СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СЛОЁВ TiB-TiC-Ti, ПОЛУЧЕННЫХ НА ПОВЕРХНОСТИ СПЛАВА ВТ1-0 МЕТОДОМ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследовано влияние режимов вневакуумной электронно-лучевой обработки на структуру и свойства износостойких слоев борид титана-карбид титана-титан, полученных на заготовках из титанового сплава ВТ1-0. В качестве наплавочного материала использовали смесь титана с карбидом бора и сварочными флюсами. Структурные исследования проводили с использованием оптической и растровой электронной микроскопии, энергодисперсионного и рентгенофазового анализов. В результате проведенных экспериментов были получены слои толщиной до 3,4 мм, состоящие из фаз α (α´)-Ti, карбида и моноборида титана. Структурные исследования показали, что высокая объемная доля упрочняющих фаз TiC и TiB способствует формированию трещин в наплавленных слоях. Изменение технологических режимов электронно-лучевой обработки оказывает влияние на твердость наплавленных слоев. При токе пучка 22 мА средний уровень микротвердости слоя, полученного при наплавке 20 % вес. карбида бора составляет 582 HV, что в ~3,5 раза выше твердости основного металла. Повышение тока пучка до 23 мА способствует снижению уровня микротвердости до 543 HV. Средний уровень микротвердости образцов, полученных при наплавке 12 % вес. карбида бора, составляет 436 HV. Для оценки износостойкости полученные материалы испытывались на трение в условиях нежестко закрепленных абразивных частиц. Лучшие показатели достигнуты при испытании слоев, сформированных в процессе наплавки 20 % вес. карбида бора. Интенсивность изнашивания образцов с покрытием в восемь раз меньше по сравнению с титаном ВТ1-0.

Об авторах

Ольга Геннадьевна Ленивцева

Новосибирский государственный технический университет

Email: lenivtseva_olga@mail.ru
пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия

Екатерина Александровна Дробяз

Новосибирский государственный технический университет

Email: ekaterina.drobyaz@yandex.ru
пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия

Александра Сергеевна Гонтаренко

Новосибирский государственный технический университет; Ганноверский университет Вильгельма Лейбница

Email: gontarenko@iw.uni-hannover.de
пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия; ул. Университетская, 2, г. Гарбсен, 30823, Германия

Татьяна Алексеевна Зимоглядова

Новосибирский государственный технический университет

Email: zimogliadovatatiana@gmail.com
пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия

Любовь Вадимовна Чучкова

Новосибирский государственный технический университет

Email: l_chuchkova@bk.ru
пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия

