентрационных кривых для диффузионно-сварных соединений ВТ14–Та и ВТ14–ZrRe с использованием графического метода Матано в программе, написанной на языке Delphi [11], был проведен расчет коэффициентов взаимной диффузии (табл. 6). – 178 – А.А. Михеев, Г.М. Зеер… Исследование физико-химических процессов на межфазных границах... Ʉɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɨɝɨ ɷɥɟɦɟɧɬɚ, ɦɚɫɫ. % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 11 21 Al Ti 31 V 41 Zr 51 61 Mo 71 81 91 101 111 Ⱦɥɢɧɚ ɫɤɚɧɢɪɨɜɚɧɢɹ, ɦɤɦ Re 6. Ɇɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɚ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ ȼɌ14–ZrRe ɢ ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɨɧɧɵɟ Рис. Ɋɢɫ. 6. Микроструктура диффузионного соединения ВТ14–ZrRe и концентрационные кривые распределения химических элементов в переходной зоне ɤɪɢɜɵɟ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ ɜ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɟ Ⱥɧɚɥɢɡ ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɨɧɧɵɯ ɤɪɢɜɵɯ ɩɨɤɚɡɚɥ, ɱɬɨ ɞɢɮɮɭɡɢɹ ɨɫɬɚɥɶɧɵɯ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ – Al, V, Mo, Re – ɢ ɩɨ ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɢ, ɢ ɩɨ ɝɥɭɛɢɧɟ ɧɟɡɧɚɱɢɬɟɥɶɧɚ. ɉɟɪɟɯɨɞɧɚɹ ɡɨɧɚ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ ɫɩɥɚɜɨɜ ȼɌ14 ɢ ZrRe ɮɨɪɦɢɪɭɟɬɫɹ ɩɪɟɢɦɭɳɟɫɬɜɟɧɧɨ ɜɫɥɟɞɫɬɜɢɟ ɜɡɚɢɦɧɨɣ ɞɢɮɮɭɡɢɢ ɬɢɬɚɧɚ ɢ ɰɢɪɤɨɧɢɹ ɢ ɫɨɫɬɨɢɬ ɢɡ ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɨɝɨ ɪɹɞɚ ɬɜɟɪɞɵɯ ɪɚɫɬɜɨɪɨɜ D-Ɍi, D-Zr. ȿɟ ɲɢɪɢɧɚ, ɨɩɪɟɞɟɥɟɧɧɚɹ ɝɪɚɮɢɱɟɫɤɢ, ɫɨɫɬɚɜɥɹɟɬ 36 ɦɤɦ (ɬɚɛɥ. 5). ɉɪɨɜɟɞɟɧɧɨɟ ɜ ɨɛɥɚɫɬɢ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɝɨ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɹ ȼɌ14–ZrRe (ɪɢɫ. 7, ɚ) ɦɟɬɨɞɨɦ ɷɧɟɪɝɨɞɢɫɩɟɪɫɢɨɧɧɨɝɨ ɦɢɤɪɨɚɧɚɥɢɡɚ ɤɚɪɬɢɪɨɜɚɧɢɟ ɩɨɞɬɜɟɪɠɞɚɟɬ ɧɚɥɢɱɢɟ ɛɨɥɶɲɨɣ ɩɟɪɟɯɨɞɧɨɣ ɡɨɧɵ, ɤɚɪɬɚ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ ɯɢɦɢɱɟɫɤɢɯ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ Ti ɢ Zr, ɩɨɫɬɪɨɟɧɚ ɫ ɧɚɥɨɠɟɧɢɟɦ ɧɚ ɢɡɨɛɪɚɠɟɧɢɟ ɦɢɤɪɨɫɬɪɭɤɬɭɪɵ ɜɨ ɜɬɨɪɢɱɧɵɯ ɷɥɟɤɬɪɨɧɚɯ (ɪɢɫ. 7, ɛ). ɉɨ ɞɚɧɧɵɦ ɤɨɧɰɟɧɬɪɚɰɢɨɧɧɵɯ ɤɪɢɜɵɯ ɞɥɹ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨ-ɫɜɚɪɧɵɯ ɫɨɟɞɢɧɟɧɢɣ ɛ а б ȼɌ14–Ɍɚ ɢ ȼɌ14–ZrRe ɫ ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɢɟɦ ɝɪɚɮɢɱɟɫɤɨɝɨ ɦɟɬɨɞɚ Ɇɚɬɚɧɨ ɜ ɩɪɨɝɪɚɦɦɟ, Рис.