МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРА СВАРНОГО ШВА СПЛАВА ЭП-718, ПОЛУЧЕННОГО ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКОЙ

Сварные соединения жаропрочных никелевых сплавов получают различными способами. Наиболее перспективными из них являются методы, использующие концентрированные потоки энергии, в том числе лазерную и электронно-лучевую сварка. Рассмотрена электронно-лучевая сварка хромоникелевого дисперсионно твердеющего жаропрочного сплава ЭП718 (ХН45МВТЮБР-ИД). Получены сварные швы, используя режимы с постоянной скоростью перемещения луча по поверхности и различными токами с обеспечением полного провара образцов. Перед проведением исследования образцы прошли термическую обработку (закалка + старение). Исследована их микроструктура, механические свойства (временное сопротивление, предел текучести, относительные удлинение и сужение, ударная вязкость). Проведено исследование влияния утолщенных границ зерен в зоне термического влияния (ЗТВ) сварных швов на долговечность неразъемного соединения. При режимах сварки с погонной энергией 2,25 и 2,33 кДж/мм в микроструктуре всех образцов выявлено наличие утолщенных границ зерен, при погонной энергией 2,44 кДж/мм ‒ получены образцы как с утолщенными границами зерен, так и без них. Утолщенные границы зерен ЗТВ имеют ширину 3 ‒ 7 мкм. При испытании образцов на выносливость их разрушение в обоих случаях произошло как по сварному шву, так и по ЗТВ. Выдвинуто предположение о механизме появления утолщений границ зерен в зоне термического влияния. На основании результатов испытаний выявили, что утолщения границ зерен шириной до 4 мкм не оказывают влияния на усталостную прочность сварных соединений. Наличие утолщения границ зерен шириной более 5 мкм снижает прочность сварного шва жаропрочного дисперсионно-твердеющего сплава ЭП718, они являются концентраторами напряжений и могут привести к дальнейшему появлению трещин в условиях реального нагружения.

1. 1. Ломберг Б.С., Овсепян С.В., Бакрадзе М.М., Мазалов И.С. Высокожаропрочные деформируемые никелевые сплавы для перспективных газотурбинных двигателей и газотурбинных установок. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011:1‒10.

2. Каблов Е.Н., Антипов В.В., Свиридов А.В., Грибков М.С. Особенности электронно-лучевой сварки жаропрочных сплавов ЭИ698-ВД и ЭП718-ИД со сталью 45. Труды ВИАМ. 2020;9(91):3‒14. https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-9-3-14

3. Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014:487.

4. Vivek Patela, Akash Salia, James Hyderb, Mike Corlissb, David Hyderb, Wayne Hunga. Electron Beam Welding of Inconel 718 Procedia Manufacturing. In: 48th SME North American Manufacturing Research Conference, NAMRC 48, Ohio, USA 48, 2020;1:428–435. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.05.065

5. Raza T., Andersson J., Svensson L.E. Varestraint weldability testing of additive manufactured alloy 718. Science and Technology of Welding and Joining. 2018;23(7):606–611. https://doi.org/10.1080/13621718.2018.1437338

6. Agilan M., Venkateswaran T., Sivakumar D., Pant B. Effect of Heat Input on Microstructure and Mechanical Properties of inconel-718 EB Welds. Procedia Materials Science. 2014;5:656–662. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.312

7. Mei Y., Liu Y., Liu C., Li C., Yu L., Guo Q., Li H. Effect of base metal and welding speed on fusion zone microstructure and HAZ hot-cracking of electron-beam welded Inconel 718. Materials and Design. 2016;89:964–977. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.10.082

8. Manikandan S., Sivakumar D., Rao K.P., Kamaraj M. Effect of enhanced cooling on microstructure evolution of alloy 718 using the gas tungsten arc welding process. Weld World. 2016;60:899–914. https://doi.org/10.1007/s40194-016-0349-1

9. Sonar T., Balasubramanian V., Malarvizhi S., Venkateswaran T., Sivakumar D. Effect of Delta current and Delta current frequency on microstructure and tensile properties of gas tungsten constricted arc (GTCA) welded inconel 718 alloy joints. Metall Mater Trans A. 2019;28(1):186‒200. https://doi.org/10.1515/jmbm-2019-0020

10. Sumit K. Sharma, Prashant Agarwal, J. Dutta Majumdar. Studies on Electron beam welded Inconel 718 similar joints. In.: International Conference on Sustainable Materials Pro-cessing and Manufacturing, SMPM 2017, 23-25 January 2017, Kruger National Park. Procedia Manufacturing. 2017;7:654 – 659. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2016.12.097

11. Jia Z, Wan X, Guo D. Study on microstructure and mechanical properties of Inconel718 components fabricated by UHFP-GTAW technology. Mater Lett. 2019;261:1‒9. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.127006

12. Никифоров Р.В., Галимов В.Р., Хисамутдинов Э.Р., Камалетдинова Р.Р., Башаров Р.Р. Структура и свойства сварных соединений сплава ЭП718, полученных роботизированной сваркой плавящимся электродом. Вестник УГАТУ. 2021;4(94):10–18. https://doi 10.54708/19926502_2021_254910

13. Баранов Д.А., Паркин А.А., Жаткин С.С. Особенности формирования сварного шва жаропрочного сплава ХН45ВМТЮБР в зависимости от режимов лазерной сварки. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2018;4(2):170‒176.

14. Производственная инструкция ПИ1.4.75-2000. Дуговая сварка в среде защитных газов конструкционных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов. Москва: ОАО НИАТ, 2001:115.

15. Исаев С.Л., Баранов Д.А., Щедрин Е.Ю., Муратов В.С., Никитин К.В., Жаткин С.С. Структура и свойства сварных швов при электронно-лучевой сварке железохромо-никелевого сплава ХН45МВТЮБР-ИД. Известия вузов. Цветная металлургия. 2023;6 (29):44‒53. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-6-44-53