DIFÚZNÍ SVAŘOVÁNÍ V OCHRANNÉ ATMOSFÉŘE S POUŽITÍM PŘECHODOVÝCH MEZIVRSTEV



Podobné dokumenty
Svařitelnost korozivzdorných ocelí

Princip. konvenční setrvačníkový Kmitavý Orbitální

Hodnocení opotřebení a změn tribologických vlastností brzdových kotoučů

Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu WIG (TIG) - 141

OPTIMALIZACE SVAŘOVACÍCH PARAMETRŮ PŘI ODPOROVÉM BODOVÉM SVAŘOVÁNÍ KOMBINOVANÝCH MATERIÁLŮ

Technologie I. Pájení

Difúzní svařování - 45

E-B 420. SFA/AWS A 5.4: E EN 1600: (E Z 19 9 Nb B 2 2*)

Heterogenní spoje v energetice, zejména se zaměřením na svařování martenzitických ocelí s rozdílným obsahem Cr

E-B 420. SFA/AWS A 5.4: E EN 1600: (E Z 19 9 Nb 2 2*)

Kalení Pomocí laserového paprsku je možné rychle a kvalitně tepelně zušlechtit povrch materiálu až do hloubek v jednotkách milimetrů.

VÝROBKY PRÁŠKOVÉ METALURGIE

Technologie I. Část svařování. Kontakt : michal.vslib@seznam.cz Kancelář : budova E, 2. patro, laboratoře

OK AUTROD SFA/AWS A 5.14: ERNiCrMo-3 EN ISO 18274: S Ni 6625 (NiCr22Mo9Nb)

Třecí spoje pro žárově zinkované konstrukce?

Svafiování elektronov m paprskem

PROBLEMATICKÉ SVAROVÉ SPOJE MODIFIKOVANÝCH ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ

OK AUTROD 347Si (OK AUTROD 16.11)

MECHANICKÉ VLASTNOSTI A STRUKTURNÍ STABILITA LITÝCH NIKLOVÝCH SLITIN PO DLOUHODOBÉM ÚČINKU TEPLOTY

2. Materiály a jejich charakteristiky Austenitické, duplexní, feritické, martenzitické a precipitačně vytvrzené oceli. Značení, vlastnosti a použití.

Zkušební protokol č. 18/12133/12

Identifikace zkušebního postupu/metody PP (ČSN ISO 9556, ČSN ISO 4935) PP (ČSN EN , ČSN )

DRÁTY PRO SVAŘOVÁNÍ POD TAVIDLEM

Metodika hodnocení strukturních změn v ocelích při tepelném zpracování

OK SFA/AWS A 5.11: (NiTi3)

OK TUBRODUR Typ náplně: speciální rutilová. Ochranný plyn: s vlastní ochranou. Svařovací proud:

SVÚM a.s. Zkušební laboratoř vlastností materiálů Tovární 2053, Čelákovice

1 Moderní nástrojové materiály

VLIV ZPŮSOBŮ OHŘEVU NA TEPLOTNÍ DEGRADACI TENKÝCH OTĚRUVZDORNÝCH PVD VRSTEV ZJIŠŤOVANÝCH POMOCÍ VYBRANÝCH METOD

Nikl a jeho slitiny. Ing. David Hrstka, Ph.D. -IWE

AlfaNova Celonerezové tavně spojované deskové výměníky tepla

5/ Austenitické vysokolegované žáruvzdorné oceli

Výzkumný a zkušební ústav Plzeň s.r.o. Zkušební laboratoř Tylova 1581/46, Plzeň

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ Jana Martínková, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Svarové spoje. Svařování tavné tlakové. Tlakové svařování. elektrickým obloukem plamenem termitem slévárenské plazmové

Vladislav OCHODEK VŠB TU Ostrava Katedra mechanické technologie ústav svařování Vl. Ochodek 3/2012

VYSOKOVÝKONOVÉ LASEROVÉ ROBOTIZOVANÉ PRACOVIŠTĚ

OPRAVA ČESKÉHO OBRANNÉHO STANDARDU

Svarové spoje. Svařování tavné tlakové. Tlakové svařování. elektrickým obloukem plamenem termitem slévárenské plazmové

