Мікроструктура та механічні властивості шаруватого литого композиту ВТ-6/Al

Шрифт:
95

https://doi.org/10.15407/steelcast2022.01.084

Met. litʹe Ukr., 2022, Tom 30, №1, P. 84-90

Я.О. Смірнова, аспірант, асистент, e-mail: yana.luschay@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-6371-3716, Web of Science ResearcherID: AAA-9477-2022
І.М. Гурія, канд. техн. наук, доц., доцент, e-mail: guriya@ukr.net, https://orcid.org/0000-0003-0394-9708, Web of Science ResearcherID: AAA-9338-2022

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (Київ, Україна)

Надійшла 27.01.2022

УДК 669.018.9

Шаруваті титан/алюмінієві композиційні матеріали як з чистих металів, так і їх сплавів все активніше досліджують завдяки їх унікальним властивостям. Однак, найбільш поширені твердофазні методи мають ряд недоліків, яких можна уникнути, застосовуючи спрощені рідкофазні ливарні технології. У представленій роботі досліджено мікроструктуру межі взаємодії та механічну поведінку при розриванні компо зиту системи ВТ-6/Al, виготовленого рідкофазним ливарним методом. Технологія виготовлення шаруватого матеріалу системи ВТ-6/Al полягала у просоченні пакету із декількох пластин титанового сплаву розплавом алюмінію. Встановлено, що алюміній рівномірно просочується між пластина ми, а на межі взаємодії металів утворюється перехідний шар товщиною 3,03–4,33 мкм, який складається з твер дого розчину титану в алюмінії та поодиноких зерен фаз Al3Ti та AlTi. Кількість просочуваних титанових пластин та зміна ширини зазору між ними не впливає на товщину утвореного перехідного шару. У результаті дослідження механічних властивостей було встановлено, що основним параметром, який впливає на їх величину, є співвідношення товщин шарів Ti до Al. Проаналізовано правило сумішей та визначено міцність на розривання для п’яти- та семишарових матеріалів. Не дивлячись на те, що значення міцності на розривання отриманих композитів зменшуються у порівнянні з вихідним титаном марки ВТ-6, шаруваті матеріали завдяки своїй структурі можуть підвищувати стійкість до руйнування та позитивно впливати на механізми демпфування. Тому подальше дослідження поведінки шаруватих титан/алюмінієвих композиційних матеріалів під дією напружень, перпендикулярних до їх шарів, є актуальним.

Ключові слова: композиційний матеріал, шаруватий композит, титан, алюміній, просочення, міцність на розривання.

