Свариваемость стойкого к повреждению титанового сплава ТС 21 при электронно-лучевой сварке

Abstract

Разработка стойких к повреждению титановых сплавов с высокой вязкостью разрушения и низкой скоростью роста усталостных трещин поддерживалась во всем мире. Применение электронно-лучевой сварки (ЭЛС ) необходимо при сборке компонентов авиационных конструкций из стойкого к повреждению титанового сплава. В Китае сплав ТС 21 – это титановый α+β-сплав с пределом прочности на растяжение 1100 МПа, который характеризуется отличной стойкостью к повреждению при высокой вязкости разрушения и низкой скоростью развития трещин. Была изучена ЭЛС толстолистовых секций сплава ТС 21 и проведена оценка механических свойств. Исследования вязкости разрушения и стойкости к развитию усталостных трещин показали, что стойкость к повреждению соединений ТС 21, выполненных ЭЛС, сравнима с основным металлом. Высокоцикловая усталостная прочность соединений, выполненных ЭЛС, составляет 634 МП а, достигая 98,3 % прочности основного металла. Микроструктура металла шва состоит из крупных столбчатых дендритов, соответствующих исходным β-зернам деформированного сплава и мелкого игольчатого α-мартенсита, что объясняет разницу в скорости роста трещин и вязкости разрушения между основным металлом и соединениями. Эти результаты указывают на то, что титановый сплав ТС 21 имеет очень хорошую свариваемость при использовании ЭЛС.

In China TC21 alloy represents itself α + β titanium alloys with tensile strength of 1100 MPa, high fracture toughness and low fatigue crack growth rate. The study of EBW of thick-section TC21 alloy was carried out and mechanical properties of welded joints were evaluated. Testing of fracture toughness and resistance to fatigue crack reveal that their damage tolerance is comparable to that of base metal. The high cycle fatigue strength of the EB-welded joints is 643 MPa, reaching 98.3 % of that of base metal. The microstructure of weld metal consists of coarse columnar dendritic prior β-grains and finer acicular α-martensite, which accounts for the difference of crack growth rate and fracture toughness between base metal and metal of welded joints. These results indicate that TC21 titanium alloy has excellent EB weldability.