OTĚRUVZDORNÉ POVLAKY VYTVÁŘENÉ METODAMI ŽÁROVÉHO NÁSTŘIKU

Svařitelnost vysokopevné oceli s mezí kluzu 1100 MPa

CSM 21 je označení ROBERT ZAPP WERKSTOFFTECHNIK GmbH 0,02 % 15,00 % 4,75 % 3,50 %

KOROZE A TECHNOLOGIE POVRCHOVÝCH ÚPRAV

ZKOUŠKY MIKROLEGOVANÝCH OCELÍ DOMEX 700MC

Příloha je nedílnou součástí osvědčení o akreditaci č.: 753/2015 ze dne:

Testy fyzických vlastností (přilnavost, elasticita, odolnost vůči nárazu atd.)

OK TUBRODUR Typ náplně: speciální rutilová. Ochranný plyn: s vlastní ochranou. Svařovací proud:

Vlastnosti a struktura oxidických vrstev na slitinách titanu

Materiálové laboratoře Chomutov s.r.o. Zkušební laboratoř MTL Luční 4624, Chomutov

VLIV KOROZNÍHO PŮSOBENÍ OCELÍ S VYSOKÝM OBSAHEM MANGANU A CHROMU NA ŽÁRUVZDORNOU KERAMIKU. Libor BRAVANSKÝ, Kateřina KADLÍKOVÁ

Charakteristika. Vlastnosti. Použití NÁSTROJE NA TLAKOVÉ LITÍ NÁSTROJE NA PROTLAČOVÁNÍ NÁSTROJE PRO TVÁŘENÍ ZA TEPLA VYŠŠÍ ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ

Dělení a svařování svazkem plazmatu

Kovy a kovové výrobky pro stavebnictví

Nauka o materiálu. Přednáška č.11 Neželezné kovy a jejich slitiny

VÝZKUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ A STRUKTURNÍ STABILITY SUPERSLITINY NA BÁZI NIKLU DAMERON. Karel Hrbáček a

TÜV NORD Czech, s.r.o. Laboratoře a zkušebny Brno Olomoucká 7/9, Brno

Nauka o materiálu. Přednáška č.14 Kompozity

Díly forem. Vložky forem Jádra Vtokové dílce Trysky Vyhazovače (nitridované) tlakové písty, tlakové komory (normálně nitridované) V 0,4

VÝZKUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ SVAROVÝCH SPOJŮ MODIFIKOVANÝCH ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ T24 A P92. Ing. Petr Mohyla, Ph.D.

Západočeská univerzita v Plzni fakulta Strojní

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH. Mechanické zkoušky statické a dynamické

Poškození strojních součástí

VYSOKOVÝKONOVÉ LASEROVÉ ROBOTIZOVANÉ PRACOVIŠTĚ

Produktová řada Elektricky vodivý Vysoká pevnost v tlaku Dobrá tepelná odolnost Vysoká hodnota pv Dobrá chemická odolnost

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie) ii.

Zvyšování kvality výuky technických oborů

SVAŘITELNOST MATERIÁLU

Plazmové svařování a dělení materiálu. Jaromír Moravec

TÜV NOPRD Czech, s.r.o., Laboratoře a zkušebny Seznam akreditovaných zkoušek včetně aktualizovaných norem LPP 1 (ČSN EN 10351) LPP 2 (ČSN EN 14242)

Materiálové laboratoře Chomutov s.r.o. Zkušební laboratoř MTL Luční 4624, Chomutov

DRÁTY PRO SVAŘOVÁNÍ POD TAVIDLEM

Obr. 2-1 Binární diagram Fe-Al [3]

Energeticky redukovaný krátký světelný oblouk ke spojování tenkých plechů a smíšených spojů

Elektricky vodivý iglidur F. Produktová řada Elektricky vodivý Vysoká pevnost v tlaku Dobrá tepelná odolnost Vysoká hodnota pv Dobrá chemická odolnost

Slouží jako podklad pro výuku svařování. Text určen pro studenty 3. ročníku střední odborné školy oboru strojírenství.vytvořeno v prosinci 2013.