Список литературы

  1. Titanium and titanium alloys: fundamentals and applications / ed. by C. Leyens and M. Peters. - Weinheim: Wiley-VCH, 2005. - 532 p.
  2. Dong H. Tribological properties of titanium-based alloys // Surface Engineering of Light Alloys. - Oxford: Woodhead Publishing, 2010. - P. 58-80. - ISBN 978-1-845-69945-1.
  3. Miller P.D., Holladay J.W. Friction and wear properties of titanium // Wear. - 1958. - Vol. 2. - P. 133-140. - doi: 10.1016/0043-1648(58)90428-9.
  4. Rabinowicz E. Friction properties of titanium and its alloys // Metal Progress. - 1954. - Vol. 65 (2). - P. 107-110.
  5. Alam M.O., Haseeb A.S.M.A. Response of Ti-6Al-4V and Ti-24Al-11Nb alloys to dry sliding wear against hardened steel // Tribology International. - 2002. - Vol. 35, iss. 6. - P. 357-362. - doi: 10.1016/S0301-679X(02)00015-4.
  6. Budinski K.G. Tribological properties of titanium alloys // Wear. - 1991. - Vol. 151, iss. 2. - P. 203-217. - doi: 10.1016/0043-1648(91)90249-T.
  7. Sun R.L., Lei Y.W. Microstructure and wear resistance of laser clad layer of TiN on TC4 alloy // Journal of Tianjin Polytechnic University. - 2007. - Vol. 26, iss. 4. - P. 57-59.
  8. Filip R., Sieniawski J., Pleszakov E. Formation of surface layers on Ti-6Al-4V titanium alloy by laser alloying // Surface Engineering. - 2006. - Vol. 22, iss. 1. - P. 53-57. - doi: 10.1179/174329406X84967.
  9. Laser surface modification of titanium alloys - a review / Y.S. Tian, C.Z. Chen, D.Y. Wang, T.Q. Lei // Surface Review and Letters. - 2005. - Vol. 12, iss. 01. - P. 123-130. - doi: 10.1142/S0218625X0500686X.
  10. Research progress on laser surface modification of titanium alloys / Y.S. Tian, C.Z. Chen, S.T. Li, Q.H. Huo // Applied Surface Science. - 2005. - Vol. 242, iss. 1-2. - P. 177-184. - doi: 10.1016/j.apsusc.2004.08.011.
  11. Development of laser cladding wear-resistant coating on titanium alloys / R. Bao, H. Yu, C. Chen, B. Qi, L. Zhang // Surface Review and Letters. - 2006. - Vol. 13. - P. 645-654. - doi: 10.1142/S0218625X06008608.
  12. Saleh A.F., Abboud J.H., Benyounis K.Y. Surface carburizing of Ti-6Al-4V alloy by laser melting // Optics and Lasers in Engineering. - 2010. - Vol. 48, iss. 3. - P. 257-267. - doi: 10.1016/j.optlaseng.2009.11.001.
  13. Molian P.A., Hualun L. Laser cladding of Ti-6Al-4V with bn for improved wear performance // Wear. - 1989. - Vol. 130, iss. 2. - P. 337-352. - doi: 10.1016/0043-1648(89)90187-7.
  14. Получение износостойких покрытий на титановых сплавах методом вневакуумной электронно-лучевой обработки / О.Г. Ленивцева, В.В. Самойленко, М.Г. Голковский, И.А. Батаев, Р.А. Достовалов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2013. - № 3 (60). - С. 103-109.
  15. Hardness improvement of TiB2/Ti surface-alloyed material fabricated by high-energy electron beam irradiation / J.C. Oh, K. Euh, S. Lee, Y. Koo, N.J. Kim // Scripta Materialia. - 1998. - Vol. 39, iss. 10. - P. 1389-1394. - doi: 10.1016/S1359-6462(98)00325-X.
  16. Oh J.C., Choo D.-K., Lee S. Microstructural modification and hardness improvement of titanium-base surface-alloyed materials fabricated by high-energy electron beam irradiation // Surface and Coatings Technology. - 2000. - Vol. 127, iss. 1. - P. 76-85. - doi: 10.1016/S0257-8972(99)00664-7.
  17. Kühnle T., Partes K. In-situ formation of titanium boride and titanium carbide by selective laser melting // Physics Procedia. - 2012. - Vol. 39. - P. 432-438. - doi: 10.1016/j.phpro.2012.10.058.
  18. Baker T.N., Selamat M.S. Surface engineering of Ti-6Al-4V by nitriding and powder alloying using CW CO2 laser // Materials Science and Technology. - 2008. - Vol. 24, iss. 2. - P. 189-200. - doi: 10.1179/174328407X226563.
  19. WCp/Ti-6Al-4V graded metal matrix composites layer produced by laser melt injection / Y. Chen, D. Liu, F. Li, L. Li // Surface and Coatings Technology. - 2008. - Vol. 202, iss. 19. - P. 4780-4787. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2008.04.057.
  20. Höche D., Schaaf P. Laser nitriding: investigations on the model system TiN. A review // Heat and Mass Transfer. - 2011. - Vol. 47, iss. 5. - P. 519-540. - doi: 10.1007/s00231-010-0742-z.
  21. High-energy electron beam cladding of titanium and carbon on titanium alloy / O.G. Lenivtseva, O.A. Butylenkova, E.D. Golovin, M.G. Golkovsky // The 8th International Forum on Strategic Technology (IFOST 2013), Ulaanbaatar, Mongolia, 28 June - 1 July 2013. - Ulaanbaatar: MUST, 2013. - P. 152-155.
  22. Structure and properties of titanium surface layers after electron beam alloying with powder mixtures containing carbon / O.G. Lenivtseva, I.A. Bataev, M.G. Golkovski, A.A. Bataev, V.V. Samoilenko, N.V. Plotnikova // Applied Surface Science. - 2015. - Vol. 355. - P. 320-326. - doi: 10.1016/j.apsusc.2015.07.043.
