Schweißbarkeit zwischen Titanlegierung und Edelstahl

Schweißbarkeit zwischen Titanlegierung und Edelstahl

Titan und Titanlegierungen werden aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit, ihres hohen Schmelzpunkts, ihrer guten Zähigkeit und ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt, Petrochemie, Medizintechnik und anderen Bereichen eingesetzt. Aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls, der schlechten Schweißbarkeit und Verarbeitbarkeit von Titan ist der Preis jedoch relativ teuer , was seine Anwendung einschränkt, während Edelstahl ein hochfestes, kostengünstiges Konstruktionsmaterial ist und eine gute Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Verarbeitbarkeit aufweist.

Schweißbarkeit zwischen Titanlegierung und Edelstahl

Wenn Titanlegierung und Edelstahl kombiniert verwendet werden kann, kann das Verbundbauteil gleichzeitig die hervorragenden Eigenschaften der beiden Materialien aufweisen und gleichzeitig die Herstellungskosten senken. Das Schweißen von Titanlegierungen und rostfreiem Stahl gehört jedoch zum Schweißen von unähnlichen Metallen, und verschiedene Schweißprobleme, die während des Prozesses anfällig sind, können nicht ignoriert werden.

Schweißbarkeit von Titan und Titanlegierungen

Titan und Titanlegierungen haben eine hohe chemische Aktivität. Bei hohen Temperaturen reagieren sie sehr leicht mit Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasser etc. in der Luft, was zu einer Abnahme der Plastizität und Schlagzähigkeit der Schweißverbindungen führt und gleichzeitig eine Volumenausdehnung bewirkt eine größere betonen. Dies führt zu Poren in der Nähe der Schmelzlinie, die in schweren Fällen zu Kaltrissen führen können.

Titan und Titanlegierungen haben besondere thermophysikalische Eigenschaften. Titanlegierung hat die Eigenschaften eines hohen Schmelzpunkts, einer geringen Wärmekapazität und einer geringen Wärmeleitfähigkeit. Daher ist das Auftauen beim Schweißen leicht, um eine überhitzte Struktur zu erzeugen und die Kristallkörner gröber zu machen.

Der Elastizitätsmodul von Titan und Titanlegierungen ist etwa halb kleiner als der von Stahl, daher ist die Schweißrestverformung relativ groß und auch die Korrektur der Verformung nach dem Schweißen ist schwierig .

Schweißbarkeit von Edelstahl

Martensitischer Edelstahl besteht im Allgemeinen aus 13% Cr-Stahl (allgemein bekannt als 420er Edelstahl). Während des Schweißens treten leicht Probleme wie Sprödigkeit bei niedriger Temperatur, Verschlechterung der Zähigkeit bei niedriger Temperatur und eine Abnahme der Duktilität bei der Härtung auf.

Ferritischer Edelstahl besteht aus 18 % Cr-Stahl (allgemein bekannt als 430er Edelstahl). Bei einer Schweißtemperatur von ca. 475 °C wird die Festigkeit und Härte des Stahls deutlich verbessert, während die Plastizität und Zähigkeit deutlich reduziert werden, was zu einer starken Versprödung führt. Unter der Bedingung einer langen Erwärmung bei 700~800℃ ist es anfällig für Probleme wie verringerte Korrosionsbeständigkeit und verzögerte Rissbildung.

Austenitischer Edelstahl wird durch 18 % Cr-8 % Ni-Stahl (allgemein als Edelstahl 304 bekannt) repräsentiert, der im Allgemeinen eine gute Schweißleistung aufweist. Wenn jedoch der hochlegierte Edelstahl mit hohem Nickel und Molybdän Inhalt geschweißt wird, treten leicht Hochtemperaturrisse, σ-Phasenversprödung, Abnahme der Korrosionsbeständigkeit, Spannungsrisskorrosion und andere Defekte auf.

Duplex-Edelstahl hat die Eigenschaften von austenitischem und ferritischem Edelstahl, hat eine gute Schweißleistung und ist weniger empfindlich gegenüber Schweißrissen. Der Anstieg des Ferritgehalts in der Wärmeeinflusszone kann jedoch zu Problemen wie verringerter Korrosionsbeständigkeit und Verschlechterung der Tieftemperaturzähigkeit führen.

Umfassende Schweißbarkeit zwischen Titanlegierung und Edelstahl

Zu den Schweißverfahren für Titanlegierungen und Edelstahl gehören derzeit hauptsächlich Laserstrahlschweißen, Plasmaschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Sprengschweißen, Reibschweißen und Diffusionsschweißen.

Titan, der Hauptbestandteil von Titanlegierungen, und Eisen, der Hauptbestandteil von Edelstahl, sind beide Materialien mit hohem Schmelzpunkt, aber ihre Schmelzpunkte unterscheiden sich um 140°C. Beim Schweißprozess, wenn der Edelstahl einen geschmolzenen Zustand erreicht hat, befindet sich die Titanlegierung noch in einem festen Zustand. Zu diesem Zeitpunkt dringt das Edelstahlmaterial leicht in die Korngrenze der überhitzten Zone ein, was den Verlust des Edelstahlmaterials, das Verbrennen von Legierungselementen oder die Verdampfung verursacht, wodurch das Zusammenschweißen der Schweißverbindung erschwert wird.

Darüber hinaus ist Titan chemisch aktiv und reagiert leicht mit Eisen, Chrom , Nickel und andere Legierungselemente in Edelstahl, um intermetallische Verbindungen zu bilden. An den Verbindungsstellen bilden sich leicht spröde Phasen und große Eigenspannungen, die zu Verbindungsrissen führen.

Aktuell gibt es beim Schweißen von Titanlegierungen und Edelstahl noch viele Probleme zu lösen. Aber es ist unbestreitbar, dass die Forschung zum Schweißen von Titanlegierungen und Edelstahl große wirtschaftliche Vorteile hat.

Schlussfolgerung 

Vielen Dank für das Lesen unseres Artikels und hoffen, dass er Ihnen helfen kann, die Schweißbarkeit zwischen Titanlegierung und Edelstahl besser zu verstehen . Wenn Sie mehr über Titan und Titanlegierungen erfahren möchten, empfehlen wir Ihnen, Advanced Refractory Metals (ARM) zu besuchen für weitere Informationen.

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