C Cr N Mo Ni Mn 0,3% 15,0 % 0,5 % 0,95% 0,5% 1,0%

FDA kompatibilní iglidur A180

Slouží jako podklad pro výuku svařování. Text určen pro studenty 3. ročníku střední odborné školy oboru strojírenství.vytvořeno v září 2013.

Keramika. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. K. Daďourek 2008

Nerez ocel. Zodpovědné zpracování

durostat 400/450 Za tepla válcované tabule plechu Datový list srpen 2013 Odolné proti opotřebení díky přímému kalení

Rozdělení ocelí podle použití. Konstrukční, nástrojové

METODA FSW FRICTION STIR WELDING

J.Kubíček 2018 FSI Brno

Základní informace o navařování páskovou elektrodou pod tavidlem

Konstrukční, nástrojové

Svařování v ochranných atmosférách Přehled typů ochranných plynů

NOVÉ VÝROBNÍ TECHNOLOGIE VYBRANÝCH JAKOSTÍ SE ZAMĚŘENÍM NA SNÍŽENÍ VÝROBNÍCH NÁKLADŮ

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI VYSOCEPEVNÉ NÍZKOLEGOVANÉ OCELI. David Aišman

Výzkumný a zkušební ústav Plzeň s.r.o. Zkušební laboratoř Tylova 1581/46, Plzeň

Katedra materiálu.

SVAŘOVÁNÍ ZA PŮSOBENÍ TEPLA A TLAKU

Teplotní režim svařování

HABA ocelové desky. Strojírenství Konstrukce zařízení Konstrukce přístrojů Konstrukce nástrojů Výroba nástrojů

Prášková metalurgie. 1 Postup výroby slinutých materiálů. 1.1 Výroba kovových prášků. 1.2 Lisování pórovitého výlisku

SHIELD-BRIGHT 308L OK TUBROD 14.20

ÚVOD DO INTEGRITY POVRCHU naše činnost. Antonín Kříž; Petr Beneš

NAVAŘOVACÍ PÁSKY A TAVIDLA

Vysokorychlostní TIG Svařování austenitické oceli metodou TIG

Nízká cena při vysokých množstvích

Transkript:

DIFÚZNÍ SVAŘOVÁNÍ V OCHRANNÉ ATMOSFÉŘE S POUŽITÍM PŘECHODOVÝCH MEZIVRSTEV Ladislav KOLAŘÍK A, Marie KOLAŘÍKOVÁ A ČVUT v Praze, FS, Technická 4, Praha 6, 166 07, tel: +420 224 352 630, email: ladislav.kolarik@fs.cvut.cz Abstrakt Příspěvek pojednává o difúzním svařování v inertní ochranné atmosféře za použití nízkého tlaku. Je zde popsán způsob a parametry svařování nejpoužívanější titanové slitiny (TiAl6V4) s vysokolegovanou korozivzdornou austenitickou ocelí (X5CrNi18-10) za použití Ni mezivrstvy s tloušťkou 20 µm. Vytvořené spoje byly vyhodnoceny metalograficky, dále byla provedena EDS analýza chemického složení rozhraní svarového spoje a změřen průběh nanotvrdosti. Výsledky ukazují na vhodnost použití Ni mezivrstvy při tomto způsobu spojování materiálů. Klíčová slova: difúzní svařování, Ni mezivrstva, Ti slitiny, korozivzdorná ocel 1. Úvod Dnešní doba vyžaduje vytvářet stále náročnější výrobky z různých typů kovových i nekovových materiálů, které mají požadované mechanické vlastnosti při různých teplotách a zatíženích. Proto stále roste i potřeba spojování různorodých materiálů. Svařování kombinovaných materiálů konvenčními technologiemi je zpravidla doprovázené problémy vyplývajícími z jejich odlišných mechanických a fyzikálních vlastností. Tyto problémy limitují použitelnost konvenčních technologií, které nejsou v mnoha případech aplikovatelné. Běžně používané konvenční způsoby tavného i tlakového svařování nelze často použít k vytvoření kvalitního spoje těchto materiálů. Proto je nutné použít některou ze speciálních metod svařování, mezi něž patří i difuzní svařování [2]. Difúzní svařování je metoda, kterou je možné svařit teoreticky jakékoliv kombinace kovů, stejně jako kovy s nekovy. Problémy při svařování kombinovaných kovových materiálů jsou charakteristické podstatnými rozdíly v teplotě tavení, hustotě, v součinitelích teplotních roztažností apod. Proto i při difúzním svařování kombinovaných kovů je velmi obtížné se vyhnout vzniku tvrdých a křehkých intermetalických fází na rozhraní spojů. V případě svařování dvou nesvařitelných nebo obtížně svařitelných materiálů se problém řeší obvykle použitím přechodových mezivrstev buď v pevném, nebo v tekutém stavu [5]. 2. Použité materiály a jejich vlastnosti Pro experimentální vytvoření heterogenního spoje byla použita nejčastěji používaná titanová slitina TiAl6V4 (typu α+β) a standardní austenitická korozivzdorná ocel 1.4301 (dle EN 10 027-2). Titan je velmi drahý materiál, proto se musí často kombinovat s jinými kovy, zároveň je však ve většině materiálů málo rozpustný. Při svařování titanu s dalšími materiály tavnými metodami je velkým problémem vznik křehkých intermetalických fází (Fe 2 Ti, FeTi) ve svaru [5]. Dalším velkým problémem při svařování je velká reaktivita se vzdušnými plyny, již při poměrně malých teplotách. Z těchto důvodů - 92 -

