Production of weldments from sintered titanium alloys

A. YE. Kapustyan, A. V. Ovchinnikov, I. A. Vakulenko

Abstract


Purpose. Limited application of details from powder titanium alloys is connected with the difficulties in obtaining of long-length blanks, details of complex shape and large size. We can solve these problems by applying the welding production technology. For this it is necessary to conduct a research of the structure and mechanical properties of welded joints of sintered titanium alloys produced by flash welding. Methodology. Titanium industrial powders, type PT5-1 were used as original substance. Forming of blanks, whose chemical composition corresponded to BT1-0 alloy, was carried out using the powder metallurgy method. Compounds were obtained by flash welding without preheating. Microstructural investigations and mechanical tests were carried out. To compare the results investigations of BT1-0 cast alloy were conducted. Findings. Samples of welded joints of sintered titanium blanks from VT1-0 alloy using the flash butt welding method were obtained. During welding the microstructure of basic metal consisting of grains of an a-phase, with sizes 40...70 mkm, is transformed for the seam weld and HAZ into the lamellar structure of an a-phase. The remaining pores in seam weld were practically absent; in the HAZ their size was up to 2 mkm, with 30 mkm in the basic metal. Attainable level of mechanical properties of the welded joint in sintered titanium alloys is comparable to the basic metal. Originality. Structure qualitative changes and attainable property complex of compounds of sintered titanium alloys, formed as a result of flash butt welding were found out. Practical value. The principal possibility of high-quality compounds obtaining of sintered titanium alloys by flash welding is shown. This gives a basis for wider application of sintered titanium alloys due to long-length blanks production that are correspond to deformable strand semi finished product.


Keywords


titanium alloys; powder metallurgy; welding; welding seam; heat-affected zone; structure; mechanical properties

References


Bykovskyi O.H. Zvariuvannia ta rizannia kolorovykh metaliv, [Welding and cutting of non-ferrous metals]. Zaporizhzhia, Vydavets Publ., 2011. 390 p.

Vakulenko I.O., Plitchenko S.O, Nadezhdin Yu.L. Vykorystannia tekhnolohii zvariuvannia tertiam z peremishuvanniam aliuminiievoho splavu [Use of friction welding with aluminum alloy mixing]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana , [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2012, issue 41, pp. 230-233.

Vakulenko I.A., Plitchenko S.A. Tekhnologii svarki s ispolzovaniyem razlichnykh istochnikov energii [Welding technologies with the use of different energy sources]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana, [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2008, issue 24, pp. 197-198.

Ivasishin O.M., Savvakin D.G., Gumenyak N.M., Matviychuk M.V. Vliyaniye vodoroda i legiruyushchikh elementov na osobennosti sinteza titanovykh splavov s ispolzovaniyem gidrirovannogo titana [Effect of hydrogen and alloying elements on the characteristics of the synthesis of titanium alloys using hydrogenated titanium]. Sbornik trudov mezhdunarodnoy konferentsii «Ti-2011 v SNG» , [Proc. of Int. Conf. «Ti-2011 in CIS»], Kyiv, 2011, pp. 322-328.

Ivanov A.P., Psyuk V.V., Ivanov I.A. Raspredeleniye temperaturnykh ostatochnykh napryazheniy v shvellerakh pri nanesenii svarnogo shva [Temperature distribution of residual stresses in channels under application of welding seam]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana, [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2011, issue 39, pp. 51-54.

Kulikovskiy R.A. Opredeleniye prochnosti soyedineniy titanovykh splavov, vypolnennykh svarkoy treniyem [Compound strength determination of titanium alloys, made by friction welding]. Vestnik Donbasskoy gosudarstvennoy mashinostroitelnoy akademii, [Bulletin of Donbass State Engineering Academy], 2012, issue 3 (28), pp. 173-176.

Litvinov A.P. Resheniye problem svarki plavleniyem konstruktsiy iz titanovykh polufabrikatov [Solving the problems of fusion welding of titanium semi-finished constructions]. Nauchnyy Vestnik Donbasskoy gosudarstvennoy mashinostroitelnoy akademii, [Scientific Bulletin of Donbass State Engineering Academy], 2009, no. 1 (4E), pp. 123-128.

Anokhin V.M., Ognev R.K., Popov V.S., Dubrov G.L. Osobennosti svarki spechennykh titanovykh materialov i svoystva svarnykh elementov [Features of welding sintered titanium materials and properties of welded elements]. Sbornik nauchnykh trudov Permskogo politekhnicheskogo instituta «Materialy sovremennoy tekhniki» , [Proc. of Perm Polytechnic Institute «Materials of contemporary engineering»], 1975, no. 174, pp. 151-154.

Pohreliuk I.M., Tkachuk O.V., Siryk Z.O. Zabezpechennia antykoroziinoho zakhystu i dekoratyvnoho zabarvlennia detaliam z tytanovykh splaviv pry khimiko-termichnii obrobtsi u kontrolovanomu azotokysnevmisnomu seredovyshchi [Provision of anticorrosive protection and pattern coating of details from titanium alloys under chemical and heat treatment in a controlled nitrogen oxygen environment]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana, [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2011, issue 38, pp. 220-224.

