Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 [ 131 ] 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ВОЛЬФРАМОВЫХ СПЛАВОВ [2]

Вольфрам легируют для повышения низкотемпературной пластичности и жаропрочности. Из всех легирующих элементов (Nb, Та, Мо, Zr, Hf, Re, В, С и др.) наиболее благоприятное влияние иа вольфрам оказывает рений: наряду с повышением жаропрочности он улучшает технологическую пластичность и свариваемость, резко снижая Тл [при 26% (по массе) 7х=-200°С]. Однако сплавы W-Re имеют относительно малую жаропрочность. Для повышения жаропрочности сплавы W-Re легируют дополнительно молибденом. Из двойных сплавов наибольшее применение находят сплавы систем W-Мо, W-Nb, W-Та, которые могут дополнительно легироваться такими элементами, как Zr, Hf, В и С (табл. 31.10).

Вольфрамовые сплавы используются во многих отраслях промышленности: нагреватели и экраны вакуумных печей, сопла ракетных двигателей и обтекатели космических аппаратов [1]. Для защиты от окисления используют покрытия из MoSi2 и тугоплавких оксидов и интерметаллических соединений. Используются и гальванические покрытия из Ni и Сг.

31.2. Свариваемость тугоплавких металлов

Затруднения, возникающие при сварке этих материалов, определяются прежде всего: 1) высокой химической активностью по отнощению к компонентам воздуха при высоких температурах; 2) резким охрупчиванием при насыщении примесями внедрения; 3) склонностью к перегреву, вызывающему рекристаллизацию и рост зерна: 4) резким повыщением предела текучести с понижением температуры и ростом величины исходного зерна.

31.2.1. Свариваемость циркониевых сплавов

Одной из основных задач при сварке циркониевых сплавов является предотвращение взаимодействия металла шва с активными газами. Поглощение кислорода и азота приводит к повышению прочности и снижению пластичности сварных соединений (рис. 31.2). Наиболее вредное влияние на швы оказывают азот и водород, содержание которых в сварочной атмосфере не должно превышать 1-10~% (объемн.) каждого. Количество кислорода может быть значительно большим до 1 % (объемн.). Загрязнение атмосферы парами воды или ацетиленом вызывает

10" 10- Ю rNj;C0],7o 70* 10 10 т CN];[0],%

Рис 312 Влияние кислорода н азота иа характеристики пластичности (а) н прочности (6) соединения сплава Zr-2,5 Nb [9]

образование сильной пористости, в то время как азот и кислород не оказывают влияния на порообразование. Сплавы типа циркалой мало чувствительны к структурным изменениям в процессе термического цикла сварки и не требуют последующей термической обработки. Сплавы же с 1 % и 2,5 % Zr склонны к образованию закалочных структур. При сварке сплава Zr - 2,5 Nb в металле шва образуется а-фаза с небольшим количеством остаточной р-фазы. Изменение скорости сварки от 0,28-0,56 см/с до 1,12 см/с приводит к изменению состояния а-фазы: мартенсит скольжения превращается в мартенсит двойникования. Образование этих фаз приводит к повышению прочности с 510 до 760 МПа, снижению ударной вязкости со 160 до 70 Дж/см и угла изгиба от 180 до 60-90°.

С целью повышения пластичности сплавов системы Zr-Nb рекомендуется производить последующую термическую обработку сварных соединений. Оптимальное сочетание прочности (540 МПа) и ударной вязкости (135 Дж/см) на швах из сплава Zr - 2,5 Nb получается при двухчасовом старении при температуре 580 °С. В металле шва при этом сохраняется двойу никовый мартенсит с граничными выделениями мелкодисперс-

ной р-фазы ниобия. Одновременно снимаются остаточные напряжения.

Наиболее сложной проблемой при сварке циркониевых сплавов является обеспечение коррозионной стойкости. На стойкость сварных соединений в агрессивных средах, кроме газовых примесей, влияет структурная и фазовая неоднородность [3]. Лучшей стойкостью обладают соединения, фазовый состав которых близок к равновесному состоянию сплава. Это достигается за счет оптимальных скоростей охлаждения металла при сварке и термомеханической обработке.

Цирконий и сплавы на его основе хорошо свариваются различными способами сварки давлением. Наибольшее практическое применение нашла контактная стыковая сварка оплавлением, применяемая в США и Канаде как основной способ сварки ТВЭЛов. При этом процесс длится не более 0,01 с; в результате практически нет ЗТВ и отсутствует газонасыщение. Высокое удельное сопротивление в сочетании с низкой теплопроводностью облегчают процессы контактной сварки. Цирконий хорошо сваривается точечной и шовной контактной сваркой при защите зоны сварки аргоном или при проведении процесса в воде [1]. Как и для титановых сплавов, для соединения сплавов циркония весьма перспективна диффузионная сварка в вакууме, обеспечивающая получение равнопрочных соединений ((Те = 580 МПа, 6 = 20 %, if = 20 %), обладающих высокой коррозионной стойкостью [9]. Хорошая свариваемость при этом способе обусловливается полной очисткой соединяемых поверхностей за счет растворения оксидных пленок в матрице основного металла.

По аналогии с титаном следует предположить, что циркониевые сплавы должны хорошо свариваться сваркой трением.

31 2.2. Свариваемость сплавов на основе ниобия, ванадия и тантала

По объему использования в сварных конструкциях первое место из тугоплавких металлов VA группы занимает ниобий [1, 2]. Технически чистый ниобий и сплавы его с твердорастворным упрочнением типа 5ВМЦ хорошо свариваются методами сварки плавлением, С увеличением толщины свариваемых металлов их свариваемость ухудшается, так как происходит сильный рост зерна в шве и ЗТВ, способствующий охрупчиванию сварных соединений. При толщинах более 3 мм предпочтительнее применять электронно-лучевую сварку. Наиболее стабильны по свойствам сварные соединения из рекристаллизованных металлов, так как при йварке плавлением деформированного металла не удается избежать разупрочнения в ЗТВ с характерной для нее крупнокристаллической структурой.