Ɋɢɫ. 7. 7. Диффузионное соединение ВТ14–ZrRe, х2500: а – ɚмикроструктура переходной зоны; б – Ⱦɢɮɮɭɡɡɢɨɧɧɨɟ ɫɨɟɟɞɢɧɟɧɢɟ ȼ ȼɌ14–ZrRe , ɯ2500: – ɦɢɤɪɨɫɬɪɪɭɤɬɭɪɚ ɩɟɪ ɪɟɯɨɞɧɨɣ ɧɚɩɢɫɚɧɧɨɣ ɧɚ ɹɡɵɤɟ Delphi с[11], ɛɵɥ ɩɪɨɜɟɞɟɧ ɪɚɫɱɟɬ ɜɡɚɢɦɧɨɣ изображение во вторичных электронах наложением распределения Ti иɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬɨɜ Zr; в, г – карты распределения ɵ; ɛ – ɢɡɨɛɪɪɚɠɟɧɢɟ ɜɨɨ ɜɬɨɪɢɱɧɵɯɯ ɷɥɟɤɬɪɨɧ ɧɚɯ ɫ ɧɚɥɨɠ ɠɟɧɢɟɦ ɪɚɫɩ ɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹɹ Ti ɢ Zr; ɜ,, Ti иɡɨɧɵ Zrɞɢɮɮɭɡɢɢ ෩ ɜɡ ሺɋሻ (ɬɚɛɥ. 6). ࡰ ɝ – ɤɚɪɬɵ ɤ ɪɚɫɩɪɪɟɞɟɥɟɧɢɹ Ti T ɢ Zr ɚ На всех образцах диффузионно-сварных соединений на приборе ПМТ-3М были проведе9 ɥɢɰɚ 6. Ʉɨɷ ɬɵ ɜɡɚɢɦɧɨ ɨɣкак ɞɢɮɮɭɡɢ ɢɢ ɜотпечатка ɫɜɚɪɧ ɧɵɯ ɫɨɟɞɢɧ ɧɟɧɢɹɯ ȼɌ1 14–Ɍɚ, ȼɌ114– ныɌɚɛɥ испытания наɷɮɮɢɰɢɟɧɬ микротвердость. Так диаметр пирамиды при индентировании e ZrRe даже при минимальной нагрузке (2 г) превышает в несколько раз ширину переходной зоны, измерение проводили методом царапания поверхностного слоя образца четыʋ микротвердости Ⱦɢɮɮɭɡɢɨɧɧɨɟ ɫɨɟɞ ɞɢɧɟɧɢɟ Ʉɨɷɮ ɮɮɢɰɢɟɧɬ ɜɜɡɚɢɦɧɨɣ ɞɢɮɮɭɡɢɢ, 2 рехгранной алмазной пирамидой [12]. Общий вид царапины с нанесенными на нее размерами ɦ /ɫ 1 ȼ ȼɌ14–Ɍɚ 2 ȼ ȼɌ14–ZrRe – 179 – 2,,4E-16 8,882E-14 ɧɟɧɢɣ ɧɚ ɩ ɩɪɢɛɨɪɟ ɉɆ ɆɌ-3Ɇ ɛɵ ɵɥɢ ɇɚ ɜɫɟɯɯ ɨɛɪɚɡɰɚɯ ɞɢɮɮɭɡɢɨɨɧɧɨ-ɫɜɚɪɧɵɯ ɫɨɟɞɢɧ А.А. Михеев, Г.М. Зеер… Исследование физико-химических процессов на межфазных границах... Таблица 6. Коэффициенты взаимной диффузии в сварных соединениях ВТ14–Та, ВТ14–ZrRe 1 ВТ14–Та Коэффициент взаимной диффузии, м2/с 2,4E-16 2 ВТ14–ZrRe 8,82E-14 № Диффузионное соединение Ɋɢɫ. 8. Ɉɛɳɢ ɢɣ ɜɢɞ ɰɚɚɪɚɩɢɧɵ ɞɥɹ ɞ ɪɚɫɱɟɬɬɚ ɦɢɤɪɨɬɬɜɟɪɞɨɫɬɢ ɞɢɮɮɭɡɢɨ ɨɧɧɨ-ɫɜɚɪɧɨɨɝɨ 8. Ɉɛɳɢ Ɋɢɫ. ɜɢɞ ɰɚ ɚɪɚɩɢɧɵ ɞмикротвердости ɪɚɫɱɟɬɬɚ ɦɢɤɪɨɬ ɬɜɟɪɞɨɫɬɢ ɞɢɮɮɭɡɢɨ ɨɧɧɨ-ɫɜɚɪɧɨ ɨɝɨ Рис. 8. Общий видɢɣ царапины для расчетаɞɥɹ диффузионно-сварного соединения BT14–Ta ̬ ̬̔ , ʺ̡̨̨̛̬̯̖̬̭̯̏̔̽,ʺʿ̌ ̬ ̬̔ , ʺ̡̨̨̛̬̯̖̬̭̯̏̔̽,ʺʿ̌ ɞɢɧɟɧɢɹ BT T14–Ta ɫɨɟɞ ɞɢɧɟɧɢɹ BT T14–Ta ɫɨɟɞ 3000 3000 2500 2500 2000 2000 1500 1500 1000 1000 500 500 00 ʦ˃6 44 2Ͳʿʯ 1Ͳʦ ʦ˃6 1Ͳʿʯ 1Ͳʿʯ 1Ͳʺ1 1Ͳʺ1 2Ͳʦ˃14 2Ͳʦ˃14 2Ͳʿʯ 1Ͳʦ 2Ͳ˃ ˃̌ 3Ͳʦ˃14 3Ͳʦ˃14 3Ͳʿʯ 3Ͳʿʯ 3ͲZrRe 3ͲZrRe 2Ͳ˃˃̌ ee Рис. 9. Микротвердость свариваемых материалов и переходных зон диффузионно-сварных соединений: Ɋɢɫ. 9.9.