Анализ микроструктуры сверхтолщенных пластин Ti-6Al–4V ELI после электронно-лучевой сварки с помощью настольного СЭМ ZEM20 от компании ZEPTOOLS

Благодаря своей высокой удельной прочности, превосходной ударной вязкости и коррозионной стойкости титановый сплав широко используется в аэрокосмическом, нефтехимическом и глубоководном оборудовании. Традиционная дуговая сварка требует снятия фаски и многослойной многоканальной заливки, что неэффективно и приводит к образованию остаточных напряжений, пор и трещин, что приводит к ухудшению механических свойств соединения.

Исследовательская группа, состоящая из Института металлов Академии наук Китая, использовала технологии компании ZEPTOOLS, в частности, настольный сканирующий электронный микроскоп серии ZEM для проведения углубленных исследований. Используя в качестве объекта сплав Ti-6Al-4V ELI толщиной 106 мм, было успешно достигнуто полностью проницаемое и бездефектное соединение за счет оптимизации процесса EBW. Соответствующие исследования были опубликованы в журнале Acta Metallurgica Sinica, под названием “Эволюция микроструктуры и механика разрушения в электронно–лучевом сварном соединении сверхтолстых пластин из сплава Ti–6Al-4V ELI.

Оптимизируя параметры электронного луча (напряжение 150 кВ, ток 200 мА, скорость сварки 150 мм / мин), исследовательская группа добилась бездефектных, полностью проницаемых сварных швов и выявила механизм корреляции между микроструктурой и механическими свойствами зоны сварки.

В статье анализируется поведение фазовых переходов в зоне термического воздействия сварки (HAZ), линии плавления (FL) и зоне плавления (FZ). Исследование показало, что HAZ образует вторичную α-фазу из-за термоциклирования, область FL сохраняет исходную β-границу зерен и выделяет слоистую α-фазу, в то время как FZ образует мелкодисперсное α'малое тело из-за быстрого охлаждения.

В статье далее обсуждается влияние параметров сварки на свойства объекта и указывается, что умеренное подводимое тепло может сбалансировать содержание мартенсита и размер зерен, чтобы избежать хрупкости, вызванной перегревом. Это открытие обеспечивает теоретическую основу и руководство по технологическому процессу сварки титановых сплавов в экстремальных условиях, таких как аэрокосмическое и глубоководное оборудование.

Настольный сканирующий электронный микроскоп ZEM20 от компании ZEPTOOLS — это высокоинтегрированное, портативное, экономичное и практичное оборудование для научных исследований, обладающее быстрой скоростью откачки вакуума, высокой скоростью получения изображения и множеством опций детектирования сигнала. Настольный СЭМ подходит для наблюдения за морфологией и анализом элементного состава, а также может быть адаптирован к различным потребностям экспериментов пользователей. ZEM20 не требует специальных условий для установки, прост в эксплуатации, может эксплуатироваться всеми сотрудниками, что делает его одним из предпочтительных устройств для многих университетов, научно-исследовательских институтов и предприятий.

На рисунке 1 показана типичная макроскопическая морфология соединения сверхтолщенных пластин из сплава Ti-6Al-4V ELI EBW при различных параметрах луча.

На рисунке 2 показаны изображения со сканирующего электронного микроскопа различных участков разъемов BM и EBW.

Рисунок 3 анализа морфологии разрушения и траектории распространения трещин в BM и FZ.