Bykov I.O., Ovchinnikov A.V., Davydov S.I., Drozdenko M.V., Lekhovitser Z.V. Primeneniye gidrirovannogo titana s zadannym soderzhaniyem kisloroda dlya polucheniya izdeliy metodom poroshkovoy metallurgii [Application of hydrogenated titanium with a given content of oxygen to produce goods by powder metallurgy method]. Teoriya i praktika metallurgiі – Theory and Practice of Metallurgy,, 2011, no. 1-2 (80-81), pp. 65-69.

Ovchinnikov A.V., Kapustyan A.Ye., Shevchenko V.G., Davydov S.I., Pavlov V.V. Resursosberegayushchaya tekhnologiya polucheniya dlinnomernykh polufabrikatov iz titanovykh splavov metodom poroshkovoy metallurgii [Alternative technology for manufacture of elongated semi-finished from titanium alloys by powder metallurgy method]. Tekhnolohichni systemy – Technological systems,, 2013, no. 4, pp. 29-33.

Lutfullin R.Ya., Kruglov A.A., Mukhametrakhimov M.Kh., Valiakhmetov O.R. Svarka davlenieym pri izgotovlenii sfericheskikh sosudov iz titanovykh splavov v sostoyanii sverkhplastichnosti [Pressure welding in the spherical vessels manufacture from titanium alloys in a state of superplasticity]. Svarochnoye proizvodstvo – Welding production,, 2004, no. 3, pp. 17-23.

Lebedev V.K., Chernenko I.A., Mikhalski R., Vill V.I. Svarka treniyem, [Friction Welding]. Leningrad, Mechanical Engineering Publ., 1987. 236 p.

Skrebtsov A.A., Ovchinnikov A.V., Kapustyan A.Ye. Issledovaniye mekhanicheskikh svoystv svarnykh soyedineniy spechennykh titanovykh splavov [Mechanical properties investigation of welded joints of sintered titanium alloys]. Zbirnyk naukovykh prats «Visnyk SevNTU». Seriia: Mekhanika, enerhetyka, ekolohiia , [Proc. of «SevNTU Bulletin». Series: Mechanics, Energy, Environment], 2012, issue 132, pp. 14-17.

Orlov B.D., Dmitriyev Yu.V., Chakalev A.A., Sidyakin V.A., Marchenko A.L. Tekhnologiya i oborudovaniye kontaktnoy svarki, [Technology and equipment of resistance welding]. Moscow, Mechanical Engineering Publ., 1975. 536 p.

Muravyev V.I., Dorlotov B.I., Demyshev P.G., Fizulakuov R.A. Formirovaniye struktury metalla shva titanovykh splavov pri elektronno-luchevoy svarke i svarke volframovym elektrodom [Formation of weld metal structure of titanium alloys during electron beam welding and GTAW]. Svarochnoye proizvodstvo – Welding production,, 2008, no. 7, pp. 28-32.

Khorev A.I. Vysokoprochnyy titanovyy splav VT23 i yego primeneniye v perspektivnykh svarnykh i payanykh konstruktsiyakh [High-strength titanium alloy VT23 and its application in prospective welded and brazed designs]. Svarochnoye proizvodstvo – Welding production,, 2008, no. 9, pp . 3-8.

Shabdinov M.L., Izmaylova G.M., Dzhemilov E.Sh. Perspektivnyye aspekty ispolzovaniya lazernoy termicheskoy tekhnologii dlya svarki i rezki titanovykh splavov [Promising aspects of laser thermal technology use for welding and cutting of titanium alloys]. Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu, [Bulletin of Khmelnytsk Natioanl University], 2011, no. 5, pp. 31-34.

Vakulenko I.A., Nadezhdin Yu. L., Sokirko V.A., Volchok I.P., Mitiaev A.A. Electric pulse treatment of welded joint of aluminum. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu − Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport,, 2013, no. 46, pp. 73-82.

Li C., Muneharua K., Takao S., Kouji H. Fiber laser-GMA hybrid welding of commercially pure titanium. Mater. and Des,, 2009, no. 1, pp. 109-114.

Mathers G. Job knowledge. Welding of titanium and its alloys. Pt 2. Connect : The Magazine and Journal of TWI and the Welding and Joining Society, 2011, no. 170, pp. 4-5.

Sutherlin R. The welding of titanium and its alloys. Weld. J, 2007, 86, no. 12, pp. 40-45.


GOST Style Citations


1. Биковський, О. Г. Зварювання та різання кольорових металів : довідк. посіб. / О. Г. Бико-вський. – Запоріжжя : Видавець, 2011. – 390 с.

2. Вакуленко, І. О. Використання технології зварювання тертям з перемішуванням алюмінієвого сплаву / І. О. Вакуленко, С. О. Плітченко, Ю. Л. Надєждін // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Д., 2012. – Вип. 41. – С. 230–233.

3. Вакуленко, И. А. Технологии сварки с исполь-зованием различных источников энергии / И. А. Вакуленко, С. А. Плитченко // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Д., 2008. – Вип. 24. – С. 197–198.