se jeví velmi perspektivně pro svařování heterogenních spojů s titanem speciální technologie jako je např. laserové svařování [1] nebo difúzní svařování [2, 3, 6]. Druhé jmenované technologii se věnuje tento příspěvek. Jednou z nejčastějších kombinací využívaných v průmyslu, je spojování titanu s ocelí. Pro tyto spoje se často využívá mezivrstev, které obvykle tvoří tzv. přechodový materiál, který se dobře spojuje jak s titanem, tak s ocelí. Zlepšuje proces difúze, plastické tečení a schopnost přizpůsobení se povrchu. Celkově zajišťuje lepší kvalitu spoje. Mezivrstvy se nanáší ve formě tenké folie, stříkaného nebo galvanického povlaku. Pro tvorbu mezivrstev se nejčastěji využívají plastické kovy jako Ni a Cu [2, 3, 5]. Příspěvek popisuje způsob a výsledky difúzně vytvořených kombinovaných spojů titanu s ocelí s Ni mezivrstvou. Použitá titanová slitina - Grade 5 (TiAl6V4) má výbornou korozní odolnost, pevnost a houževnatost. Ti reaguje za vyšších teplot velmi aktivně s kyslíkem a tvoří s ním stabilní oxidy. Kyslík je v Ti rozpustný za relativně vysokých teplot a již v malém množství velmi negativně působí na mechanické vlastnosti svarového kovu. Proto je při svařování nutné používat inertní ochrannou atmosféru, nejčastěji Ar (a to nejen v blízkém okolí svarové lázně, ale v mnohem větší šířce než u dobře svařitelných materiálů, nezbytná je i ochrana kořenové oblasti). Vysokolegovaná chrom - niklová austenitická ocel 1.4301 (X5CrNi 18-10) je nejvíce používána v potravinářském průmyslu. Je korozivzdorná v běžné městské atmosféře, odolná vůči vodě i slabým alkáliím a kyselinám. Ocel 1.4301 je dobře svařitelná všemi dostupnými technologiemi tavného svařování, za dostatečného stupně ochrany a dodržení vhodného teplotního režimu (vzhledem k jednofázové struktuře je nutné při svařování zejména limitovat vnesené teplo nejčastější problémy souvisí se vznikem trhlin za tepla). Pro dobré spojení uvedených materiálů byla použita niklová mezivrstva, kterou tvořil galvanický povlak o tloušťce 20 µm, nanesená na ocelový vzorek. Tab. 1: Reálné chemické složení použitých základních materiálů TiAl6V4 Ti Al V Zr Fe Cr C Mo Si Mn 88,3 7,1 4,2 0,035 0,159 0,012 0,02 0,05 0,029 0,003 X5CrNi 18-10 C Cr Ni Mn Si Cu Mo Co Fe 0,025 18,6 7,9 1,5 0,4 0,4 0,2 0,2 70,34 Tab. 2: Mechanické a fyzikální vlastnosti použitých materiálů materiál R m [MPa] R p0,2 [MPa] Tvrdost [HV] E [GPa] - 93 - Teplota tavení [ C] Hustota [kg/m 3 ] Součinitel teplotní roztažnosti [10-8 K -1 ] TiAl6V4 1000 890 365 114 1650 4430 9,5 X5CrNi 18-10 750 220 226 200 1476 7850 16 3. Použité experimentální zařízení Svařování vzorků bylo provedeno v Laboratoři výuky svářečských technologií na Fakultě strojní, ČVUT v Praze. Pro svařování bylo použito zařízení Indutherm SU 450, které je ukázáno na Obr. 1a. Ohřev spojovaných součástí se provádí v pracovní komoře přestupem tepla z grafitového kelímku, ve kterém jsou spojované části uloženy. Kelímek je ohříván indukčním generátorem. Svařování probíhá v inertní atmosféře. Vzorky rotačního tvaru jsou do komory vkládány na trnu (Obr. 2a), proto musí mít v ose vyvrtaný otvor o průměru 5 mm. Způsob