Ɇɢɤɪɨɬ ɬɜɟɪɞɨɫɬɶ ɫɫ ɫɜɚɪɢɜɚɟɦɵ ɵɯ ɦɚɬɟɪɢɚɚɥɨɜ ɢ ɩɟɪɟɟɯɨɞɧɵɯ ɡɨ ɨɧ ɞɢɮɮɭɡɢ ɞɢɮɮɭɡɢ ɢɨɧɨ-ɫɜɚɪɧ ɧɵɯ Ɇɢɤɪɨɬ ɬɜɟɪɞɨɫɬɶ ɨɧ ɢɨɧɨ-ɫɜɚɪɧ ɧɵɯ 1 –Ɋɢɫ. BT6–М1; 2 – BT14–Ta; 3 – ɫɜɚɪɢɜɚɟɦɵ ВТ14–ZrReɵɯ ɦɚɬɟɪɢɚɚɥɨɜ ɢ ɩɟɪɟɟɯɨɞɧɵɯ ɡɨ ɞɢɧɟɧɢɣ: ; ;22––BT14– –Ta; Ɍ14–ZrRe ɫɨɟɞ ɞɢɧɟɧɢɣ:1 1– –BT6–Ɇ1; BT6–Ɇ1; BT14– –Ta;33 –– ȼɌ ȼɌ Ɍ14–ZrRe ɫɨɟɞ ȼ ȼнаɫɨɟɞ ɞɢɧɟɧɢɹɯ ɬɭɝɨɩɥɚɜɤ ɤɢɯ ɥɥɨɜ ɫɫɩɥɚɜɨɜ изменяется ɫɩɥɚɜɨɜ ɞ ɞɥɹ ɩɟɪɟɯ ɩɟɪɟɯ ɯɨɞɧɨɣ ɡɨɨɧɵ ɫɨɟɞ ɞɢɧɟɧɢɹɯ ɬɭɝɨɩɥɚɜɤ ɤɢɯ ɦɟɬɚɥ ɦɟɬɚɥ ɥɥɨɜ ɞ ɞɥɹ ɯɨɞɧɨɣ ɡɨɨɧɵ приведен рис. 8, при этом отчетливо видно, что ɢ ее ширина при пересечении свариваемых материалов иɢɦɚ переходной зоны. Микротвердость исследованных образцов ɦɢɤɪ ɪɨɬɜɟɪɞɨɫɬ ɬɶɬɶɫɨɢɡɦɟɪɢ ɢɦɚ ɫɫ ɦɢɤ ɤɪɨɬɜɟɪɞɨɫɬ ɬɶɸ ɜɚɟɦɵɯвсех ɦɚ ɚɬɟɪɢɚɥɨɜ ɫɨɟɞɢɧɟɧ ɧɢɹ ɦɢɤɪ ɪɨɬɜɟɪɞɨɫɬ ɫɨɢɡɦɟɪɢ ɦɢɤ ɤɪɨɬɜɟɪɞɨɫɬ ɬɶɸ ɫɜɚɪɢɜɚɟɦɵɯ ɦɚ ɚɬɟɪɢɚɥɨɜ –– ɫɨɟɞɢɧɟɧ ɧɢɹ представлена в4–ZrRe. графическом виде ɦɢɤ на рис. 9. ȼɌ14 4–Ɍɚ,ȼɌ14 ȼɌ14 4–ZrRe.Ɂɧ Ɂɧ ɧɚɱɟɧɢɟ ɦɢɤ ɤɪɨɬɜɟɪɞɨɫ ɫɬɢ ɩɟɪɟɯɨ ɵ ɟɧɢɢ Ɇ1 ȼɌ14 4–Ɍɚ, ɧɚɱɟɧɢɟ ɤɪɨɬɜɟɪɞɨɫ ɫɬɢ ɨɞɧɨɣ ɡɨɧɵ ɡɨɧɵ ɵ ɜɜ ɫɨɟɞɢɧɟ ɫɨɟɞɢɧɟ ɟɧɢɢȼɌ6–Ɇ ȼɌ6–Ɇ Ɇ1 В соединениях тугоплавких металлов и сплавов для переходной зоны микротвердость ɩɪɟɜ ɜɵɲɚɟɬɡɧɚ ɡɧɚ ɚɱɟɧɢɟɦɢɤ ɦɢɤ ɤɪɨɬɜɟɪɞɨɫ ɫɬɢ ɛɨɥɟɟ ɛɨɥɟɟ ɩɥɚɫɬɢɱɧɨ ɩɥɚɫɬɢɱɧɨ ɪɢɜɚɟɦɵɯ ɨɜ ɩɪɟɜ ɜɵɲɚɟɬ ɚɱɟɧɢɟ ɤɪɨɬɜɟɪɞɨɫ ɫɬɢ ɨɝɨ ɢɡ ɫɜɚɪ ɫɜɚɪ ɪɢɜɚɟɦɵɯ ɦɚɬɟɪɢɚɥɨ ɦɚɬɟɪɢɚɥɨ ɨɜ–– соизмерима с микротвердостью свариваемых материалов – соединения ВТ14–Та, ВТ14–ZrRe. Ɇ1,ɱɬɨ ɱɬɨɦɨɠɧ ɦɨɠɧ ɨɛɴɹɫɧɢ ɢɬɶ ɧɚɥɢɱɢ ɧɚɥɢɱɢ ɢɟɦ ɧɟɤɨɬ ɧɟɤɨɬ ɬɨɪɨɝɨ ɤɨɥ ɥɢɱɟɫɬɜɚ ɢɢɧɬɟɪɦɟɬɚɥɥ ɥɢɞɧɨɣ ɚɡɵ ɧɬɟɪɦɟɬɚɥɥ Ɇ1, ɧɨɧɨɨɛɴɹɫɧɢ ɢɬɶ ɢɟɦ ɬɨɪɨɝɨ ɥɢɱɟɫɬɜɚ ɥɢɞɧɨɣ ɮɚ ɮɚ ɚɡɵ Значение микротвердости переходной зоны в соединении ВТ6–М1 превышает значение миu , ɨɛɥɚɞɚɸ ɸɳɟɣ ɜɵɫɨɤ ɤɨɣ ɬɜɟɪɞɨɫ ɫɬɶɸ. TiCu ɸɳɟɣ ɤɨɣ ɬɜɟɪɞɨɫ TiCuu4, 4ɨɛɥɚɞɚɸ кротвердости более ɜɵɫɨɤ пластичного изɫɬɶɸ. свариваемых материалов – М1, что можно объяснить ȼɵɜɨɞɵ ɵ ȼɵɜɨɞɵ ɵ – 180 – ɂɫɫɥɟ ɟɞɨɜɚɧɚ ɦɢɤɪɨɫɬɪɭɤ ɦ ɟɯɨɞɧɵɯ ɡɨɧ ɡɡɨɧ ɬɭɪɚ ɩɟɪɟ ɩɟɪɟ ɬɭɪɚ 1.1.