4. Влияние водорода и легирующих элементов на особенности синтеза титановых сплавов с использованием гидрированного титана / О. М. Ивасишин, Д. Г. Саввакин, Н. М. Гуменяк, М. В. Матвийчук // Междунар. конф. Ti-2011 в СНГ (25.04–28.04.2011) : сб. трудов. – К. : РИО ИМФ им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, 2011. – С. 322–328.

5. Иванов, А. П. Распределение температурных остаточных напряжений в швеллерах при нане-сении сварного шва / А. П. Иванов, В. В. Псюк, И. А. Иванов // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Д., 2011. – Вип. 39. – С. 51–54.

6. Куликовский, Р. А. Определение прочности соединений титановых сплавов, выполненных сваркой трением / Р. А. Куликовский // Вестн. Донбас. гос. машиностроит. акад. – Крама-торск, 2012. − № 3 (28). – С. 173–176.

7. Литвинов, А. П. Решение проблем сварки плавлением конструкций из титановых полуфабрикатов / А. П. Литвинов // Науч. вестн. ДГМА. – Краматорск, 2009. – № 1 (4Е). – С. 123−128.

8. собенности сварки спеченных титановых материалов и свойства сварных элементов / В. М. Анохин, Р. К. Огнев, В. С. Попов, Г. Л. Дубров // Мат. соврем. техники : сб. науч. тр. / ППИ. − Пермь, 1975. – № 174. – С. 151–154.

9. Погрелюк, І. М. Забезпечення антикорозійного захисту і декоративного забарвлення деталям з титанових сплавів при хіміко-термічній обробці у контрольованому азотокисневмісно-му середовищі / І. М. Погрелюк, О. В. Ткачук, З. О. Сірик // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Д., 2011. – Вип. 38. – С. 220−224.

10. Применение гидрированного титана с заданным содержанием кислорода для получения изделий методом порошковой металлургии / И. О. Быков, А. В. Овчинников, С. И. Давыдов и др. / Теория и практика металлургии. – 2011. – № 1–2 (80–81). – С. 65–69.

11. Ресурсосберегающая технология получения длинномерных полуфабрикатов из титановых сплавов методом порошковой металлургии / А. В. Овчинников, А. Е. Капустян, В. Г. Шевченко и др. // Технологічні системи. – 2013. – № 4 (65). – С. 29−33.

12. Сварка давлением при изготовлении сферических сосудов из титановых сплавов в состоянии сверхпластичности / Р. Я. Лутфуллин, А. А. Круглов, М. Х. Мухаметрахимов, О. Р. Валиахметов // Сварочное пр-во. – 2004. − № 3. – С. 17–23.

13. Сварка трением : справ. / В. К. Лебедев, И. А. Черненко, Р. Михальски, В. И. Вилль. – Л. : Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. – 236 с.

14. Скребцов, А. А. Исследование механических свойств сварных соединений спеченных титановых сплавов / А. А. Скребцов, А. В. Овчинников, А. Е. Капустян // Зб. наук. пр. «Вісн. СевНТУ». Сер. : Механіка, енергетика, екологія. – Севастополь, 2012. − Вип. 132. – С. 14–17.

15. Технология и оборудование контактной сварки / Б. Д. Орлов, Ю. В. Дмитриев, А. А. Чакалев и др. – М. : Машиностроение, 1975. – 536 с.

16. Формирование структуры металла шва титановых сплавов при электронно-лучевой сварке и сварке вольфрамовым электродом / В. И. Муравьев, Б. И. Дорлотов, П. Г. Демышев, Р. А. Фи-зулакуов // Сварочное пр-во. − 2008. – № 7. – С. 28–32.

17. Хорев, А. И. Высокопрочный титановый сплав ВТ23 и его применение в перспективных сварных и паяных конструкциях / А. И. Хорев // Сварочное пр-во. – 2008. – № 9. – С. 3–8.

18. Шабдинов, М. Л. Перспективные аспекты использования лазерной термической технологии для сварки и резки титановых сплавов / М. Л. Шабдинов, Г. М. Измаилова, Э. Ш. Джемилов // Вісн. Хмельниц. нац. ун-ту. – Хмельницьк, 2011. – № 5. – С. 31–34.

19. Electric pulse treatment of welded joint of aluminum alloy / I. A. Vakulenko, Yu. L. Nadezhdin, V. A. Sokirko et al. // Наука та прогрес трансп. Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. – 2013. – № 4 (46). – С. 73–82.

20. Fiber laser-GMA hybrid welding of commercially pure titanium / C. Li, K. Muneharua, S. Takao, H. Kouji // Mater. and Des. – 2009. – № 1. – P. 109−114.

21. Mathers, G. Job knowledge. Welding of titanium and its alaloys. Pt. 2 / G. Mathers // Connect : The Magazine and J. of TWI and the Welding and Joining Society. – 2011. – № 170. – P. 4–5.

22. Sutherlin, R. The welding of titanium and its alloys / R. Sutherlin // Weld. J. − 2007. − № 12. − P. 40−45.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2014/25832

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)