Література

1. Nie X.-Y., Zhao K.-N., Li H.-X., Du Q., Zhang J.-S., Zhuang L.-Z. Comparisons of interface microstructure and mechanical behavior between Ti/Al and Ti-6Al-4V/Al bimetallic composites. China Foundry. 2015. Vol.12. No. 1. P. 1–8.
2. Lesuer D.R., Syn C.K., Sherby O.D., Wadsworth J., Lewandowski J.J., Hunt W.H. Jr. Mechanical behaviour of laminated metal composites. International Materials Reviews. 1996. Vol. 41. Iss. 5. P. 169–197. DOI: https://doi.org/10.1179/imr.1996.41.5.169
3. Luo J.-G., Acoff V.L. Using cold roll bonding and annealing to process Ti/Al multilayered composites from elemental foils. Materials Science and Engineering A. 2004. Vol. 379. Iss. 1–2. P. 164–172. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.01.021
4. Lazurenko D.V., Bataev I.A., Mali V.I., Bataev A.A., Maliutina Iu.N., Lozhkin V.S., Jorge A.M.J. Explosively welded multilayer Ti-Al composites: Structure and transformation during heat treatment. Materials & Design. 2016. Vol. 102. P. 122–130. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.04.037
5. Paul H., Maj Ł., Prażmowski M., Gałka A., Miszczyk M., Petrzak P. Microstructure and mechanical properties of multi-layered Al/Ti composites produced by explosive welding. Procedia Manufacturing. 2018. Vol. 15. P. 1391–1398. DOI: https://doi. org/10.1016/j.promfg.2018.07.343
6. Huang M., Xu C., Fan G., Maawad E., Gan W., Geng L., Xie H. Role of layered structure in ductility improvement of layered Ti-Al metal composite. Acta Materialia. 2018. Vol. 153. P. 235–249. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.05.005
7. Ковтунов А. И., Мямин С.В. Исследование технологических и механических свойств слоистых титаноалюминиевых композиционных материалов, полученных жидкофазным способом. Авиационные материалы и технологии. 2013. № 1 (26). С. 9–12. ЛІТЕРАТУРА ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 1 (328) 89 СПЕЦІАЛЬНІ МЕТОДИ ЛИТТЯ 8. Qin L., Fan M., Guo X., Tao J. Plastic deformation behaviors of Ti-Al laminated composite fabricated by vacuum hot-pressing. Vacuum. 2018. Vol. 155. P. 96–107. DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2018.05.021
9. Крейдер К. Композиционные материалы с металлической матрицей / под ред. К. Крейдера. Москва: Машиностроение, 1978. 503 с.
10. Sano T., Catalano J., Casem D., Dandekar D. Microstructural and mechanical behavior characterization of ultrasonically consolidated titanium-aluminum laminates. Army Research Lab Aberdeen Proving Ground Md Weapons and Materials Research Directorate. 2009.
11. Крюков Д.Б., Гуськов М.С., Гуськов Д.С. Исследование влияния термической обработки на структурные превращения и физико-механические свойства композиционного материала титан-алюминий. Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2016. № 1 (17). C. 290–298.
12. Shao C., Zhao S., Wang X., Zhu Y., Zhang Z., Ritchie R.O. Architecture of high-strength aluminum–matrix composites processed by a novel microcasting technique. NPG Asia Materials. 2019. 11:69. DOI: https://doi.org/10.1038/s41427-019- 0174-2
13. Szachogluchowicz I., Sniezek L., Hutsaylyuk V. Low cycle fatigue properties laminate AA2519-Ti6Al4V. Procedia Engineering. 2015. Vol. 114. P. 26–33. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.022
14. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. Москва: ВИЛС – МАТИ, 2009. 520 с.
15. Sibum H. Titanium and Titanium Alloys – From Raw Material to Semi-finished Products. Advanced Engineering Materials. 2003. Vol. 5. Iss. 6. Р. 393–398. DOI: https://doi.org/10.1002/adem.200310092
16. Smirnova Y., Huriia I., Loboda P. Liquid phase fabrication technology of layered Ti/Al composite. U.P.B. Scientific bulletin, Series B: Chemistry and Materials Science. 2021. Vol. 83. Iss. 4. P. 273–282. URL: https://www.scientificbulletin.upb.ro/rev_docs_arhiva/rezb3b_447954.pdf
17. Xu L., Cui Y.Y., Hao Y.L., Yang R. Growth of intermetallic layer in multi-laminated Ti/Al diffusion couples. Materials Science and Engineering A. 2006. Vol. 435–436. P. 638–647. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.07.077
18. Sun Y., Zhao Y., Zhang D., Liu C., Diao H., Ma C. Multilayered Ti-Al intermetallic sheets fabricated by cold rolling and annealing of titanium and aluminum foils. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011. No. 21. P. 1722–1727. DOI: https:// doi.org/10.1016/S1003-6326(11)60921-7
19. Padnuru Sripathy A., Gupta M. Insight Into Layered Metal Matrix Composites. Encyclopedia of Materials: Composites. 2021. Vol. 1. P. 121–139. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819724-0.00021-5
20. Du Y., Fan G., Yu T., Hansen N., Geng L., Huang X. Laminated Ti-Al composites: processing, structure and strength. Materials Science & Engineering A. 2016. Vol. 673. P. 572–580. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.07.108