ohřevu a teplený cyklus lze plně naprogramovat a řídí ho termostat vybavený termočlánkem umístěným uvnitř grafitového kelímku. 1a 1b Obr. 1: Celkový pohled na zařízení pro difúzní svařování (1a), detail pracovní komory se založenými vzorky (1b) Po důkladné přípravě povrchů (je třeba především dodržet správnou rovinnost a drsnost povrchu) se připravené vzorky na sebe položí čelními plochami a umístí na ocelový trn, na kterém se vloží do pracovní komory difúzní svářečky. Uspořádání svařovaných materiálů je zobrazeno na obrázku 2a [7]. Správné uložení zkušebních vzorků na ocelovém trnu, včetně izolačních keramických a grafitových kroužků, je velmi důležité kvůli zabránění poškození přípravku, zařízení a zabezpečení samotného procesu svařování. Velikost průměru vzorků byla limitovaná velikostí vnitřního průměru grafitového kelímku. Použity byly vzorky o průměru 30 mm a tloušťce 5 mm, které byly broušeny a leštěny na drsnost Ra = 0,01 µm. 4. Experiment Difuzní svařování je proces, při kterém jsou součásti v těsném kontaktu za kontrolovaného tlaku a v určeném čase ohřívány na danou teplotu. Tyto podmínky umožní při místní plastické deformaci a maximálním přiblížení povrchů difuzi atomů mezi dvěma spojovanými částmi, což zajistí vysokou pevnost spoje. Experimentálně byly odladěny svařovací parametry svařovací teplota 900 C, svařovací čas 900s, svařovací tlak 0,25 MPa. Jako inertní ochranný plyn byl použit Argon čistoty 4.6. Pracovní komora byla plynem naplněna po celou dobu svařování, až do vychladnutí komory na teplotu 100 C. Komora byla před svařováním předehřáta na teplotu 500 C. - 94 -

