ОПТИМІЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ ДИФУЗІЙНОГО ЗВАРЮВАННЯ БАГАТОШАРОВОГО З'ЄДНАННЯ ЗІ СПЛАВУ 14Cr17Ni2
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2025-2-4Ключові слова:
дифузійне зварювання, 14Cr17Ni2, прошарок, відносна пластична деформація, активація поверхні.Анотація
Мета. Оптимізувати технологію дифузійного зварювання багатошарових з’єднань деталей авіадвигунів зі сплаву 14Cr17Ni2, мінімізуючи деградацію матеріалу та геометричні спотворення.
Методи дослідження. Аналіз традиційного (Т1) та інтенсифікованого (Т2) дифузійного зварювання (із застосуванням проміжного шару нікелю до 10 мкм). Параметри оптимізовано на лабораторних зразках та повнорозмірних моделях; якість з’єднань оцінено металографічним аналізом.
Результати. Технологія Т1 вимагає високого тиску (15–20 МПа) при 950–1050 °C. Оптимізована технологія Т2 (з шаром Ni) показала кращі результати: температура зварювання 950 °C, тиск 5 МПа, час витримки 50 хв. Шар Ni дозволив знизити тиск у 3-4 рази, використати нижчу температуру зварювання, зберегти високу якість з’єднання та забезпечити деформацію ≤4%. Металографія підтвердила відсутність дефектів у мікроструктурі. Знижена температура зварювання 950°C запобігає гартуванню сплаву 14Cr17Ni2 після зварювання.
Наукова новизна. Визначено оптимальні параметри дифузійного зварювання багатошарових з’єднань зі сплаву 14Cr17Ni2 при низькому тиску із застосуванням тонкого прошарку Ni, що забезпечує отримання бездефектних, високоякісних з’єднань зі значно зниженими тиском та температурою зварювання. Оптимальна товщина прошарку дозволяє використовувати ефект контактного зміцнення для отримання з’єднання з міцністю, аналогічною до основного матеріалу.
Практична цінність. Технологія дифузійного зварювання Т2 забезпечує надійне виготовлення прецизійних багатошарових деталей зі сплаву 14Cr17Ni2 з мінімальним термомеханічним впливом та зниженою складністю виробництва (обладнання для нижчого тиску). Це перспективне та економічно вигідне рішення для авіаційної промисловості, для деталей, що потребують високої точності та працездатності в екстремальних умовах.
Посилання
H. S. Lee, J.H. Yoon, J.T. Yoo, A Study on Solid State Welding of Aerospace Materials, Key Eng. Mater. 762 (2018) 343–347.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.762.343.
S. Chen, N. Zhao, C. Yang, L. Zhang, F. Yang, X. Shen, Effect of quenching and tempering process on microstructure and properties of 14Cr17Ni2 stainless steel, J. Phys. Conf. Ser. 2891 (2024) 162018. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2891/16/162018.
C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 8th ed., John Wiley & Sons, Inc, 2005.
D.J. Stephenson, ed., Diffusion Bonding 2, Springer Netherlands, Dordrecht, 1991. https://doi.org/10.1007/978-94-011-3674-7.
W. Greiner, L. Neise, H. Stöcker, Thermodynamics and Statistical Mechanics, Springer New York, New York, NY, 1995. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-0827-3.
A.S.M.I.H. Committee, A.S. for M.J.D.T.A.-T.T. -, Welding Fundamentals and Processes, NV-1 onl, ASM International, Materials Park, Ohio, 2011. https://doi.org/10.31399/asm.hb.v06a.9781627081740.
A. AlHazaa, N. Haneklaus, Z. Almutairi, Impulse Pressure-Assisted Diffusion Bonding (IPADB): Review and Outlook, Metals (Basel). 11 (2021) 323. https://doi.org/10.3390/met11020323.
Y. Wei, S. Zhang, L. Jia, Q. Li, M. Ma, Study on the Influence of Surface Roughness and Temperature on the Interface Void Closure and Microstructure Evolution of Stainless Steel Diffusion Bonding Joints, Metals (Basel). 14 (2024) 812. https://doi.org/10.3390/met14070812.
Y. Peng, J. Li, Z. Li, Z. Guo, W. Guo, J. Xiong, Modeling of bonding pressure based on the plastic deformation mechanism of interfacial voids closure in solid-state diffusion bonding, Mater. Des. 245 (2024) 113239. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113239.
V. V. Kvasnitsky, V. F. Kvasnitsky, L. I. Markashova, M.V. Matvienko, Effect of stress-strain state on structure and properties of joints in diffusion welding of dissimilar metals, Pat. Weld. J. 2014 (2014) 8–14. https://doi.org/10.15407/tpwj2014.08.01.
V. V. Kvasnytskyi, V. F. Kvasnytskyi, C. Hexing, M.V. Matvienko, G.V. Yermolayev, Diffusion welding and brazing of dissimilar materials with controlled stress-strain state, Pat. Weld. J. 2018 (2018) 70–76. https://doi.org/10.15407/tpwj2018.12.07.
G. Sharma, D.K. Dwivedi, Diffusion bonding of 304 austenitic stainless-steel using pressure pulses, Mater. Today Proc. 44 (2021) 2135–2141. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.275.
R.R. Kumar, R.K. Gupta, A.K. Shukla, S.V.S. Narayana Murty, M.J.N.V. Prasad, Development of large-size dissimilar stainless steel/α-Ti alloy joints by diffusion bonding using vacuum hot press: Interface microstructure and tensile response in the temperature range of 77–773 K, Mater. Sci. Eng. A 910 (2024) 146897. https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.146897.
P. Zhao, Z. Li, L. Kuang, S. Wang, Z. Xu, J. Yan, Deformation-free manufacturing Al alloy laminated structures by an ultrasonic-assisted diffusion bonding, Mater. Charact. 211 (2024) 113883. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113883.
X. Li, G. Wang, Y. Gu, D. Li, H. Fang, Investigation on electrically-assisted diffusion bonding of Ti2AlNb alloy sheet by microstructural observation, mechanical tests and heat treatment, Mater. Des. 157 (2018) 351–361.
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.07.049.
W. Reeks, H. Davies, S. Marchisio, A review: Interlayer joining of nickel base alloys, J. Adv. Join. Process. 2 (2020) 100030. https://doi.org/10.1016/j.jajp.2020.100030.
R. Hill, The Mathematical Theory Of Plasticity, Oxford University PressOxford, 1998. https://doi.org/10.1093/oso/9780198503675.001.0001.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
