Физико-механические основы получения соединений системы «алюминий-титан» методом сварки трением с перемешиванием

Объектом исследования являлись неразъемные соединения титановых и алюминиевых сплавов, полученные методом сварки трением с перемешиванием (СТП). Целью работы по проекту было исследование получаемых при СТП структур в зонах сварки и соответствующих прочностных характеристик соединений для разработки физико-механических основ получения неразъемных соединений из титановых и алюминиевых сплавов. Неразъемные нахлесточные соединения получали методом СТП с применением специально разработанных и изготовленных систем охлаждения СТП инструмента и заготовок. На начальном этапе проекта проведены исследования влияния охлаждения СТП инструмента и охлаждения зоны сварки на микроструктуру зон перемешивания алюминиевого сплава В95 и титанового сплава ВТ6. Были подобраны параметры СТП процесса, позволяющие минимизировать вероятность образования дефектов сварки. На втором этапе были получены неразъемные СТП соединения следующих сплавов: ВТ6/АМг4, ВТ6/Д16 и ВТ6/В95 в условиях охлаждения зоны сварки. Комплекс исследований полученных соединений включал в себя исследования макро- и микроструктуры, химического и фазового состава и механических свойств. Исследования выполнялись методами оптической, растровой электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, а также определялась прочность нахлесточного соединения двумя методами с использованием параллельных (лопаток) и поперечных (крестообразных) образцов. Проведены комплексные исследования структуры и свойств полученных соединений в связи с режимами СТП. Получены новые сведения о влиянии условий охлаждения и параметров СТП процесса на формирование соединения и интерметаллидных фаз. Методами рентгенофазового анализа было определено, что Al3Ti является основным типом интерметаллидов, которые формируются при сварке титановых и алюминиевых сплавов. Установлено, что прочность соединений зависит от типа формируемого интерфейса, в частности степенью механического взаимопроникновения сплавов друг в друга, т.е. механическим зацеплением в дополнение к адгезионному типу связи. В свою очередь наличие механического зацепления требует достаточной степени пластификации титанового сплав за счет эффективного фрикционного нагрева, тогда как избыточный нагрев приводит к интенсификации реакционной диффузии и образованию крупных хрупких интерметаллидов.