Ze svařeného vzorku s niklovou mezivrstvou byly vytvořeny metalografické výbrusy a vyhodnocen průběh chemického složení a mechanických vlastností heterogenního spoje. 2a 2b Obr. 2: Uspořádání zkušebních vzorků na ocelové trnu (2a), detail zkušebního vzorku (2b) 5. Vyhodnocení výsledků 3a 3b Obr. 3: Místa odběru metalografických vzorků (3a), detail mikrostruktury spoje (3b) Chemická analýza byla provedena na skenovacím elektronovém mikroskopu TESCAN VEGA 3 LMU s EDS analyzátorem. Mikromechanické vlastnosti byly zjištěny pomocí nanoindentačního zařízení Hysitron TI 950 TriboIndenter. Metodika měření nanotvrdosti je detailně popsána v [4]. Z průběhu chemického složení je vidět, že oblast svaru a jeho bezprostředního okolí je rozdělena do několika pásem (Obr. 4a) s odlišnými vlastnostmi. V ose svaru se vytvořila fáze TiNi 3. Její větší část (cca 4 µm) je umístěna od osy svaru směrem k titanové slitině. Směrem do oceli už nevznikla žádná fáze, došlo zde pouze k difúzi Ni do oceli a Cr a Fe do niklové mezivrstvy. Směrem do titanové slitiny přechází fáze TiNi 3 do fáze NiTi, široké cca 6 µm. Fáze - 95 -

NiTi má vyšší indentační tvrdost (H IT = 10 GPa) než ostatní okolní fáze (H IT = 5 GPa). Na fázi NiTi navazuje eutektická směs Ti 2 Ni + Ti [8]. 4a 4b Obr. 4: průběh chemického složení rozhraním spoje (4a), průběh nanotvrdosti (4b) Z měření indentační tvrdosti (Obr. 4b) je vidět, že niklová mezivrstva má pozitivní vliv na průběh mechanických vlastností a průběh nanotvrdosti je přes jednotlivé oblasti pozvolný. 6. Závěr Při použití Ni mezivrstvy při difúzním svařování korozivzdorné austenitické oceli s titanovou slitinou nedochází k tak velkým změnám mechanických vlastností v blízkosti svaru. Proto při výše popsaném způsobu vytváření svarových spojů (malými tlaky v ochranné atmosféře) může být použití mezivrstvy výhodné. Další výzkum bude dále směřovat na vyzkoušení různých tlouštěk a materiálů mezivrstvy a způsobů jejího nanesení. Dále je třeba detailněji ověřit mechanické vlastnosti vytvořených spojů (tahová zkouška, mikrocharpy a ohybová zkouška). Poděkování Výzkum byl financován z dotačních prostředků MŠMT v rámci projektu SGS CVUT SGS13/187/OHK2/3T/12-96 -

LITERATURA [1] SAHUL M., SAHUL, M., TURŇA, M.: Zváranie vybraných kombinovaných ocelí diskovým laserom, Sborník konference Zvárania 2012, VUZ, 2012 [2] KOLAŘÍK, L, KOLAŘÍKOVÁ, M., KOVANDA, K., VONDROUŠ, P. Difúzní svařování. MM Průmyslové spektrum [online]. 2012, č. 4 [cit. 2012-11-18]. Dostupné z: http://www.mmspektrum.com/clanek/difuzni-svarovani.html [3] KAZAKOV. N.F. Diffuzionnaja svarka materialov, Mašinostrojenije, Moskva, 1976 [4] ŠEPITKA, J., LUKEŠ, J., STANĚK, L., FILOVÁ, E., BURDÍKOVÁ, Z., ŘEZNÍČK, J. Nanoindentation of intervertebral disc tissues localised by SHG imaging, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. Vol. 15, No S1 (2012), pp. 335 336 [5] TURŇA, M. Špeciálne metódy zvárania, Alfa, Bratislava, 1989 [6] JÁŇA, M., TURŇA, M. KOLAŘÍK, L., KOLAŘÍKOVÁ, M.: Difúzne zváranie kombinovaných kovov, Sborník konference Zvárania 2012, VUZ, 2012 [7] KOSTOLNÝ, I.: Difúzne zváranie kombinovaných kovov, Diplomová práce, STU v Bratislave, MTF so sidlom v Trnave, Trnava, 2013 [8] KOLAŘÍK, L., KOLAŘÍKOVÁ, M., NOVÁK, P., SAHUL, M., VONDROUŠ, P.. The Influence of Nickel Interlayer for Diffusion Welding of Titanium and Austenitic Stainless Steel. In: Metal 2013. Ostrava: TANGER, spol. s r.o., 2013. - 97 -