ɂɫɫɥɟ ɟɞɨɜɚɧɚ ɦɦɢɤɪɨɫɬɪɭɤ ɟɯɨɞɧɵɯ ɡ ɫɜɚɪ ɧɵɯ ɫɨɟɞɢ ɢɧɟɧɢɣ. ȼɵ ɵɹɜɥɟɧɨ, ɱɬ ɬɨ ɞɢɮɮɭɡ ɢɨɧɧɵɟ ɡɨ ɨɧɵ ɫɜɚɪɧɵɯ ɫɨɟɞɢ ɢɧɟɧɢɣ. ȼɵ ɵɹɜɥɟɧɨ, ɱɬɬɨ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧɵɟ ɡɨɨɧɵ ɪɚɡɧɨɪ ɪɨɞɧɵɯ ɞɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧ ɧɨɪɚɡɧɨɪ ɪɨɞɧɵɯ ɞɢɮɮɭɡɢɨɧɧ ɞ ɧɨɧɟ ɢɦɟ ɟɸɬ ɤɪɭɩɧɵ ɵɯ ɞɟɮɟɤɬ ɬɨɜ. ɧɟ ɢɦɟɟɸɬ ɤɪɭɩɧɵ ɵɯ ɞɟɮɟɤɬɬɨɜ. 11 11 А.А. Михеев, Г.М. Зеер… Исследование физико-химических процессов на межфазных границах... наличием некоторого количества интерметаллидной фазы TiCu4, обладающей высокой твердостью. Выводы 1. Исследована микроструктура переходных зон разнородных диффузионно-сварных соединений. Выявлено, что диффузионные зоны не имеют крупных дефектов. Построены концентрационные кривые распределения химических элементов в переходных зонах диффузионно-сварных соединений, в результате чего определена ширина переходной зоны, которая варьируется от 2 до 70 мкм для исследованных разнородных соединений. По экспериментальным концентрационным кривым с использованием графического метода Матано рассчитаны коэффициенты взаимной диффузии при температуре ДС. 2. Проведено методом энергодисперсионного микроанализа картирование диффузионносварных соединений ВТ6–М1, ВТ14–ZrRe, наглядно представляющее распределение компонентов в переходных зонах и косвенно подтверждающее образование качественных диффузионносварных соединений данных композитов. 3. Исследована микротвердость диффузионно-сварных соединений титановых сплавов с медью, танталом и цирконием. Для переходной зоны микротвердость соизмерима с микротвердостью свариваемых материалов – соединения ВТ14–Та, ВТ14–ZrRe. Значение микротвердости переходной зоны в соединении ВТ6–М1 превышает ее значение для более пластичного из свариваемых материалов – М1, что можно объяснить наличием некоторого количества интерметаллидной фазы TiCu4, обладающей высокой твердостью. Список литературы 1. Конюшков, Г.В., Мусин Р.А. Специальные методы сварки. Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2009. – 632 с. 2. Казаков, Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. – М.: Машиностроение, 1981. – 271 с. 3. Бондарь, А.В., Пешкова В.В. Диффузионная сварка титана и его сплавов. Воронеж: Издво ВГУ, 1998. – 256 с. 4. Диффузионная сварка титана / Э. С. Каракозов, Л. М. Орлова, В.