  23. Ayers J.D., Schaefer R.J., Robey W.P. A laser processing technique for improving the wear resistance of metals // The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society. - 1981. - Vol. 33, iss. 8. - P. 19-23. - doi: 10.1007/BF03339467.
  24. Draper C.W., Ewing C.A. Laser surface alloying: a bibliography // Journal of Materials Science. - 1984. - Vol. 19, iss. 12. - P. 3815-3825. - doi: 10.1007/BF00980743.
  25. Improvement of hardness and wear resistance in SiC/Ti-6Al-4V surface composites fabricated by high-energy electron beam irradiation / J.C. Oh, E. Yun, M.G. Golkovski, S. Lee // Materials Science and Engineering: A. - 2003. - Vol. 351, iss. 1-2. - P. 98-108. - doi: 10.1016/S0921-5093(02)00821-3.
  26. Lee C.S., Oh J.C., Lee S. Improvement of hardness and wear resistance of (TiC, TiB)/Ti-6Al-4V surface-alloyed materials fabricated by high-energy electron-beam irradiation // Metallurgical and Materials Transactions A. - 2003. - Vol. 34, iss. 7. - P. 1461-1471. - doi: 10.1007/s11661-003-0258-y.
  27. Yun E., Lee K., Lee S. Improvement of high-temperature hardness of (TiC, TiB)/Ti-6Al-4V surface composites fabricated by high-energy electron-beam irradiation // Surface and Coatings Technology. - 2004. - Vol. 184, iss. 1. - P. 74-83. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2003.10.017.
  28. Non-vacuum electron-beam boriding of low-carbon steel / I.A. Bataev, A.A. Bataev, M.G. Golkovsky, A.Y. Teplykh, V.G. Burov, S.V. Veselov // Surface and Coatings Technology. - 2012. - Vol. 207. - P. 245-253. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.081.
  29. Structure of surface layers produced by nonvacuum electron beam boriding / I.A. Bataev, A.A. Bataev, M.G. Golkovski, D.S. Krivizhenko, A.A. Losinskaya, O.G. Lenivtseva // Applied Surface Science. - 2013. - Vol. 284. - P. 472-481. - doi: 10.1016/j.apsusc.2013.07.121.
  30. Вневакуумная электронно-лучевая наплавка углеродсодержащих порошковых смесей на заготовки из титана ВТ1-0 / О.Г. Ленивцева, И.А. Батаев, В.В. Иванцивский, Н.С. Белоусова, Е.Д. Головин, Т.А. Зимоглядова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2013. - № 4 (61). - С. 49-57.
  31. In situ technique for synthesizing (TiB+TiC)/Ti composites / X. Zhang, W. Lü, D. Zhang, R. Wu, Y. Bian, P. Fang // Scripta Materialia. - 1999. - Vol. 41, iss. 1. - P. 39-46. - doi: 10.1016/S1359-6462(99)00087-1.
  32. Microstructural characterization of titanium matrix composite coatings reinforced by in situ synthesized TiB + TiC fabricated on Ti6Al4V by laser cladding / J. Li, Z. Yu, H. Wang, M. Li // Rare Metals. - 2010. - Vol. 29, iss. 5. - P. 465-472. - doi: 10.1007/s12598-010-0151-y.
  33. Study on microstructure of laser in situ formation of TiBX and TiC titanium composite coatings / J. Liang, S. Chen, C. Liu, F. Liu // Materials Science Forum. - 2011. - Vol. 686. - P. 646-653. - doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.686.646' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.686.646.
  34. Zhang Y., Sun J., Vilar R. Characterization of (TiB + TiC)/TC4 in situ titanium matrix composites prepared by laser direct deposition // Journal of Materials Processing Technology. - 2011. - Vol. 211, iss. 4. - P. 597-601. - doi: 10.1016/j.jmatprotec.2010.11.009.
  35. Handbook of ternary alloy phase diagrams / P. Villars, A. Prince, H. Okamoto, eds. - Materials Park, Ohio: ASM International, 1994. - ISBN 10: 0871705265. - ISBN 13: 9780871705266.
  36. Microstructural characterization of TiB in in situ synthesized titanium matrix composites prepared by common casting technique / W. Lu, D. Zhang, X. Zhang, R. Wu, T. Sakata, H. Mori // Journal of Alloys and Compounds. - 2001. - Vol. 327, iss. 1-2. - P. 240-247. - doi: 10.1016/S0925-8388(01)01445-1.
  37. Evolution of microstructure and phases in in situ processed Ti-TiB composites containing high volume fractions of TiB whiskers / S.S. Sahay, K.S. Ravichandran, R. Atri, B. Chen, J. Rubin // Journal of Materials Research. - 1999. - Vol. 14, iss. 11. - P. 4214-4223. - doi: 10.1557/JMR.1999.0571.
  38. TEM characterization of symbiosis structure of in situ TiC and TiB prepared by reactive processing of Ti-B4C / D.R. Ni, L. Geng, J. Zhang, Z.Z. Zheng // Materials Letters. - 2008. - Vol. 62, iss. 4-5. - P. 686-688. - doi: 10.1016/j.matlet.2007.06.033.
  39. Kooi B.J., Pei Y.T., Hosson J.T.M. de. The evolution of microstructure in a laser clad TiB-Ti composite coating // Acta Materialia. - 2003. - Vol. 51, iss. 3. - P. 831-845. - doi: 10.1016/S1359-6454(02)00475-5.
  40. Grain refinement of cast titanium alloys via trace boron addition / S. Tamirisakandala, R.B. Bhat, J.S. Tiley, D.B. Miracle // Scripta Materialia. - 2005. - Vol. 53, iss. 12. - P. 1421-1426. - doi: 10.1016/j.scriptamat.2005.08.020.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».