В. Пешков, В. И. Григорьевский. М.: Металлургия, 1977. – 272 с. 5. Братухин, А.Г., Редчиц В.В., Лукин, В.И. Проблемы создания сварных конструкций летательных аппаратов// Сварочное производство. 1994. №10. С. 2-5. 6. Гельман, А. А. Диффузионная сварка титана (обзор зарубежной литературы за 1981–1986 гг.) // Сварочное производство. 1987. № 12. С. 39-41. 7. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: в 3 т. / Н. П. Лякишев. М.: Машиностроение, 1996. – 992 с. 8. Люшинский, А.В. Диффузионная сварка разнородных материалов. М: Издательский центр «Академия», 2006. – 208 с. 9. Люшинский, А.В. Диффузионная сварка вольфрама, молибдена, титана и меди между собой через промежуточные слои// Сварка и диагностика. 2009. С. 42-44. 10. Исследование переходной зоны диффузионных соединений бронзы БрХ08 и меди М1 / А.А. Михеев, Г. М. Зеер, О. Ю. Фоменко, Д. С. Райпольд// Сварочное производство. 2010. № 9. С. 18-21. А.А. Михеев, Г.М. Зеер… Исследование физико-химических процессов на межфазных границах... 11. Графические методы Матано и Холла для расчета коэффициентов взаимной диффузии в композиционных соединениях / А. А. Михеев, Г. М. Зеер, О. Ю. Фоменко, Д. С. Райпольд, Ю. П. Королева// Вестник ассоциации выпускников КГТУ. 2008. Вып. 17. С. 55-59. 12. ГОСТ 21318-75 Измерение микротвердости царапанием алмазными наконечниками. The Investigation of Physico-Chemical Processes at the Interfaces of Diffusion Joints of Titanium Alloys with Copper, Tantalum and Zirconium Anatoly A. Miheev, Galina M. Zeer, Oksana Yu. Fomenko, Mihail Yu. Kuchinsky, Dmitry S. Raipold and Оlga N. Ledyaeva Siberian Federal University 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041 Russia In this work we investigate diffusion processes at the interfaces of diffusion joints of titanium alloys with refractory or plastic materials, fabricated by diffusion welding. The experimental data allowed to determine the width of a transition zone and to calculate the interdiffusion coefficients at the temperature of diffusion welding. Keywords: titanium alloys, diffusion welding, transition zone, interdiffusion coefficient.
